Conceitos e Experiências no Brasil de Carrier Digital

Conceitos e Experiências

no Brasil de Carrier Digital

Grupo de trabalho D2.01

Jorge Luiz Fernandes Camara (Coordenador), Flávio de Moura Coelho, Laureano Jose Piconez Bouzon, Nagib Bechara Pardauil, Hercules Gomes Tostes, José Vanderlei da Silveira,

Luciano Fonseca, Marcos Guimarães Castello Branco, Fabrizio Gibin, Claudio Trigo de Loureiro

ÍNDICE

4 – INFORMAÇÔES GERAIS SOBRE A TECNOLOGIA CARRIER 3

4.1 - Por que usar o CARRIER Digital? 4

4.2 - Aumento de capacidade 4

4.3 – Aplicações 4

5 – PLANEJAMENTO DE SISTEMAS CARRIER DIGITAL 5

5.1 – Planejamento de Frequências 5

5.2 – Características de um canal DPLC 5

5.3 – Eficiência de um canal DPLC 6

5.4 – A característica “C/SNR” de um canal digital 6

5.5 – Relação Sinal Ruído (SNR) 7

5.6 – Nível de Potência do canal DPLC medido na entrada do receptor 7

5.7 – Nível de Potência do Ruído medido na entrada do receptor 8

5.8 – Relação Sinal Ruído (SNR) na entrada do receptor 9

5.9 – Sensibilidade no canal Receptor (Rx) de um enlace DPLC 9

5.10 – Características de Linhas de Alta Tensão 10

5.11 – Plano de Frequências para um enlace desejado de DPLC 10

5.12 – Nível de Potência do Ruído Corona 10

5.13 – Atenuação (aL) de enlaces PLC 11

5.14 – Comentários gerais sobre o capítulo 11

5.15 – Procedimentos para o planejamento de um enlace DPLC 11

5.16 – Transmissão de Serviços de Teleproteção em equipamentos CARRIER 12

5.17 – Limitações Práticas 12

6 – FLEXIBILIDADE OPERACIONAL E EXEMPLOS DE APLICAÇÃO 14

6.1 – Uso como Back-Up para sistemas de comunicação em banda larga 16 7 – ASPECTOS IMPORTANTES A SEREM CONSIDERADOS PARA

APLICAÇÕES DO DPLC EM REDES DIGITAIS 17

7.1 – Geral 17

7.2 – Jitter 17

7.3 – Limitações em seções de voz comprimidas 18

8 – QUALIDADE DOS ELEMENTOS DE ACOPLAMENTO 20

9 – MEDIDAS IMPORTANTES 20

9.1 – Nível de Saída / Nível de Entrada 21

9.2 – Nível de Ruído 21

9.3 – Relação Sinal – Ruído (SNR) 21

10 – PARÂMETROS DE PERFORMANCE (QoS) 21

10.1 – Geral 22

10.2 – Performance de um sistema PLC Digital 22

11 – COEXISTÊNCIA ENTRE PLC’S DIGITAL E ANALÓGICOS 23

11.1 – Migração / Implementação de Carrier Digital em uma rede existente de

canais analógicos 23

12 – INTEGRAÇÃO DE SISTEMAS DPLC NAS REDES EXISTENTES 24

12.1 – Como o PLC Digital poderá ser integrado às futuras redes? 24

12.2 – Gerenciamento de Redes com Carriers Digitais 24

13 – PLANEJAMENTO DE FREQUENCIAS NO BRASIL 25

13.1 – O congestionamento de frequências no Brasil e os benefícios com o uso

do DPLC 25

13.2 – O retrofit como melhor solução para os sistemas DPLC no Brasil devido

ao congestionamento de frequências 26

14 – QUADRO RESUMO COM AS EXPERIÊNCIAS EM DPLC NO BRASIL 26

15 – CONCLUSÃO 28

16 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 28

ANEXOS

ANEXO A - FORMULÁRIO CARRIER DIGITAL 30

ANEXO B – TABELA GERAL DE DPLC NAS CONCESSIONÁRIAS DE

ENERGIA NO BRASIL 31

ANEXO C – “CASE” ESCELSA 40

ANEXO D – “CASE” CTEEP 43

ANEXO E – “CASE” CHESF 47

ANEXO F – “CASE” ELETRONORTE 51

1.0 - OBJETIVO

Este trabalho foi elaborado por uma “Task Force” criada pelo Comitê de Estudos do CIGRE Brasil CE D2 para estudar a aplicação de Sistemas OPLAT Digital no Brasil. A “Task Force” nasceu como um grupo espelho da “Task Force” internacional TF D2.08, existente na época, que publicou a Technical Brochure “Digital Power Line Carrier Equipment” em agosto de 2006.

Baseado no princípio de que a nova tecnologia DPLC (Digital Power Line Carrier), tem uma capacidade bem maior de transmissão quando comparada aos Sistemas PLC analógicos (APLC), ocupando a mesma banda de freqüência, este trabalho traz um resumo sobre os principais conceitos do sistema, as diversas possibilidades de aplicações com esta tecnologia, aspectos importantes para o planejamento e ainda traz a experiência do seu uso em diversas Concessionárias de Energia Elétrica no Brasil.

2.0 - INTRODUÇÃO

Devido ao baixo custo e simples implementação, os sistemas CARRIER Digital para transmissão de voz, dados e teleproteção, tiveram um crescimento considerável nos últimos anos nas Concessionárias de Energia Elétrica no Brasil.

A nova tecnologia DPLC, iniciada aqui no Brasil a partir do final dos anos 90, combina novos circuitos e firmwares computadorizados com vantagens sobre a série de circuitos analógicos, a fim de alcançar uma grande performance e uma fácil adaptabilidade para todos os requisitos no campo da comunicação e compatibilidade com os sistemas CARRIER analógicos.

O sistema DPLC é usado para comunicação em Linhas de Transmissão entre Centros de Controle, Subestações e Usinas de Energia e é capaz de transmitir mais informações do que um PLC (Power Line Carrier) Analógico tradicional, tais como:

 Transmissão de mais canais de voz / telefonia (serviços telefônicos, assinante remoto, conexões a quatro fios, conexões entre Centrais Telefônicas e também ligações ponto-a-ponto (Hot-Line);

 Transmissão de FAX com 2400 até 9600 bps (bits por segundo);

 Canais de Teleoperação e aplicações do sistema SCADA;

 Transmissão de mais canais de dados (ou canais de dados com maiores taxas de transmissão);

 Interligação remota via Internet sobre protocolo TCP/IP;

 Canal com taxa de transmissão de até 256kbit/s podendo ser, por exemplo, usado como um canal tributário de uma rede de Telecomunicações Digital;

 Teleproteção.

Todas estas informações acrescidas da teleproteção analógica tradicional, podem ser combinadas ao mesmo tempo em um único canal simples que ocupa uma largura de banda predefinida no espectro de Rádio Freqüência (RF), típico para sistemas CARRIER, de 24 a 500kHz. A quantidade de informação que pode ser transmitida é limitada pela largura de banda (BandWidth) do sinal de RF, cujo valor

típico é de 4kHz para um equipamento monocanal. O canal de recepção (Rx) usa outros 4kHz, sendo esta banda de freqüência usualmente adjacente ao canal de transmissão (Tx). Em um equipamento de dois canais, mais informações podem ser transmitidas, neste caso, portanto, ocupando uma largura de banda de 2 x 4kHz.

3.0 - DEFINIÇÕES E ABREVIAÇÕES 3.1. – Definições

Tempo de Disponibilidade (Available Time - AT)

Começa quando a BER é melhor do que 10-3 para 10 segundos consecutivos e termina quando a BER é pior do que 10-3 para 10 segundos consecutivos

C/SNR (Capacidade versus Relação Sinal Ruído - SNR)

Capacidade do DPLC expressada em bits por segundo para uma dada taxa de Relação Sinal Ruído (SNR)

Segundos Errados Intervalo de um segundo com algum erro Segundos Livres de Erros Segundos sem nenhum erro de bit.

