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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
“Sistemas de Comunicação via Rede de Energia Elétrica – uma Solução para a Inclusão Digital no Brasil?”
por
Juliano Sensolo da Silva
Geraldo Peres Caixeta, Dr. Orientador
Campinas (SP), Novembro de 2006
UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
“Sistemas de Comunicação via Rede de Energia Elétrica – uma Solução para a Inclusão Digital no Brasil?”
por
Juliano Sensolo da Silva Relatório apresentado à Banca Examinadora do Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Elétrica para análise e aprovação. Orientador: Geraldo Peres Caixeta, Dr.
Campinas (SP), Novembro de 2006
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Sumário Lista de Abreviaturas .......................................................................................................... Erro! Indicador não definido. Lista de Figuras.................................................................................................................................................................5 Lista de Tabela ..................................................................................................................................................................6 Resumo...............................................................................................................................................................................7 Abstract..............................................................................................................................................................................8
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................................9 1.1 CONTEXTO........................................................................................................................................................9 1.2 MOTIVAÇÃO .....................................................................................................................................................9 1.3 OBJETIVO..........................................................................................................................................................9 1.4 ORGANIZAÇÃO .................................................................................................................................................9
2 O SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ......................................................................11 2.1 A REDE ELÉTRICA COMO MEIO DE TRANSMISSÃO DE DADOS ........................................................................12
3 ASPECTOS GERAIS DA TECNOLOGIA PLC................................................................................................13 3.1 HISTÓRICO......................................................................................................................................................13
4 FUNDAMENTOS DA TECNOLOGIA PLC......................................................................................................16 4.1 MODULAÇÃO [06]...........................................................................................................................................16 4.2 MULTIPLEXAÇÃO............................................................................................................................................18
4.2.1 Spread Spectrum .......................................................................................................................................18 4.2.2 OFDM .......................................................................................................................................................20
5 CARACTERÍSTICAS DA TECNOLOGIA PLC...............................................................................................21 5.1 TECNOLOGIAS EMPREGADAS..........................................................................................................................21
5.1.1 X-10 PLC [07]...........................................................................................................................................21 5.1.2 Intellion CEBus [08] .................................................................................................................................22 5.1.3 Echelon LonWorks [09] ............................................................................................................................22 5.1.4 PLUG-IN [10]...........................................................................................................................................23
5.2 EQUIPAMENTOS PLC [13]...............................................................................................................................23 5.3 TOPOLOGIA DA REDE......................................................................................................................................26
6 PLC: IMPLEMENTAÇÕES ................................................................................................................................29 6.1 ESTADOS UNIDOS ...........................................................................................................................................29 6.2 EUROPA ..........................................................................................................................................................30 6.3 BRASIL............................................................................................................................................................31
6.3.1 Cemig ........................................................................................................................................................32 6.3.2 Copel .........................................................................................................................................................32
6.4 AVALIAÇÃO DAS IMPLEMENTAÇÕES PLC.......................................................................................................33 7 AMBIENTE MERCADOLÓGICO E ECONÔMICO.......................................................................................34
