Power line communications for the electrical utility: physical layer design and channel modeling

El mon de les comunicacions per la xarxa electrica (CXE) pot ser dividit en tres grans tipus: CXE en baix voltatge (CXE-BV), en mig voltatge (CXE-MV) i en alt voltatge (CXE-AV). En aquests ultims anys, les CXE-BV han atret una gran expectacio, ja que les seves capacitats han fet d'aquesta tecnologia una bona opcio com alternativa pel bucle local d'acces i pel desplegament de xarxes d'area local, focalitzades aquestes ultimes en l'entorn domestic. A mes, les CXE-BV inclouen un conjunt d'aplicacions de baixa velocitat orientades a l'operador, com la lectura automatica de comptadors (LAC), distribucio de carrega, facturacio dinamica, etc. Per altra banda, les CXE-MV i CXE-AV, historicament lligades a tasques de telecontrol i teleproteccio, s'estan comencant a considerar com un canal de comunicacions eficient i fiable. El desenvolupament de sistemes digitals i els esforcos d'estandarditzacio estan fent d'aquests canals un medi atractiu per a que els operadors electrics ofereixin serveis de comunicacions, ja que no necessiten invertir en infraestructura perque la xarxa electrica ja esta desplegada.En aquesta Tesi s'introduiran i es comentaran les particularitats de les tres xarxes electriques, despres, es mostraran al lector les solucions tecnologiques existents pels canals de BV basats en la norma Europea CENELEC aixi com pels canals d'AV, mostrant que els sistemes actuals de LAC ofereixen una diversitat frequencial molt baixa i que els modems CXE-AV estan ancorats en estendards antiquats.Aquest treball es mou per les tres topologies de la xarxa, particularment, en aplicacions orientades a la banda CENELEC, en mesura i modelat de canal, i en mesura i disseny del nivell fisic per sistemes CXE-BV, CXE-MV i CXE-AV respectivament. Els sistemes actuals que exploten la banda CENELEC ofereixen mecanismes d'explotacio de la diversitat frequencial del canal molt limitats o nuls, donant lloc a una baixa robustesa en front a interferencies i soroll de fons acolorit. Aquest treball proposa un esquema de modulacio multiportadora que, mantenint una complexitat baixa, ofereix unes altes prestacions permetent un bon nivell d'explotacio de la selectivitat frequencial. Per al que a CXE-MV respecta, aquesta Tesi desenvolupa un model de canal deterministic-estadistic pels anells urbans de distribucio de potencia i, finalment, en sistemes CXE-AV, aquest treball proposa, basat en mesures de canal i proves de camp, un nivell fisic de banda ampla capac de incrementar la velocitat de comunicacio mentre mante una baixa densitat espectral de potencia limitant aixi la interferencia a altres sistemes.PARAULES CLAU: Power line communications (PLC), low voltage (LV), medium voltage (MV), high voltage (HV), automatic meter reading (AMR), orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), multicarrier spread spectrum (MC-SS), communication system design, channel measurements, channel modeling, scattering parameters.