Largura de Banda Banda de freqüência do Carrier incluindo sua portadora de sinais (piloto de sinal) e seus sinais auxiliares. Esta é normalmente definida para um range de 4kHz.

Taxa de Transmissão A taxa de dados incluindo cabeçalho para multiplexação, sincronismo etc...

Tempo de Indisponibilidade (Unavailable Time- UAT)

Começa quando a taxa de erro (BER) é pior do que 10-3 para um intervalo de 10 segundos consecutivos e termina quando a BER é melhor do que 10-3 para 10 segundos consecutivos

3.2. - Abreviações

aL Atenuação de Linha

AMUX Multiplexer de Acesso

OPLAT Ondas Portadoras em Linhas de Alta Tensão APLC Power Line Carrier Analógico

AF Áudio Freqüência

AT Tempo de Disponibilidade (Available Time) AWGN Ruído Aditivo Gaussiano Branco

BN Banda de Freqüência Nominal

BER Taxa de Erro de Bit (Bit Error Rate)

BW Largura de Banda

BWa Largura de Banda Bruta com um canal APLC

BWd Largura de Banda Bruta com um canal DPLC

C Capacidade

Cd Capacidade (Líquida) de transmissão de um canal DPLC

C/SNR Capacidade versus SNR

dSNR Diferença em SNR para uma taxa de BER de 10-6 e 10-3 DTMF Tom Dual de Multi-Freqüência

DPLC Power Line Carrier Digital

EC Cancelamento de Eco

Eff Eficiência de canal DPLC EFS Segundos Livres de Erros

ES Segundos Errados

Nd Nível de Ruído em um canal de DPLC

PABX Central Comutadora Privada Automática (Central Telefônica) PAPR Relação entre Pico de Potência e Potência Média

PEP Pico de Potência Envelopada

PEPd Pico de Potência Envelopada para um canal DPLC

PLC Power Line Carrier QoS Qualidade de Serviço

RF Radio Freqüência

SCADA Sistema Supervisório de Controle e Aquisição de Dados Sd Nível de Potência de um sinal de DPLC na entrada do receptor

Sdmin Nível mínimo requerido de entrada de potência de um sinal DPLC

SES Severely Errored Seconds

SNR Relação Sinal Ruído (Signal-to-Noise Ratio) UAT Tempo de Indisponibilidade (Unavailable Time)

4.0 - INFORMAÇÔES GERAIS SOBRE A TECNOLOGIA CARRIER

As Linhas de Transmissão apresentam baixa atenuação no espectro de freqüências entre 20 kHz e 500kHz e são, portanto, um bom meio de comunicação sobre médias até longas distâncias (tipicamente de 20 até 500km). O máximo alcance de um enlace de comunicação com PLC operando aproximadamente em 80kHz ou menos, pode em algumas aplicações chegar até 800km o que certamente não poderia ser alcançado por qualquer outro meio de comunicação para atendimento às Concessionárias de Energia Elétrica (cabos, fio piloto, enlaces de rádio ou enlaces ópticos) sem repetidoras ou subestações intermediárias.

Com a instalação de um acoplamento apropriado à Linha de Transmissão, associado as bobinas de bloqueio nas subestações ou usinas de energia, canais de comunicação podem ser providos com segurança e confiabilidade mesmo sob as condições severas de uma linha de transmissão de alta tensão.

Os sistemas PLC são projetados para estabelecer enlaces de comunicação mesmo com os altíssimos níveis de ruído das LT´s e excluir qualquer possibilidade de espúrios falsos ou falsos sinais de “Trip”.

Mesmo devido ao custo adicional do acoplamento, ou seja, caixas de sintonia e bobinas de bloqueio, especialmente em tensões extra-altas (500kV, 750kV ou mesmo 1000kV) o custo total dos sistemas PLC são relativamente baixos se comparados a outras tecnologias e a relação custo x benefício se torna mais favorável devido às longas distâncias que os sistemas CARRIER podem atingir.

Além disto, a manutenção é feita dentro das subestações, evitando-se custos adicionais com os deslocamentos das equipes técnicas para uma repetidora distante de uma subestação.

Estas são as três principais razões do porque muitas Concessionárias de Energia Elétrica preferem os Sistemas Carrier Digital para seu sistema de comunicação operacional.

Como os sistemas CARRIER analógicos e digitais são usados em quase todos os países no mundo, para transmitir informações sobre linhas de alta tensão e se tornaram um importantíssimo meio de gerenciamento e segurança para as instalações elétricas nos sistemas de potência, recomendações internacionais foram largamente estabelecidas. Recomendações Técnicas para os acoplamentos PLC e equipamentos terminais PLC de banda simples ou de canais múltiplos (Normas IEC 353, 358, 481, 495 e 834) e também para os enlaces de PLC (IEC 663). Todas as recomendações pertinentes do ITU-R e ITU-T também foram levadas em consideração nas Publicações

do IEC 495, de forma a assegurar a confiabilidade necessária para as Concessionárias de Energia.

4.1. Por quê utilizar o CARRIER Digital (DPLC) ?

Esta nova tecnologia transformou o PLC analógico tradicional e possui uma capacidade de transferir dados digitais via canais analógicos com taxas de transmissão de dados de até 256kbps.

Os PLC´s Digitais podem ser conectados a canais RS-232/V.24/V.28, G.703 e RS422/V.11 para Dados e 2 Fios, 4-Fios com E & M para voz e podem suportar conexões usando TCP/IP e aplicações com redes LAN também. Além disto, normalmente os serviços mais tradicionais tais como, telefonia, dados, FAX ou transmissão de sinais FSK continuam operando em conjunto com tais sinais.

Os DPLC hoje do mercado usam diferentes tecnologias de processamento, tais como:

 Quadrature Amplitude Modulation (QAM);

 Multicarrier Modulation (MCM);

 Trellis Coding Modulation (TCM);

 Echo Cancellation (Cancelamento de Eco);

 Adaptive Equalization;

 Time-Division Multiplexing (TDM);

 Speech Compression (Compressão de Voz).

Qualquer enlace analógico de PLC pode ser modificado ou “ampliado” (retrofit ou upgrade) por um Carrier Digital, aumentando sua capacidade de comunicação. A infra-estrutura existente pode ser reutilizada mais eficientemente, sem a necessidade de novos investimentos na mesma.

4.2. Aumento de capacidade

Sistemas Carrier Digitais usam o que há de mais novo na tecnologia de processamento digitalizado, permitindo a implementação de um sistema de transmissão com o qual é tão robusto quanto econômico com a mesma largura de banda.

Sob condições favoráveis, taxas de transmissão de até 256kbps podem ser alcançadas hoje em dia e a tecnologia continua crescendo e sendo desenvolvida para permitir taxas de transmissão ainda maiores do que esta, com um mínimo de banda bruta requerida.

Portanto, os sistemas DPLC permitem a transferência de três a quatro vezes mais o número de canais de voz e dados, se comparados a tradicional tecnologia analógica, ocupando a mesma largura de banda.

4.3. Aplicações

O DPLC é um sistema desenvolvido e projetado para transmissão de dados e voz e suporta ainda os comandos de teleproteção.

Os enlaces de DPLC podem ser usados em Linhas de Transmissão de qualquer nível de tensão ou comprimento. Quando o problema do congestionamento de freqüências é relevante, o DPLC pode trazer inúmeras vantagens, porque mais

informações podem ser “empacotadas” na mesma banda de freqüência, sem a necessidade de mais canais de Carrier.

Com uma taxa de transmissão de 64kbps, por exemplo, uma eficiente e barata interconexão entre uma ou duas redes de banda larga podem ser estabelecidas.

Enlaces de DPLC podem ser utilizados como um backup para informações vitais que trafeguem entre enlaces de fibras ópticas ou enlaces de microondas.

5.0 - PLANEJAMENTO DE SISTEMAS CARRIER DIGITAL 5.1. Planejamento de Freqüências

Somente um planejamento com qualidade poderá assegurar o uso racional do espectro de freqüências dedicadas para comunicação com PLC, enlaces com confiabilidade operacional e consequentemente uma alta Qualidade de Serviços (QoS).