7.1 OS SERVIÇOS DE TELECOMUNICAÇÕES NO BRASIL.........................................................................................34 7.2 REGULAMENTAÇÃO E ASPECTOS A RESOLVER ...............................................................................................35
7.2.1 Legislação Brasileira para PLC ...............................................................................................................36 7.3 CONTRIBUIÇÃO POTENCIAL ............................................................................................................................37
8 O PROBLEMA DA INCLUSÃO / EXCLUSÃO DIGITAL NO BRASIL [12]................................................39 8.1 ESCOLARIDADE, ENSINO E DESEMPENHO ESCOLAR .......................................................................................39 8.2 RENDA............................................................................................................................................................39 8.3 LOCALIZAÇÃO GEOGRÁFICA ..........................................................................................................................40 8.4 RAÇA ..............................................................................................................................................................40
9 CONCLUSÃO .......................................................................................................................................................42 10 BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................................................43
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Lista de Abreviaturas TCC - Trabalho de Conclusão de Curso USF - Universidade São Francisco PLC - Powerline Communications X-10 PLC - Power Line Carrier AWGN - Additive White Gaussian Noise ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica DPL - Digital Powerline BPL - Broadband over Power Lines AT - Alta Tensão BT - Baixa Tensão MT - Média Tensão OPERA - Open PLC European Research Alliance AM - Amplitude Modullation PM - Phase Modulation FM - Frequency Modulation FDM - Frequency Division Multiplexing TDM - Tie Division Multiplexing CDM - Code Divison Multiplexing QoS - Quality over Service FH-SS - Frequency Hoping Spread Spectrum DS-SS - Direct Sequence Spread Spectrum OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing FDM - Frequency Division Multiplexing ISI - Intersymbolic Interference EIA - Eletronics Industry Association iCAL - Intelogis Commom Application Language PLX - Power Line Exchange DPL - Digital Power Line DSMA - Datagram Sensing Multiple Access CTP - Centralized Token Passing FSK - Frequency Shift Keying CPE - Customer Premises Equipments SOHOs - Small Offices Home Offices LGT - Lei Geral de Telecomunicações ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line VoIP - Voice over IP EBA - Enterprise Buenos Ayres
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Lista de Figuras Figura 1. Modulação AM (esq) e FM (dir): Adaptado de Haykin, 2001 ...........................................16 Figura 2. Modulação por pulsos analógica: Adaptado de Haykin, 2001 ...........................................17 Figura 3. Exemplos de modulação por pulsos digitais: Adaptado de Haykin, 2001..........................18 Figura 4. Densidade espectral de um sinal banda base e de um sinal “espalhado”: Adaptado de
Haykin, 2001 .......................................................................................................................19 Figura 5. Divisão de canais segundo FDMe OFDM: Adaptado de Haykin, 2001.............................20 Figura 6. Variedade de equipamentos PLC: Adaptado de Tutoriais Teleco, 2006............................24 Figura 7. Acesso do PLC e distribuição na Rede: Adaptado de Arthur D. Little ..............................27 Figura 8. Experimentos e comercialização de redes PLC no mundo: Adaptado de Arthur D. Little 29 Figura 9. Iniciativas BPL nos EUA: Adaptado de www.uplc.org .....................................................30 Figura 10. Experimentos PLC na Europa: Adaptado de PLC Utilities Alliance, PUA (2004) and
PLC forum (2006) ......................................................................................................................30 Figura 11. Inclusão Digital por Unidades de Federação: Adaptado de IBGE (PNAD), 2004...........40 Figura 12. Inclusão Digital e Raça: Adaptado de IBGE (PNAD), 2004............................................41
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Lista de Tabelas
Tabela 1. Acessos de Banda larga no Brasil ......................................................................................35
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Resumo Silva, Juliano Sensolo da. “Sistemas de Comunicação via Rede de Energia Elétrica – uma Solução para a Inclusão Digital no Brasil?”. Campinas, 2006. Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade São Francisco, Campinas, 2006. Este trabalho apresenta de forma simples e direta a tecnologia PLC, sua fundamentação teórica, suas implementações práticas e como esta tecnologia pode ser utilizada como ferramenta de inclusão digital. Palavras-chave: PLC, inclusão digital.
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Abstract
This paper presents of simple and direct form technology PLC, its theoretical recital, its practical implementations and as this technology can be used as tool of digital inclusion Keywords: PLC, digital inclusion.
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1 Introdução 1.1 Contexto A Internet é, sem sombra de dúvida, uma importante ferramenta de acesso e disseminação à
informação e, nos dias atuais, onde vivemos a chamada “Era da Informação”, a rapidez no acesso à
informação de qualidade, pode significar melhores chances, tanto de crescimento pessoal quanto de
competitividade.
Garantindo o direito de acesso à informação a todas as camadas da sociedade significa aumentar as
chances de redução das desigualdades sociais em países como o Brasil.
A tecnologia a ser apresentada neste trabalho pode se tornar uma importante ferramenta na
implantação de uma política de inclusão digital no Brasil, pois utiliza as redes de distribuição de
energia para levar o acesso em banda larga às regiões mais distantes e pobres do país.
