Modelli per la caratterizzazione del canale powerline

Il termine powerline communications (PLC) indica la trasmissione di dati attraverso i cavi elettrici già presenti, della griglia di distribuzione (powerline grid), sovrapponendo un segnale ad alta frequenza, modulato dal segnale da trasmettere, al segnale di alimentazione che ha una frequenza di 50/60 Hz (50 Hz in Europa, 60 Hz in altre regioni del mondo). La griglia di distribuzione serve per la distribuzione di potenza elettrica, essa ha vaste infrastrutture che collegano le stazioni generatrici alla varietà di utenti che sono distribuiti su ampie regioni. La griglia di distribuzione europea è generalmente divisa in tre sezioni con tre differenti voltaggi: sezione ad alto voltaggio, a medio voltaggio e a basso voltaggio.  Le linee ad alto voltaggio, con voltaggi che vanno da 110 a 380 kV, coprono distanze di decine di chilometri e connettono le stazioni generatrici alle stazioni di distribuzione. Le linee a medio voltaggio, con voltaggi che vanno da 10 a 30 kV, coprono distanze di pochi chilometri e connettono le stazioni di distribuzione ai trasformatori a bassa tensione. Infine, le linee a basso voltaggio, con voltaggi che vanno da 200 a 400 V, coprono distanze di poche decine di metri e connettono i trasformatori a bassa tensione agli utenti. L’idea di utilizzare i cavi elettrici per le trasmissioni di dati risale a molti anni fa. Infatti, già dal 1920 a Londra si cominciarono ad usare i cavi elettrici per il controllo remoto della griglia. I cavi elettrici sono stati progettati fin dall’inizio per la distribuzione di potenza elettrica ad una frequenza di 50/60 Hz, l’uso di questo mezzo per la trasmissione di dati ad alta frequenza presenta diversi problemi tecnici che rendono la comunicazione molto difficile (ad esempio l’attenuazione elevata e le diverse sorgenti di rumore). Per questo motivo per molti anni l’utilizzo dei cavi elettrici per le comunicazioni è stato limitato a trasmissioni di dati con basso bit rate, come ad esempio il controllo remoto del contatore. Recentemente l’interesse delle compagnie d’elettricit{ per l’utilizzo di questo mezzo, per effettuare comunicazioni con un elevato bit rate, è cresciuto notevolmente. Queste compagnie hanno il vantaggio di possedere già una clientela consolidata, e un’infrastruttura attuale per la fatturazione ed il supporto di tale clientela e per la manutenzione. La crescita dell’interesse per lo sfruttamento dei collegamenti powerline per le comunicazioni è stata determinata da diversi fattori: la massima diffusione di internet e l’espansione del mercato per le comunicazioni a larga banda; l’evoluzione tecnologica e la deregolazione del mercato, prima in America e poi in Europa e in Asia; il risparmio dovuto all’utilizzo dell’infrastruttura attuale (rete) di alimentazione e all’utilizzo della tecnologia esistente. Il mercato per le comunicazioni powerline si divide in due campi: alla casa, riferito alla rete di accesso (accesso ultimo miglio); e nella casa, riferito alla rete dentro la casa (accesso ultimo pollice). Attualmente la rete d’accesso è utilizzata solamente per trasmissioni di dati con un basso bit rate, come la lettura del contatore e il controllo remoto dei parametri degli utenti. Nei prossimi anni però l’accesso all’ultimo miglio potrebbe essere il mezzo ideale per fornire una connessione internet a banda larga ad aree rurali o remote, che possono non essere raggiungibili dalla linea ADSL o dai collegamenti telefonici. La rete nella casa, grazie alle prese presenti sui muri di ogni stanza, è utilizzabile come rete locale per collegare diverse applicazioni elettriche e controllarle trasmettendo i dati con un basso bit rate. L’opportunit{ più interessante per la rete nella casa però è la connessione a banda larga del computer e dei suoi accessori (scanner, stampante), condividendo l’accesso a banda larga gi{ esistente e la distribuzione video IP. I dispositivi con un basso bit rate (sopra i 10 kbit/s), sono prevalentemente utilizzati per il controllo dei dispositivi elettrici e utilizzano una banda che va da 0 a 500 kHz. L’uso di queste frequenze è ristretto dalle limitazioni imposte dagli enti regolatori, che assicurano la convivenza di vari dispositivi elettromagnetici presenti all’interno dello stesso ambiente. Oltre all’allocazione della banda, gli enti regolatori impongono anche dei limiti sulla potenza del segnale trasmesso, anche fuori dalla banda di emissione. In particolare in Europa il comitato europeo per l’elettromagnetismo (CENELEC) impone che i dispositivi operino nel range di frequenze che va da 3 a 148.5 kHz, permettendo solo comunicazioni a banda stretta, con una potenza massima del segnale di 5 mW, e un bit rate di circa 144 kbit/s su distanze di circa 500 m. Il range di frequenze è a sua volta diviso in diverse bande con differenti scopi di trasmissione e restrizioni. Nel Nord America invece le regole sono imposte dalla commissione federale per le comunicazioni (FCC) e sono meno restrittive di quelle europee, infatti permettono l’utilizzo di una banda che va da 0 a 500 kHz. I dispositivi con alto bit rate (sopra i 150 Mbit/s), sono utilizzati prevalentemente per la distribuzione a banda larga di dati all’interno della rete nella casa. Questi dispositivi sfruttano i collegamenti già esistenti, trasmettendo in una banda di frequenza che va da 1 MHz a 100 MHz, che non sarebbe autorizzata dalle limitazioni imposte dal CENELEC. In generale i dispositivi che utilizzano questa banda necessitano però di mascherare alcune bande di frequenza e di rispettare i limiti imposti sulle emissioni di radiazioni, in modo da coesistere con altri sistemi di comunicazione che usano questa porzione di spettro, come ad esempio le trasmissioni radio e i radio amatori.