O Planejamento de enlaces CARRIER é baseado em quatro pilares:

 Características do equipamento: com o qual o enlace de PLC será “configurado”;

 Características de telecomunicações da linha de alta tensão: com a qual o enlace planejado de PLC estará operando, como resposta de freqüência (atenuação e perdas por reflexão do sinal) e nível de ruído corona na dada banda de freqüência planejada para o enlace;

 Plano de freqüências dos sistemas CARRIER existentes: disponibilidade de espaços de freqüências livres dentro do plano de freqüências de sistemas CARRIER;

 Requisitos de aplicação: tendo em mente a capacidade de transmissão mínima requerida de um canal DPLC - Cd, a máxima taxa de BER permitida e o tempo de disponibilidade – AT.

O conhecimento dos dados acima permitirá a realização de um bem sucedido planejamento de enlace PLC.

O procedimento de planejamento é descrito em sua integridade nas Normas IEC 60663 [2]., IEC 60495 [3] e também na ANSI / IEEE Std. 643-1980 [4].

Além das características mencionadas acima o planejamento de freqüências devem se preocupar com possíveis linhas com Tap, linhas com incidências de emissão de espúrios e a performance quando existe possibilidade de interferências.

A necessidade de espaçamentos de banda entre sistemas CARRIER analógicos e sistemas CARRIER digitais deve sempre ser estudada com cautela.

5.2. Características de um canal DPLC

A prioridade do planejamento de enlace para um canal DPLC, é assegurar adequadamente uma alta relação sinal-ruído (SNR) medida no canal de entrada do receptor em condições adversas de operação. Uma mudança da SNR para abaixo de seu valor crítico causará perdas do canal digital e, por conseqüência, a perda dos serviços de telecomunicações configurados no mesmo. Devido a esta razão, a característica de “C/SNR” (capacidade versus relação sinal-ruído) de um canal de DPLC é um dado de entrada essencial para um bom planejamento do enlace. Em adição à SNR, o tipo de ruído e a distorção do canal são importantes e devem também ser especificados.

O procedimento de planejamento para enlaces de DPLC deverá incluir, necessariamente, passos para verificar ou assegurar (em conexão com uma potência adequada de sinal de transmissão (Tx) e o modo de conexão ao meio de transmissão) que a atenuação de um enlace planejado é mais baixa que a máxima atenuação permitida de acordo com os dados técnicos do equipamento DPLC usado (sensibilidade do canal receptor do equipamento DPLC).

5.3. Eficiência de um canal DPLC (Eff)

O dado primário de um canal DPLC é a transmissão de um sinal digital, o qual pode ser um simples canal de dados ou composto por dados + voz digitalizada usando uma modulação uniforme como, por exemplo, a técnica de multiplexação por divisão de tempo – TDM.

Existem vários tipos de modulação digital e métodos de codificação dos sinais. A segurança e confiabilidade do canal DPLC são extremamente dependentes do tipo de modulação digital implementada.

As características essenciais de um canal DPLC são a taxa de transmissão Cd

dada em bits por segundo (bps) e a banda do canal DPLC dada em Hz. Usualmente estas duas características são programáveis, e é possível escolher-se também diferentes combinações de valores de capacidade de transmissão e banda do canal digital.

A eficiência de um canal digital DPLC é definida, portanto, pela equação:

Eff [b/s/Hz; bps/Hz] = Cd / BWd (Eq. 1)

É muito importante considerar a seguinte propriedade de um canal DPLC no procedimento de planejamento de enlace:

Quanto maior a eficiência de um canal DPLC, maior é a sensibilidade a ruídos e interferências.

Quanto mais baixa for a capacidade de transmissão Cd quanto possível e mais larga for a banda BW quanto possível, maior será a contribuição para uma alta disponibilidade de um canal DPLC em condições adversas de tempo. Tal recomendação parece irracional, mas é essencial para uma boa performance.

5.4. A característica (capacidade versus relação sinal-ruído) “C/SNR” de um canal digital

A relação “C/SNR” de um canal digital é um dado essencial para um planejamento de um enlace DPLC. Exemplos de um “C/SNR” são mostrados na Figura 1. Os dados constantes da Figura 1 são fictícios e ilustrativos somente. O ruído é assumido como AWGN (Ruído Aditivo Gaussiano Branco).

Pl-Risba_1-sl Cd (kbps) SNR (dB) 0 10 10 15 20 25 30 35 40 45 20 30 40 50 60 70 80 90 100 BER = 10E-6; dSNR = ____ dB 5 BWd (kHz) 4 8 16 12 Figura 1: “C/SNR” de um canal DPLC

A relação “C/SNR” é sempre dada para certa taxa de BER, usualmente para o valor de 10-6 .

Algumas aplicações são relativamente tolerantes a erros de bits. Um exemplo de tal aplicação é o algoritmo de compressão de canal de voz, com o qual permite uma taxa de erro BER

≤

5.5. Relação Sinal Ruído (SNR)

O parâmetro SNR é a relação entre o nível de potência da parte útil do sinal do canal digital e o nível de potência dos sinais de distúrbios (ruído, interferência, distúrbios de impulso) na entrada do receptor (Rx) do canal DPLC.

5.6. Nível de Potência do canal DPLC medido na entrada do receptor

Tipicamente os dados técnicos de um equipamento PLC são a Potência de Pico do terminal PLC (PEP) e a Potência de Pico de um canal digital de um DPLC (PEPd). A

relação entre a média e o pico de potência do sinal de transmissão (Tx) do canal DPLC (Peak-to-Average-Power-Ratio – PAPR), depende do tipo de modulação digital implementada.

O Pico de Potência Especificada para um canal DPLC, PEPd pode ser o mesmo

que o especificado para um terminal PLC tradicional (em caso de um simples canal), ou somente uma parte proporcional desta potência (no caso de um canal de múltiplas funções em um terminal PLC).

Se um enlace contém somente um canal DPLC, então, a seguinte regra se aplica: PEPd = PEP

No entanto, se um canal DPLC tem múltiplas funções (dados e voz dentro do mesmo canal) a regra acima segue a seguinte norma geral : a parte do terminal PLC PEP, com o qual é dedicada a um canal individual é proporcional ao quadrado da largura de banda do canal. Portanto a equação se torna :

PEPd(W) = PEP (W) x (BWd / Bn)2

PEPd(dBm) = PEP (dBm) + 20log (BWd / Bn)

Bn = na x BWa + BWd,, onde:

Bn  é a banda nominal de RF de um enlace PLC para uma direção de transmissão

BWd  é a banda bruta de um canal DPLC para uma direção de transmissão BWa  é a banda bruta de cada canal APLC para uma direção de transmissão na  é o número de canais APLC

A medida da relação “C/SNR” deverá ser realizada sob as condições especificadas na Norma IEC 60495 [3], cláusula A.3.1, onde:

aL [dB] = PEPd – 15dB – 20log.nd (Eq.2)

nd = BWd / 4kHz, onde :

aL [dB]  é a atenuação para uma linha artificial

PEPd  é o valor especificado de PEP para um canal digital

BWd  é a largura de banda bruta de um canal DPLC para uma direção de transmissão

O nível de potência de um canal DPLC, Sd na entrada do receptor é calculado

da equação 3. Valores atuais para várias larguras de banda de canais DPLC são dados na tabela 1 abaixo : Sd[dBm] = PEPd[dBm] – aL [dB] (Eq.3) BWd (kHz) Sd (dBm) 4 15 8 21 12 24 16 27 20 29

Tabela 1: Níveis de Potência para canais DPLC medidos na entrada do receptor Estes valores devem sempre ser utilizados para cálculo da SNR na entrada do receptor (Rx) quando fazemos medidas de bancada.

A qualidade de um equipamento PLC com a qualidade de um canal DPLC depende do uso eficiente da largura de banda do canal digital e da dada potência PEPd.

5.7. Nível de Potência do Ruído medido na entrada do receptor

Medidas de laboratório da característica de “C/SNR” de um canal DPLC podem ser realizadas injetando-se um Ruído Branco simulado. Para definir o método de cálculo e de medição da SNR uniformemente e claramente, o método de medida de

nível de potência do ruído no canal receptor (Rx) do DPLC deve obrigatoriamente ser definido.