1.2 Motivação A maior parte da transmissão de dados no Brasil é feita utilizando-se acesso discado através de
linhas telefônicas sendo que, nas regiões mais remotas e pobres do país, verifica-se a inexistência de
linhas telefônicas e de estrutura para a instalação de provedores de Internet. Por outro lado, a
energia elétrica está presente em quase todas as regiões do país. As residências já dispõem de toda a
rede elétrica instalada e neste contexto a tecnologia PLC se encaixa perfeitamente e um estudo
sobre sua viabilidade de implantação como meio de acesso à Internet merece atenção.
Levando acesso em banda larga às comunidades mais carentes com baixo custo e promovendo a
Inclusão Digital contribuímos para o desenvolvimento dessas comunidades e diminuindo o abismo
social que existe em nosso país.[2]
1.3 Objetivo O objetivo deste trabalho é apresentar um estado da arte dos sistemas de comunicação através da
rede elétrica no Brasil e no mundo e seu potencial como ferramenta de Inclusão Digital para o
Brasil, tendo como público alvo ás populações de baixa renda, comunidades ribeirinhas e escolas
públicas.
1.4 Organização Este trabalho se divide em sete capítulos, sendo o primeiro a introdução. Os capítulos seguintes
estão organizados da seguinte forma:
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Capítulo 2 – Visão geral sobre a rede elétrica de distribuição.
Capítulo 3 – Histórico da tecnologia PLC.
Capítulo 4 – Fundamentos da tecnologia PLC.
Capítulo 5 – Serviços suportados pela tecnologia PLC.
Capítulo 6 – Projetos que empregam a tecnologia PLC.
Capítulo 7 – O problema da exclusão digital enfrentado pelo país.
Capítulo 8 – Utilização da tecnologia PLC na inclusão digital.
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2 O Sistema de Distribuição de Energia Elétrica A energia elétrica gerada nas usinas é transmitida até os centros consumidores através de linhas de
transmissão trifásicas em alta tensão (de 230 kV a 765 kV). Essas linhas são interligadas por meio
de subestações, onde se localizam os vários transformadores necessários para controlar o nível de
tensão.
As subestações de distribuição, geralmente localizadas no perímetro urbano das cidades, são
utilizadas para abaixar o nível de tensão até o patamar característico de sua distribuição na cidade.
Uma subestação de distribuição comumente recebe linhas de transmissão trifásicas que fornecem
energia nas tensões de 69 kV ou 138 kV e abaixa a tensão, usando transformadores, para níveis
padronizados de 11,9 kV, 13,8 kV, 23 kV ou 34,5 kV, considerando tensão de linha (fase-fase).
A partir das subestações de distribuição a energia elétrica é distribuída aos consumidores através de
uma rede elétrica chamada rede, sistema, grade de distribuição ou grade de potência formada por
duas sub-redes: rede de alimentação primária e rede de alimentação secundária.
A rede primária é constituída por alimentadores primários formados por linhas trifásicas, ou a três
fios, que saem de uma subestação de distribuição e seguem pelas ruas das cidades, podendo ter
instalação aérea em postes ou instalação subterrânea via cabos isolados (usada normalmente nos
centros urbanos). Às vezes, a rede primária contém também um quarto fio (neutro), dependendo da
forma de aterramento utilizada pela unidade consumidora. Essa rede primária utiliza normalmente
11,9 kV, 13,8 kV ou 23 kV como tensão de linha e opera de forma radial (no caso de redes aéreas)
ou malhada (no caso de redes subterrâneas).
Entretanto, para atender aos consumidores residenciais e comerciais de pequeno porte, é necessário
se obter tensões ainda menores. Para tanto, utilizam-se transformadores trifásicos redutores de
tensão que interconectam a rede primária à rede de alimentação secundária, formada por
alimentadores trifásicos a quatro fios (o fio neutro está sempre presente).
Os níveis de tensão nessa rede secundária são 380V ou 220V como tensão de linha (fase-fase), o
que corresponde a 220 V ou 127 V como tensão de fase (fase-neutro).
A infra-estrutura da rede elétrica no país é bastante extensa atingindo uma elevada penetração.
Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL, a capilaridade no Brasil já passa de
95% dos domicílios, pretendendo-se atingir 100% destes até 2015.[01]
As redes de distribuição de energia foram projetadas, para transmitir energia elétrica de forma
eficiente, não estando, assim, adaptadas para a transmissão de dados, fazendo com que seja
necessário o emprego de técnicas avançadas para modificação destas características.
11
2.1 A Rede Elétrica como Meio de Transmissão de Dados A rede de distribuição de energia elétrica é um meio extremamente hostil como canal de
comunicação. A simples conexão entre duas tomadas de energia em uma mesma instalação
apresenta uma função de transferência bastante complicada devido principalmente à falta de
casamento entre as impedâncias das cargas nas terminações da rede. Desta forma, as respostas em
amplitude e fase variam, numa faixa bem extensa, com a freqüência. Em algumas freqüências o
sinal transmitido pode chegar ao receptor com poucas ou nenhum perda, enquanto que em outras
freqüências o sinal pode ser recebido com um nível de potência menor do que o nível de potência
do ruído, sendo completamente deteriorado pelo canal.
Mas este não é o único problema. A função de transferência do canal PLC também varia com o
tempo e isto ocorre devido à natureza dinâmica com que cargas são inseridas ou removidas da rede
ou mesmo devido a dispositivos que apresentem impedâncias que variam com o tempo, como é o
caso das fontes chaveadas e alguns tipos de motores [02]. Assim, o canal pode apresentar uma boa
qualidade para transmissão em certas faixas de freqüência enquanto que em outras terá sua
capacidade bastante limitada, e isso faz com que o uso eficiente da rede elétrica como meio de
comunicação requeira o uso de mecanismos que compensem, de alguma forma, as variações da
função de transferência do canal PLC.
Adicionalmente temos, ainda, as interferências presentes na rede, cujas mais severas fontes de
interferência raramente apresentam propriedades semelhantes às do AWGN (Additive White
Gaussian Noise). Muito pelo contrário, elas apresentam características impulsivas ou seletivas em
freqüência, ou mesmo ambas.
Fontes típicas de ruídos presentes na rede elétrica são os motores com escovas, fontes chaveadas,
reatores para iluminação entre outras. Estes dispositivos introduzem componentes de alta freqüência
na rede caracterizando as “emissões conduzidas”. Outra forma de inserção de ruído, as “emissões
irradiadas”, são provenientes das emissoras de rádio em geral, ou mesmo de equipamentos com os
citados anteriormente.
O impacto de todas essas interferências no sistema significaria que, na transmissão de um
determinado pacote de dados, a quantidade de erros seria muito alta, podendo causar a perda
completa do pacote transmitido.
12
3 Aspectos Gerais da Tecnologia PLC A tecnologia PLC transforma a grade de potência em uma rede de comunicação pela superposição
de um sinal de informação de baixa energia ao sinal de corrente alternada de alta potência. Com o
propósito de assegurar a coexistência correta e a separação entre os 2 sistemas, a faixa de freqüência
utilizada para comunicação é bastante distante daquela utilizada para a corrente alternada (50 ou 60
Hz), sendo 1,6 a 30 MHz para aplicações banda larga.
3.1 Histórico Sistemas PLC têm sido utilizados pelas empresas de energia elétrica desde a década de 1920. Em
1950 foi desenvolvida a primeira técnica de transmissão de dados através das linhas elétricas,
chamado de Ripple Control, utilizava baixas freqüências, o que demandava potências altas de
transmissão. A comunicação era unidirecional, enviando sinais de controle para tarefas simples
como acionamento de equipamentos e controle remoto de tarefas.
Pesquisas iniciais, para analisar as características das redes elétricas e sua vocação como meio de
transmissão de dados, foram realizados nos Estados Unidos e na Europa na década de 80. As faixas
de 5 a 500 kHz foram as que mais se destacaram e dois fatores foram de maior relevância nessas
pesquisas: a relação sinal / ruído e a atenuação do sinal na rede [02].
