Propuesta para la mitigación del ruido aperiódico de un sistema de comunicaciones por líneas eléctricas PLC de tipo residencial

• Autores: Pablo Emilio Rozo García
• Directores de la Tesis: Johann Alexander Hernández Mora (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Distrital Francisco José de Caldas ( Colombia ) en 2021
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Proposal for the mitigation of aperiodic noise of a residential type PLC power line communications system
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: hdl.handle.net
• Resumen
  • español

    Debido al crecimiento exponencial de las aplicaciones de domótica e IoT que mejoran la calidad de vida dentro de los hogares, las comunicaciones por líneas de potencia han tomado importancia siendo este tema de estudio, pues es una alternativa tecnológica de transmisión de datos que permite minimizar los costos de la comunicación porque utiliza la infraestructura del sistema eléctrico y además que se tiene acceso a todos los sitios. El inconveniente que presenta esta tecnología de comunicación son los ruidos involucrados, bien sea por el entorno como por la naturaleza propia del medio. Los ruidos que se presentan en este medio de comunicación son, el ruido de fondo, el ruido de banda angosta y el ruido impulsivo, que a su vez está dividido en el ruido periódico (Sincrónico y Asincrónico con la red eléctrica) y el ruido aperiódico, siendo este último el que más inconvenientes genera. Este trabajo doctoral se centra en el ruido impulsivo aperiódico o asíncrono por ser el más crítico de los cinco ruidos. Este se genera a partir de la conmutación de los equipos eléctricos con alta densidad espectral en cada una de cargas que se conectan, funcionan y se desconectan dentro de una red eléctrica residencial. El objetivo de este trabajo es dar una propuesta para mitigar la incidencia del ruido aperiódico generado por los electrodomésticos, cuando se utiliza la red eléctrica como medio de comunicación y de esta manera mejorar la eficiencia del canal para tener una excelente alternativa para la transmisión de datos. Para lograr minimizar la incidencia del ruido impulsivo se realizó el siguiente proceso, en la primera fase se buscó “detectar” el ruido en diferentes condiciones y con diversas cargas, en esta fase se obtuvo algunos parámetros que lo identifican, sus características y las condiciones en las que se presenta. En una segunda fase se “caracterizó” el ruido a partir de sus parámetros y a través de procesos estadísticos, como son Poisson y Gauss. En una tercera fase se “modeló” el ruido aperiódico teniendo como base el Modelo de Middleton que combina las ventajas de los modelos Bernoulli-Gauss y Poisson-Gauss, este modelamiento llevo a hacer unas propuestas de dispositivos de mitigación, seleccionando el más sencillo para su implementación y económico para darle alcance a todos los usuarios. En la última fase se implementó un sistema de comunicaciones PLC a través de un sistema CORINEX, se realizaron pruebas en vacío, con cargas lineales y no lineales sin el dispositivo atenuador propuesto y después se realizaron las pruebas con el dispositivo propuesto conservando las mismas características anteriores. Los resultados entregaron una mejora con algún tipo de cargas mayores al 95%, en otras mayores al 75%, en otras se mantuvo estable y con unas pocas se incrementó la incidencia del ruido. Se pudo concluir que la propuesta realizada cumple con las expectativas, mejorando la eficiencia de este medio de comunicación.

  • English

    Due to the exponential increase in Domotics and IoT applications that seek, improve the quality of life within households, power line communications have become a relevant area of study since they are a technological alternative in data transmission that can minimize communication costs by using the infrastructure of the electric system and offer access everywhere. The setback of this technology lies in the noise involved in the process, whether it comes from the environment or the intrinsic nature of the media. The type of noises seen in these communication means are background noise, narrow-band noise and impulsive noise, which is subdivided into periodic noise (synchronous and asynchronous noises derived from the power grid) and the aperiodic noise which is the most detrimental. This doctoral work focuses on aperiodic or asynchronous impulsive noise since it is the most critical one of all five types of noises. This noise comes from the commutation of electric equipment with high spectral density in each load that is connected, operated and disconnected within a residential power grid. The purpose of this work is to propose a solution to mitigate the incidence of the aperiodic noise caused by home appliances, when the electric grid is used as a communication means. This improves the efficiency in the channel and thus becomes a convenient alternative for data transmission. To minimize the incidence of impulsive noise, the following process was carried out where noise was detected in the first phase under different conditions and with different loads. Some parameters were obtained in said phase to identify its characteristics and the conditions in which it presents itself. A second phase consisted on characterizing the noise based on its parameters and some statistical processes such as Poisson and Gauss. In the third phase, the aperiodic noise was modeled using the Middleton model as a basis, by combining the advantages of the Bernoulli-Gauss and Poisson-Gauss models. This modeling process led to propose mitigation devices and choose the simplest and most affordable one to be implemented for all users. The final phase was the implementation of a PLC communications system through a CORINEX system. Some tests were carried out in the vacuum with linear and non-linear loads with and without the proposed device under the same characteristics. The results delivered an improvement of over 95% with certain loads and 75% for other loads. In other cases, the system remained stable and for a few loads, the incidence of noise was increased. It was concluded that the proposal meets the performance expectations and improves the overall efficiency in this communications environment.