Equipamentos modernos de medidas permitem a medição de níveis de qualquer tipo de sinal dentro da banda de 1 Hz (analisador de espectro). O conhecimento do nível de potência do Ruído Branco dentro deste 1 Hz de banda, permite um simples cálculo do Ruído Branco em qualquer largura de banda BW expressada em Hz, conforme a equação 4 abaixo :

NBWdBm = N1HzdBm + 10 log BW (Eq. 4)

A largura de banda bruta de um canal DPLC na entrada do receptor é BWd. O

nível de Ruído Branco deve ser conhecido dentro do range da banda do canal DPLC para o cálculo correto da SNR, conforme a equação 5 abaixo :

Nd dBm = N1Hz dBm + 10 log BWd (Eq. 5)

5.8. Relação Sinal Ruído (SNR) na entrada do receptor

Medidas da característica da “C/SNR” de um canal DPLC é feita para valores diferentes da SNR. A SNR é calculada baseada na seguinte regra (resultados das equações 3 e 5), conforme equação 6 abaixo :

SNR dB = SddBm – Nd dBm (Eq. 6)

5.9. Sensibilidade no canal Receptor (Rx) de um DPLC ( Sd min (BERmax))

Outra característica extremamente importante em sistemas DPLC quando planejamos um enlace é a sensibilidade do canal receptor. Quando em operação, o alto nível de ruído corona e outros distúrbios na linha de alta tensão apresentam limitações muito maiores para uma operação segura e estável do canal de CARRIER digital.

Os dados técnicos de sensibilidade do receptor mostram o mínimo de potência na entrada do receptor onde o canal DPLC opera satisfatoriamente. Não é possível, em níveis baixos de potência, o receptor de canal digital detectar (demodular) o sinal recebido com uma qualidade correspondente.

“Qualidade correspondente” significa que a operação do receptor do canal

digital é estável (especialmente do ponto de vista de sincronização) e a taxa de BER é igual a ou mais baixa do que o menor valor especificado.

A sensibilidade do receptor do canal de um DPLC Sd min(BERmax) é expressada

como o mínimo nível de potência na entrada do receptor do canal DPLC com o qual o canal ainda opera estável e com uma BER menor ou igual ao valor especificado de

BERmax.

A sensibilidade do receptor de canal de um CARRIER Digital é tipicamente um dado técnico o qual mostra as limitações de operação originadas do projeto do fabricante do terminal de DPLC. Especialmente, este dado técnico mostra o nível de potência do ruído, gerado dentro do canal receptor e a interrupção da transmissão de um canal DPLC em relação à recepção de seu próprio terminal. As medidas de sensibilidade de recepção de um canal DPLC são realizadas em laboratório (testes de tipo) sem a presença de uma fonte de ruído externa.

As bandas de frequências de um transmissor (Tx) e um receptor (Rx) podem ser adjacentes, não-adjacentes ou mesmo superpostas. O mesmo valor de eficiência de um canal DPLC Eff, pode ser atingido para diferentes combinações de larguras de banda BWd de canais DPLC’s e sua capacidade de transmissão Cd. Teoricamente, a

sensibilidade do receptor depende somente dos valores de Eff, independente dos valores de BWd e Cd.,mas na prática isto nem sempre ocorre.

Em condições normais de operação dizemos que o Sd e o Nd são quem

determinam o range de operação dos sistemas CARRIER digital.

A sensibilidade do canal receptor combinada com uma PEPd especificada torna

possível o cálculo do valor máximo permitido de atenuação de um enlace PLC (com um acoplamento na LT tradicional – fase-terra ou fase-fase), de forma que o BER seja tão baixo ou igual ao valor especificado, conforme a equação 7 abaixo :

aL maxdB = PEPddBm – Sd min(BERmax) dBm (Eq. 7)

Como as diversas aplicações não são igualmente tolerantes a taxas de erros de bits, a sensibilidade do receptor deve ser dada conforme os 2 (dois) seguintes valores abaixo:

BERmax = 10-6

BERmax = 10-3

5.10. Características de Linhas de Alta Tensão

Um planejamento de CARRIER com sucesso requer conhecimento de três características do meio de transmissão (linhas de alta tensão junto com equipamentos de acoplamento), pelo qual o sistema CARRIER irá operar:

 Planejamento do plano de freqüências do enlace CARRIER;

 Nível de potência do ruído Nd (dBm) medido (ou calculado) na faixa de

freqüência do canal CARRIER Digital

 Atenuação do enlace PLC

5.11. Plano de Frequências de um enlace desejado para DPLC

O Plano de Frequências (a alocação no espectro de RF) é definido pela Norma IEC 60663 [2].

5.12. Nível de Potência do Ruído Corona

É necessário definir o máximo de potência esperado de nível de Ruído Corona na largura de banda do canal de CARRIER Digital como descrito na Norma IEC 60663[2]. Os valores de níveis de potência de Corona para condições de tempo adverso devem ser sempre considerados.

Os dados de nível de Corona mostrados na Norma IEC 60663[2] e na Norma ANSI/IEEE Std 643-1980[4], são resultados de medidas feitas em linhas de Alta Tensão reais. Tais medidas foram feitas com instrumentos de alta precisão e com resultados em RMS real. A envoltória do sinal de ruído em linhas de HV AC é modulada com um sinal de 150 Hz ou 180 Hz (máxima amplitude do ruído). Isto se deve a própria natureza do Ruído Corona. Por esta razão, a interferência do valor real do Ruído Corona no canal de DPLC é muito maior do que a interferência prejudicial do Ruído Branco com o mesmo valor de nível RMS. Por isto o nível de Corona apresentado nas Normas acima deve ser corrigido em +7 dB, conforme a equação a seguir:

Nd dBm = NBWdBm + 10 log (BWd / BW) + 7dB (Eq. 8)

5.13. Atenuação (aL) de enlace PLC

De modo geral a atenuação de enlace de um PLC (considerando linha de transmissão + acoplamento) aL deve ser determinada de acordo com o procedimento

descrito na Norma IEC 60663[2]. As condições adversas de operação no caminho de transmissão também devem ser sempre consideradas (TAP´s, Linhas com by-pass, transposições e etc...)

5.14. Comentários gerais sobre o capítulo

O planejamento de enlaces DPLC é muito mais exato do que quando planejamos um canal ou enlace PLC analógico. Isto é devido a alta sensibilidade ao ruído e outras perturbações inerentes aos sistemas CARRIER.

Quando determinamos o plano de freqüências de um enlace DPLC um importante fator deve ser levado em consideração: a atenuação do caminho ou linha aL

cresce quanto mais alto for o valor da freqüência enquanto que o nível de potência é mais baixo proporcionalmente.

O método de acoplamento (conexão de um terminal PLC em uma linha de Alta Tensão – HV) também tem influência sobre a atenuação esperada em uma linha de transmissão. Embora o acoplamento tipo “Fase-Terra” seja muito mais barato, métodos mais caros de acoplamento (como por exemplo o tipo Fase-Fase) asseguram as mais baixas atenuações no caminho de transmissão.

De modo geral, consideramos no procedimento de planejamento somente os valores de Ruído Corona. Outros tipos de perturbação ou distúrbios (distúrbios de impulsos ou interferências) não são levados em consideração. De qualquer forma, tal método é suficiente, porque as interrupções causadas por distúrbios de impulso são temporárias e por um curtíssimo intervalo de tempo. Por outro lado, níveis de Ruído Corona elevados poderiam desativar a operação do canal de DPLC por um longo período de tempo (até, por exemplo, melhora nas condições do tempo).

Independentemente do Ruído Corona, um dado que deverá ser levado sempre em consideração são as “Interferências em Faixas Estreitas” – “NarrowBand”) a qual são mais brandas quando aumentamos a largura de banda do DPLC. Diferentes princípios de modulação têm comportamentos distintos quando expostos as interferências em Faixas Estreitas (“NarrowBand”).

5.15. Procedimentos para o Planejamento de um enlace DPLC

Para realizar um procedimento de planejamento de enlaces PLC, os seguintes dados são necessários :

 Dados do equipamento PLC : características “C/SNR” e SNR

 Dados da LT: BWd, Nd max e aL

 Dados da Aplicação: Cd min e BERmax

5.15.1. Executando um procedimento de planejamento

Um procedimento de planejamento de um enlace DPLC deve ser executado seguindo-se os seguintes passos :

Passo 1: Baseado nos dados de capacidade de transmissão requerida Cd min e

largura de banda (BandWidth) BWd do canal DPLC, o mínimo SNRmin para uma BER =

10-6 tem que ser lida da tabela de “C/SNR” do equipamento. Se a aplicação que usará o canal DPLC permitir maiores taxas de erros (BER  10-3), o valor de dSNR de um canal DPLC deve ser levado em consideração, conforme a equação abaixo :

dSNR dB = SNR(BER = 10-6) dB – SNR(BER = 10-3) dB

BERmax = 10-6: SNRmin = SNR (BER = 10-6, Cd, BWd)

BERmax = 10-3: SNRmin = SNR (BER = 10-6, Cd, BWd) – dSNR

Passo 2: Baseado em valores conhecidos de SNRmin e Nd Max o requisito de cálculo de

nível de potência do sinal de entrada do canal receptor de um DPLC Sd deve ser

calculado como na equação 9:

Sd  Nd max + SNRmin (Eq. 9)

Passo 3: Baseado em valores conhecidos de Sd e calculada (ou medida) o valor da

atenuação aL, o valor requerido do pico de potência de um canal DPLC PEPd é

determinado pela equação 10:

PEPddBm Sd + aL (Eq. 10)

O valor de PEP requerido de um terminal transmissor PLC é calculado de acordo com o número e tipos de canais PLC. Se o enlace PLC planejado é específico para um canal DPLC o valor de PEP requerido do terminal transmissor é determinado pela equação 11 abaixo :

PEP  PEPd (Eq. 11)

Se o enlace planejado de PLC, independentemente de canais DPLC, incluir um ou mais canais APLC, então o valor de PEP requerido para um terminal transmissor é determinado pela equação 12 abaixo:

PEP (W)  PEPd (W) x (BN / BWd)2 (Eq. 12a)

PEP (dBm)  PEPd (dBm) + 20 log (BN / BWd) (Eq. 12b)

BN = na x BWa + BWd, onde:

PEP é o valor requerido do pico de Potência de um terminal PLC BN é a largura de banda nominal de um enlace PLC para uma

direção de transmissão.

BWd é a largura de banda bruta (gross bandwidth) de um canal DPLC para uma direção de transmissão.

BWa é a largura de banda bruta (gross bandwidth) de cada canal APLC para uma direção de transmissão

na é o número de canais APLC

Passo 4: O valor obtido para PEP (W) deve ser comparado com os dados técnicos do equipamento PLC com o qual haja valores compatíveis para PEP. O valor de PEP

de um equipamento PLC nem sempre pode ser configurável de forma contínua, podendo ocupar somente valores pré-selecionados pelo fabricante.

Mais comumente, os possíveis valores para PEP (W) são: 10W, 20W, 40W e 80W. Para se concretizar um enlace de PLC, os equipamentos cujo PEP (W) são os mesmos ou maiores do que um mínimo requerido PEP (W) deverão ser usados e calculados pela equação 12a. Pode ocorrer que um mínimo valor calculado para PEP de acordo com a equação 12a, seja maior do que o mais alto valor possível para um equipamento PLC de um fabricante qualquer. Em tais situações uma das seguintes soluções podem ser escolhidas:

 Escolher uma banda de freqüência mais baixa e/ou mudar o método de acoplamento, a fim de reduzir a atenuação do enlace aL;

 Reduzir o número de serviços ou taxas de dados, reduzindo a taxa de transmissão do equipamento DPLC;

 Concluir que a implantação do enlace DPLC não é possível em geral, ou que não é possível com o tipo de equipamento PLC do fabricante escolhido.

Se a condição da Equação 12 (a ou b) não for completamente preenchida, e o valor da atenuação aL não der uma margem segura no cálculo, então só existe uma

possibilidade que é aumentar o valor da potência do equipamento PLC, ou então reduzir a taxa de transmissão de dados (kbps).

5.16. Transmissão de Serviços de Teleproteção em equipamentos CARRIER Um dos mais importantes serviços que um enlace de Carrier pode assegurar é a transmissão de comandos de proteção de forma segura, rápida e seletiva.

Em um planejamento de enlaces DPLC é aconselhável manter a teleproteção no sistema CARRIER analógico. A razão deve-se ao fato de que se fossemos transmitir uma teleproteção digital com o uso de Carrier Digital, o sinal de teleproteção somente ficaria operativo quando o Carrier Digital recuperasse o sinal recebido e entregasse este ao seu receptor adjacente.

Isto envolve a detecção de sinal recebido, estimativa dos bits transmitidos e entrega destes em uma determinada interface de dados. Este processo, tem algumas limitações que podem ser críticas para a operação da teleproteção:

 Existe uma relação mínima de Sinal-Ruído (SNR) para a operação correta (demodulação e detecção dos dados), abaixo da qual a performance do receptor do DPLC pode degradar consideravelmente;

 Sob condições de falta na linha, o canal poderá sofrer uma distorção espectral severa, tanto em amplitude quanto em distorção de grupo, impedindo assim a recuperação do sinal recebido;

 O processo de codificação e decodificação introduz certo atraso (delay) que poderá aumentar o tempo nominal de transmissão do comando de teleproteção, tornando-o inaceitável para os parâmetros exigidos em sistemas de proteção. 5.17. Limitações Práticas

A taxa de transmissão sob um canal usual de 4 kHz é limitada. Esta limitação vem de dois aspectos. De um lado a largura de banda do canal limita a taxa de sinalização (número de símbolos ou formas de onda por segundo); de outro lado a “Relação Sinal/Ruído” (SNR) limita a possibilidade de diferentes formas de ondas a serem transmitidas. O resultado é que sob condições reais, sempre existirá uma taxa

de transmissão crescente, porém com uma taxa de erro de bits provável. Esta limitação prática se aplica indiferentemente do tipo de modulação em que o sistema opera.

6.0 - FLEXIBILIDADE OPERACIONAL E EXEMPLOS DE APLICAÇÕES

Fatores únicos, tais como conversão digital de freqüência, equalização automática, opção de configuração de Áudio Freqüência (AF), gravação de eventos, facilidades na execução dos testes, são alguns poucos exemplos, acrescidos à flexibilidade operacional dos sistemas Carrier Digital.

Em geral, os vários métodos de processamento do sinal digital com os quais são usados para gerar os sinais de RF, resultam em uma excelente qualidade e estabilidade nas conversões entre os sinais de AF para RF e vice-versa.

A performance dos DPLC depende basicamente de dois fatores: uma é a razão entre Sinal e Ruído, ou seja, o SNR (Signal-to-Noise ratio) e o outro é a Largura de Banda, ou seja, o fator BW (BandWidth). Com estes dois parâmetros, bem dimensionados, o DPLC pode trabalhar com uma boa performance com taxas de erro de BIT menores que 10-6 (BER – Bit Error Rate).

A qualidade da transmissão da voz e dos dados é diretamente dependente destes fatores, a Relação Sinal Ruído (SNR) e os parâmetros da linha podem variar durante condições de tempo adversas. Uma importante função requerida para equipamentos PLC é a confiabilidade na transmissão e na recepção dos sinais de teleproteção mesmo durante condições de falta em linhas de transmissão quando a Relação Sinal Ruído é dramaticamente reduzida.

O sistema pode ser usado em vários modos de operação dependentes destes requerimentos, tipos de serviços, condições das linhas e etc... Os exemplos abaixo ilustram as várias possibilidades de uso, dada uma certa banda de freqüência e demonstram a versatilidade dos equipamentos DPLC.

Quando usamos um CARRIER analógico com um simples canal, esta capacidade pode ser aumentada quando o substituímos por um equipamento DPLC.

Uma possibilidade de configuração é ilustrada na Figura 2 a seguir.

Este arranjo permite um canal de dados com uma taxa de transmissão de 4800bps ou 2400bps superposta acima do canal de voz, com o qual os tons de teleproteção são alocados.

4 kHz

Figura 2 – Equipamento Monocanal com voz + teleproteção e canal de dados superpostos na mesma banda (BW).

Neste exemplo, teríamos :

Voz +

Teleproteção

Digital

PLC

 1 canal de voz de 2 kHz

 Função Teleproteção integrada no CARRIER analógico

 1 canal de dados síncronos a 2400bps

A Figura 3 abaixo, ilustra um equipamento de duplo canal (bicanal), ocupando 8 kHz de largura de banda. Com esta configuração, um canal com teleproteção e baixa velocidade para dados pode ser usado para aplicações em sistemas SCADA, enquanto o outro canal pode trafegar dados com alta taxa de velocidade e vários canais de voz comprimidos.

Figura 3 – Equipamento Bicanal com voz + teleproteção e canal de dados Neste exemplo, teríamos

Canal 1

 1canal de voz dentro da banda de 4 kHz

 3 canais de baixa velocidade com sinais tipo FSK a 200 Baud para aplicações do sistema SCADA

 Função de Teleproteção com 3 comandos Canal 2

 Modo de operação de alta velocidade, agregado com taxa de transmissão de até 32kbps, equipado com;

 1 canal de voz;

 1 canal de dados síncrono de 19,2 kbps;

 2 canais de dados assíncronos de 2,4 kbps cada

A Figura 4 abaixo mostra um equipamento monocanal requerendo uma banda de 8 kHz, mas configurado para trabalhar em um modo de alta taxa usando a largura de banda inteira. Com esta configuração a taxa de transmissão pode chegar a 64kpbs podendo ser obtida sob condições favoráveis de linha (boa relação Sinal-Ruído). Uma possível subdivisão da disponibilidade de capacidade entre diferentes serviços pode ser realizada como segue:

4 kHz

4 kHz

Piloto

Figura 4 – Canal de 8 kHz com taxa de transmissão a 64kbps Neste exemplo, teríamos:

 2 canais de voz

 1 canal de dados síncrono a 19,2kbps

 2 canais de dados assíncronos a 9,6kbps

 1 canal de dados assíncrono a 4,8kbps

 Função de Teleproteção com 3 comandos (com prioridade na teleproteção) 6.1. Uso como Back-Up para sistemas de comunicação em banda larga

Com as interfaces de dados seriais de acordo com o ITU-T, os equipamentos DPLC estão preparados para serem conectados a um Multiplex PDH ou SHD, conforme mostrado na Figura 5.

Esta possibilidade abre uma variedade de opções para acesso a uma rede digital em banda larga e pode ser uma boa solução para as Concessionárias de Energia Elétrica a um baixo custo.

Figura 5

Microondas Digital n * 2 Mbps

Link de Fibra Óptica n * 2 Mbps

ou

PC

PLC

PLC

Como Back-up para importantes serviços operacionais BW 4 kHz  32 kBit/s 8 kHz  64 kBit/s

PLC

P

L

PLC

PLC

PLC

PL

8 kHz

PLC Digital +

Teleproteção

Piloto

7.0 - ASPECTOS IMPORTANTES A SEREM CONSIDERADOS PARA APLICAÇÕES DO DPLC EM REDES DIGITAIS

7.1. Geral

Quando operando como um elemento de uma rede complexa de um sistema de telecomunicações privado, o “enlace” DPLC se torna um “elemento” desta rede.

Certas particularidades (positivas e negativas), podem ser consideradas nestes casos, e em especial atenção as seguintes:

 Compatibilidade de interfaces;

 Jitter;

 Limitações no uso da transmissão em seções comprimidas da rede (saltos), podendo ocasionar atrasos ou problemas de compressão de sinais em múltiplas aplicações e/ou aplicações em cascata;

 Adaptabilidade dos canais de DPLC devido às variações das condições das linhas de transmissão alta tensão;

 Transmissão de comandos de proteção, sendo estes tratados como prioridade em detrimento à transmissão de dados digitais.

7.2. Jitter

O Jitter se torna um importante parâmetro quando um canal DPLC é usado como parte de uma rede digital de transmissão de telecomunicações. O canal DPLC pode ser usado como um enlace de aproximação ou enlace de acesso, para conexão entre subestações de energia e um “backbone” principal de uma rede ou como um canal digital redundante em outras partes da rede de transmissão digital.

O Jitter, como um parâmetro para sistemas DPLC, tem que ser observado de dois pontos de vista:

 Canal DPLC como um gerador de jitter (quantidade de jitter que o canal DPLC gera)

 Canal DPLC como um receptor de jitter, corrompendo um sinal digital (o quanto resistente é um canal DPLC com a presença de jitter)

Os requisitos de Jitter para enlaces digitais estão estabelecidos na Recomendação ITU-T G.823 [8].

7.3. Limitações em seções com voz comprimida

É fato de que a capacidade de transmissão de um canal DPLC é baixa quando comparada a outras tecnologias de telecomunicações.

A tecnologia de compressão de voz infelizmente introduz certas limitações para integração de seções comprimidas (saltos) quando aplicado a sistemas telefônicos complexos. Um enlace telefônico digital “não é transparente” para todos os tipos de sinais analógicos. Portanto, estas limitações devem ser levadas em consideração quando integra-se seções comprimidas em seções complexas em sistemas de transmissão de telecomunicações.

7.3.1. Qualidade de voz e o problema de multi-compressão

A tecnologia de compressão de voz permite transmissões com baixas taxas de bits, muito mais baixas do que 64kbps, mas ao mesmo tempo produz uma forte influência na qualidade do sinal transmitido. A qualidade do canal de voz é um dos mais importantes aspectos globais de Qualidade do Serviço (QoS). Enquanto existem muitos fatores que tem algum efeito sobre a qualidade de voz, existem alguns parâmetros “chaves” que podem ser caracterizados como:

 inteligibilidade (clareza do sinal)

 atraso

 eco

A estrutura de um sistema complexo de comunicação de voz inclui um número de comutações telefônicas e assinantes telefônicos (aparelhos telefônicos, modems “dial-up” e/ou terminais de fax) interconectados por muitas seções de sistemas de transmissão de telecomunicações. Em geral, enlaces ponto-a-ponto entre quaisquer dois assinantes consistem em várias conexões entre seções ou nós. Cada seção comprimida insere ao sistema um atraso (delay) de 50ms a 250ms. O desconforto da influência do atraso do canal de voz não afeta a inteligibilidade e o reconhecimento da voz do usuário.

Um problema bem maior é a influência de seções comprimidas na inteligibilidade da voz. Se houver uma ou duas compressões e descompressões houver em um enlace ponto-a-ponto, uma adequada qualidade de transmissão de voz é assegurada. Se existirem muitas compressões/descompressões sendo executadas em um enlace ponto-a-ponto a inteligibilidade decresce bastante e há um alto atraso (delay) que finalmente pode trazer um grande desconforto na comunicação. Para alcançar uma adequada qualidade é necessário assegurar-se que em um enlace de voz ponto-a-ponto entre dois assinantes não sejam incluídas muitas seções.

. Isto pode ser alcançado respeitando-se as seguintes regras:

 todos os trânsitos de sinais de voz de uma seção comprimida para outra deverá ser executado em nível digital;

 todas as seções de interconexão entre centrais telefônicas não devem ser comprimidas ou, se realmente necessário, comprimidas a uma taxa muito baixa de compressão (32kbps ADPCM ou em casos extremos 16kbps ADPCM)

7.3.2. Transmissão de modems analógicos em sinais de AF

Algoritmos para compressão de sinais digitalizados de canais de voz são baseados nas características da voz humana. Através de uma rede telefônica, outros tipos de sinais AF (Áudio Frequency) analógicos também são transmitidos, tais como sinais de modems de dados standard, sinais de modems de dados em banda estreita (NarrowBand) e sinais de FAX.

Algoritmos de compressão de voz degradam as características dos sinais analógicos tão severamente que modems analógicos não são capazes de demodular corretamente os dados de um sinal de AF recebido. Por esta razão, seções comprimidas não são apropriadas para transmissão de modems de sinais analógicos de AF.

Para transmissão de fax modem analógico a única solução para transmitir mensagens de fax através de seções comprimidas é usar uma interface de telefonia que permita a detecção de um sinal de modem.

Quando o sinal de entrada da interface de telefonia é uma voz analógica esta executa a digitalização e compressão do sinal de voz. A taxa de bit com a qual o sinal de voz é comprimido é um importante parâmetro.

Se uma interface de telefonia detecta um sinal de fax modem em sua entrada, esta demodula o sinal analógico de AF em um sinal digital. Este sinal então, é transmitido através do canal de DPLC. A mesma capacidade do canal de DPLC é usada para a transmissão do sinal de voz comprimido. Fax-modem somente operam com alguns valores discretos de taxas de bit. Por esta razão, para transmissão de sinais de voz comprimidos, uma taxa de transmissão suportada pelo fax deve ser escolhida previamente.

7.4. Adaptabilidade de um canal DPLC

Uma linha de alta tensão como meio de transmissão de telecomunicações é relativamente desprotegida de influências do ambiente externo. Esta propriedade é refletida como sensibilidade a interferências e a outros sinais de distúrbios envolvidos, mas acima de tudo, as condições de tempo podem ter uma forte influência nas características das telecomunicações da linha de alta tensão.

A atenuação e o nível de potência do ruído corona tem forte dependência das condições do tempo. Em condições de tempo adversas (alta umidade relativa do ar, chuvas, formação de gelo nos cabos condutores, neve, etc...) a atenuação e os níveis de corona aumentam.

Ambos os fatores tem uma forte influência na redução da SNR na entrada do receptor. O mínimo valor requerido da SNR, com o qual se assegura uma operação do canal DPLC estável e com qualidade é chamado de eficiência Eff (veja equação 1).

É desejável que o canal DPLC seja capaz de se adaptar às condições adversas dos meios de transmissão. A adaptação é possível somente pela redução da eficiência do canal de DPLC.

Durante a operação, a largura de banda dos canais DPLC BWd certamente não

pode ser mudada. Nesta fase, a eficiência do canal DPLC pode ser reduzida através da diminuição da capacidade Cd de transmissão do canal DPLC.

A troca da capacidade de transmissão de um canal DPLC durante sua operação é razoável somente no caso do uso de um canal de múltiplas aplicações (multi-purpose). Alguns dos serviços associados ao canal são essenciais para a operação do sistema de potência, enquanto outros são menos importantes ou pelo menos sua disponibilidade não é crítica.

O canal DPLC pode oferecer uma chamada função ”fall-back“. A função “fall-back” é a possibilidade de um canal DPLC reduzir automaticamente sua capacidade de transmissão em condições adversas de tempo de modo que somente os principais serviços de telecomunicações fiquem assegurados. Quando as condições de tempo têm uma melhoria, então as condições de transmissão dos sinais voltam a aumentar podendo retornar automaticamente a seus valores anteriores.

É importante enfatizar que a função “fall-back” não pode ser implementada para um enlace DPLC entre comutadores em uma rede digital (circuitos comutados), ou redes de pacotes comutados sem algum sério impacto em sua performance. A função “fall-back” pode ser implementada em uma aplicação tipo “data-pipe” em redes de acesso, onde o único efeito será o aumento do atraso na transmissão, devido às taxas de transmissão normalmente menores que a de uma rede de transporte backbone, por exemplo.

8.0 - QUALIDADE DOS ELEMENTOS DE ACOPLAMENTO

Os elementos que determinam o acoplamento de sistemas CARRIER às Linhas de Transmissão são:

 Bobinas de Bloqueio

 Capacitor de Acoplamento / Transformador Capacitivo de Tensão (TCP)

 Dispositivo de Acoplamento / Caixa de Sintonia

As bobinas de bloqueio são especificadas pela Norma IEC 60353 [5]. Para minimizar a influência das ações de chaveamento nas linhas de alta tensão e a conversação cruzada entre linhas adjacentes, o uso apropriado de bobinas de bloqueio no espectro de freqüências do DPLC deve ser checado. Isto pode ser feito aterrando-se a linha nas subestações e medindo-aterrando-se a atenuação da linha e a perda por retorno de sinal.

A caixa de Sintonia é especificada pela Norma IEC 60481 [6]. Atenção especial deve ser dada para enlaces DPLC quanto à perda por retorno e especialmente para linhas de alta tensão curtas pois pode resultar em uma péssima resposta de freqüência e consequentemente afetar a qualidade do enlace DPLC. Uma baixa perda por retorno poderá causar também interferência cruzada do transmissor de um equipamento DPLC em seu receptor local.

9.0 - MEDIDAS IMPORTANTES

9.1. Nível de Saída / Nível de Entrada

Como é difícil medir os níveis de sinais modulados (especialmente na entrada do receptor), as medidas de um tom simples gerado por um gerador de sinais podem ajudar nesta medição. Os manuais dos equipamentos DPLC devem prover uma fórmula para se calcular o nível do sinal modulado com relação ao nível do tom do gerador de sinais.

9.2. Nível de Ruído

O nível de ruído deve ser medido na freqüência do CARRIER e na entrada do equipamento PLC com uma dada largura de banda definida pelo medidor seletivo de nível, por exemplo 3.1 kHz. Um fator de correção de largura de banda deve ser usado de modo a se obter o nível de ruído dentro do canal de transmissão.

Kcorrection factor = 10 logTxBW/3.1 kHz

9.3. Relação Sinal-Ruído (SNR)

A SNR é dada pela relação entre o nível do sinal de modulado de recepção em RMS e o nível de ruído dentro da banda bruta (gross bandwidth) do canal de transmissão usado. O valor SNR e a largura de banda usada permitem uma taxa máxima de bit a ser transmitida via o canal. Antes de configurar a taxa de bit do canal do equipamento DPLC deve ser considerado que a SNR pode mudar significativamente

com o tempo. A taxa de bit tem que ser ajustada para assegurar a máxima disponibilidade possível do enlace.

10.0 - PARÂMETROS DE PERFORMANCE (QoS) 10.1. Geral

A qualidade do canal de transmissão é importante para ambos os sistemas PLC analógicos ou digitais.

Sistemas PLC Analógicos : é tolerante contra a degradação da qualidade do canal. Isto significa que a qualidade do canal pode decair dependendo do serviço, mas os serviços continuam disponíveis. Este comportamento é muitas vezes chamado de “degradação tolerada”.

Sistemas PLC Digitais : mantém a qualidade dos serviços em toda a faixa de operação provida, desde que a Relação Sinal Ruído esteja acima de um patamar mínimo requerido. Se a Relação Sinal-Ruído cai para um limiar abaixo do mínimo requerido, todos os serviços (exceto a teleproteção analógica) ficarão indisponíveis simultaneamente.

Um comportamento paralelo ao da “degradação tolerada” para os PLC´s analógicos é a automática redução na complexidade de modulação (com uma subseqüente redução da taxa de transmissão) quando a Relação Sinal-Ruído cai para um limiar abaixo do mínimo. Isto irá assegurar a transmissão dos mais importantes serviços (previamente programados).

Devido à variação da qualidade de transmissão de energia da linha, por exemplo devido às mudanças climáticas, o DPLC irá variar sua taxa de transmissão , portanto, um planejamento conservador e apurado é recomendado para os sistemas CARRIER Digital.

10.2. Performance de um Sistema PLC Digital

A Recomendação ITU-T G.821 [7] apresenta uma definição de performance de um enlace de transmissão digital. Os seguintes parâmetros são definidos:

- Segundos Livres de Erros de Bits (EFS – Error Free Seconds)

- Intervalos de um segundo com pelo menos um erro (ES – Errored Seconds)

- Intervalos de um segundo com taxa de erro > 10-3 (SES – Severely Errored Seconds)

- Tempo de Disponibilidade (AT – Available Time) – um período de disponibilidade começa quando o BER em cada segundo é melhor do que 10-3 para um período de 10 segundos consecutivos e termina quando o BER em cada segundo é pior do que 10-3 para 10 segundos consecutivos.

Para o planejamento de um enlace digital, o tempo de disponibilidade do sistema (Available Time – AT) é o mais importante parâmetro a ser considerado para estes sistemas.

Esta Recomendação especifica a performance de eventos errados, parâmetros e objetivos de uma conexão de circuito digital chaveado de N x 64 kbit/s usados para

tráfego de voz ou dados. É claro que este procedimento de medidas pode não ser completamente aplicável a outras taxas de transmissão ou redes de pacotes chaveados.

Outro importante parâmetro para enlaces DPLC é o tempo de recuperação de sinal (recovery time) ou tempo de ressincronismo. Este tempo é considerado quando o enlace sob condições normais de operação é perturbado (ruído de impulso, falhas na linha etc...) e se recupera voltando à sua operação normal. Este tempo de recuperação influencia na disponibilidade (AT) do enlace.

Para alcançar valores aceitáveis de Tempo de Disponibilidade é essencial planejar o enlace de PLC com uma margem de relação Sinal-Ruído suficiente para garantir uma baixa taxa de BER mesmo em condições de tempo desfavoráveis.

Contudo, abaixo mostramos alguns dos fatores que influenciam diretamente o índice AT :

 Ruído de impulso;

 Operação da teleproteção;

 Mudanças abruptas na linha;

 Tempo de recuperação após perda do sincronismo;

 Interferências.

Vários tipos de fontes de ruídos de impulso são mostrados na tabela 2 a seguir. O ruído resultante de faltas ou operações na linha tem diferentes durações e amplitudes. Fora alguns casos de ruídos de arcos-voltáicos, nenhum PLC (analógico ou digital) é capaz de sustentar uma taxa de erro livre (EFS) na presença de tais ruídos altamente severos.

Fonte Nível de Ruído (dBu) Densidade do Pulso (Pulsos/s) Duração (ms) Descarga Elétrica +25 1 a 40 (média de 2 a 3) Até 1000 Chave Seccionadora +25 300 a 900 500 a 5000 Disjuntor de Linha +20 1000 a 2000 5 a 20 Disjuntor de Circuito +4 1000 a 2000 5 a 20

Falta Terra (ou c/ atuação de pára-raios)

+20 1000 a 2000 5 a 20

Arco-Voltáico -20 100 a 300 --

Tabela 2 – Média típica para níveis de ruídos, medidos no lado do cabo coaxial de RF, num acoplamento de CARRIER com largura de banda de 4 kHz.

O parâmetro crítico ao se planejar um CARRIER seja analógico ou digital é: o quanto freqüente os ruídos incidentes ocorrem e para o CARRIER Digital em específico, o tempo de ressincronização, quando estes distúrbios ocorrem de modo a torná-lo disponível novamente.

A resposta está muito vinculada à densidade de modulação, aos requisitos de largura de banda, possibilidade de adaptabilidade, às condições da linha (fall-back), como o tempo de ressincronismo é implementado e a flexibilidade do equipamento. 11.0 - COEXISTÊNCIA ENTRE PLC´s DIGITAIS E ANALÓGICOS

Sistemas CARRIER digitais irão coexistir com os sistemas CARRIER analógicos com o qual estão operando na mesma linha ou numa mesma região geográfica, podendo estabelecer posteriormente uma rede comum de telecomunicações.

11.1. Migração / Implementação de Carrier digital em uma rede existente de Carriers analógicos.

O aspecto a ser levado em consideração quando implementado um enlace de DPLC em uma rede de CARRIER analógicos existentes não será o mesmo para todas as redes. Isto dependerá de qual solução será implementada na rede existente e os respectivos serviços planejados para ela.

A principal vantagem do DPLC, quando comparado com o APLC, é a eficiência no uso do quesito largura de banda. Esta eficiência é alcançada pelas técnicas de compressão de voz, por exemplo, e também pela alta capacidade de tráfego de diferentes canais de dados, quando comparada a um enlace analógico limitado por suas características intrínsecas.

Em outras palavras, isto significa “salvar” banda porque não é necessário manter grandes quantidades de “espectro” para diferentes enlaces.

A migração de um APLC para um DPLC pode trazer como vantagens :

 Aumentar o número de canais de voz e dados na mesma banda;

 Dar ganho de vida útil a um equipamento que está prestes a sair de serviço pela pouca utilidade que ele traz em função da implantação de outras tecnologias;

 Salvar banda, agregando mais serviços dentro de uma mesma largura de banda;

 Reservar canais para uso futuro sem a necessidade de ocupar novas bandas de freqüências;

 Integrar os serviços de vários enlaces analógicos, integrados em justamente um enlace DPLC irá significar menos gastos com manutenção e menos espaço / infra-estrutura com a alocação de painéis;

 Criar canais com taxas de transmissão mais altas para sistemas SCADA e outros sistemas de telecontrole;

 Dar um ganho na qualidade do serviço da rede de PLC, pelo melhor gerenciamento e pela facilidade de manutenção nos equipamentos terminais;

 Facilitar as medidas de performance e de monitoramento dos módulos do PLC, associados às condições de alarmes e erros;

 Obter fácil monitoramento de interconexões com outros equipamentos PLC;

 Obter melhor sintonia de frequências por software;

 Repetir freqüências em uma rede de sistema CARRIER, que pode ser aliviada quando comparada com a implantação de enlaces analógicos.

12.0 - INTEGRAÇÃO DE SISTEMAS DPLC NAS REDES EXISTENTES 12.1. Como o PLC Digital poderá ser integrado às redes?

Dependendo da taxa de bit, o equipamento DPLC pode necessitar de uma banda mais larga do que um CARRIER analógico para prover sinais mais rápidos e taxas de transmissão mais altas. Em alguns casos, devido ao congestionamento de freqüências em algumas regiões, isto pode ser dificultado. Este fato deve ser levado em consideração quando se requer uma banda mais larga para um DPLC, pois há possibilidade de interferência com enlaces adjacentes em operação, devendo ser considerada durante a fase de planejamento de freqüência da rede.

Para redes com um grande número de nós, pode ser difícil encontrar freqüências livres para implementar enlaces de DPLC sem que haja troca de bobinas de bloqueio e caixas de sintonia existentes. Em tais casos é necessário reestudar o espectro de freqüências para a rede de DPLC levando em consideração as freqüências existentes, as perdas nos Taps, a sintonia das bobinas de bloqueio, os acoplamentos, as emissões de espúrios, a existências de Rádio-Farol etc...

Nestas linhas onde múltiplos canais de voz são requeridos, a implementação de enlaces de DPLC pode reduzir significativamente a quantidade de equipamentos analógicos necessários e então salvar espectro de freqüências (banda), mesmo se uma banda de 16 kHz estiver sendo planejada para o PLC Digital.

Poderá ser possível usar o DPLC como um link de acesso a uma rede PDH ou SDH onde cabos de fibras ópticas ou enlaces de rádio não estão disponíveis. O DPLC também poderá prover interfaces para fácil integração com redes de outros tipos de equipamentos.

12.2. Gerenciamento de Redes com Carriers Digitais

É possível uma rede de CARRIER Digitais ser monitorada por completo por um sistema TNM, um sistema hoje muito utilizado nas redes das Power Utilities.

Todos os módulos funcionais de um equipamento DPLC podem ser facilmente monitorados, tais como:

 módulos de RF e de saída de potência;

 unidades de fonte

 módulos de processamento de sinais

 módulos de teleproteção

 módulos de dados e voz

Isto quer dizer que todos os dados vitais para verificação do status dos equipamentos DPLC incluindo ainda, as medições tais como: saída de nível de potência, Relação Sinal Ruído SNR, nível de sinal recebido, etc..., podem ser monitorados e periodicamente transmitidos para o gerenciamento de rede TNM ou outro centro de manutenção remota.