Em 1991, Dr. Paul Brown da Norweb Communications (empresa de energia elétrica da cidade de
Manchester, Inglaterra) iniciou testes com comunicação digital em alta velocidade utilizando linhas
de energia. Entre 1995 e 1997, ficou demonstrado que era possível resolver os problemas de ruído e
interferências e que a transmissão de dados de alta velocidade poderia ser viável. Em outubro de
1997 a Nortel e a Norweb anunciaram que os problemas associados ao ruído e interferência das
linhas de energia estavam solucionados e, dois meses depois, anunciaram terem realizado o
primeiro teste de acesso à Internet numa escola de Manchester. Com isso foi lançada uma nova
idéia para negócios de telecomunicações que as duas empresas chamaram de Digital Powerline. Em
março de 1998 as duas empresas criaram uma nova empresa chamada de NOR.WEB DPL com o
propósito de desenvolver e comercializar Digital Powerline (DPL).
Em todo mundo as empresas elétricas começavam a pensar em se tornar provedores de serviços de
telecomunicações utilizando seus ativos de distribuição. Nesta época o setor de telecomunicações
passava por uma fase de crescimento explosivo em todo o mundo (celular e Internet) e,
particularmente no Brasil, estava ocorrendo o processo de privatização das empresas de
telecomunicações. O desenvolvimento da tecnologia PLC era acompanhado pelo Sub-comitê de
13
Comunicações do GCOI e a APTEL, empresa criada em abril de 1999, realizou seu primeiro
seminário em setembro de 1999 com o tema “Tecnologia Power Line Communications (PLC)”.
Ainda no ano de 1997, foi criado na Europa o PLC Fórum e em 1998 a UTC lançou nos Estados
Unidos o PLTF. Atualmente são comercializados diversos produtos com tecnologia PLC e o FCC
emitiu diversos pareceres favoráveis sobre a viabilidade desta tecnologia e, em abril de 2003, emitiu
novos pareceres favoráveis ao emprego da tecnologia PLC, inclusive alterando seu nome /
referência para BPL (Broadband over Power Lines) [03].
Nos últimos 6 anos, centros de pesquisa e fornecedores têm desenvolvido, em conjunto com as
prestadoras de serviços de geração, transmissão e distribuição de eletricidade (também conhecidas
em conjunto com as prestadoras de água, saneamento e gás, como prestadoras de utilidades ou
utilities no ambiente internacional), sistemas de comunicação de Banda Larga sobre a rede de
distribuição elétrica, incrementando o valor de serviços que a rede e a infra-estrutura instalada
podem prestar.
Estes desenvolvimentos incluem tecnologias de acesso, e a rede de distribuição interna das
residências e escritórios de usuários. Os fornecedores da tecnologia PLC estão atingindo
capacidades de largura de banda de 200 Mbps (capacidade partilhada nos fluxos de dados brutos
downstream e upstream), velocidade que compete com outras tecnologias de acesso.
A partir deste fato, a escolha da melhor tecnologia para fornecer acesso ou atingir uma determinada
população, deve considerar PLC como mais uma alternativa tecnológica, ao lado ou em combinação
com outras tecnologias e passa a ser uma questão de análise de custos e de serviços a serem
ofertados.
A tecnologia PLC pode utilizar a rede de Baixa Tensão (BT) e/ou a rede de Média Tensão (MT)
como suporte. A utilização da alta tensão (AT) é objeto de estudos adicionais com possíveis
resultados futuros em escala comercial. A tecnologia PLC é adequada tanto às redes de baixa tensão
aérea quanto às redes de distribuição subterrânea.
Entre os principais pontos fortes da tecnologia PLC, os seguintes merecem destaque:
• Utiliza-se da infra-estrutura existente com um potencial de cobertura superior ao das
tecnologias competidoras, permitindo uma ubiqüidade sem precedentes (in door e out door);
• Permite uma implantação rápida, modular e seletiva;
• A instalação interna (em residências e escritórios) é rápida e simples;
• Investimentos e custos operacionais na rede PLC estão ficando a cada ano mais
competitivos com relação a xDSL e menores do que o serviço de distribuição via cabo;
14
• O desenvolvimento da tecnologia tira proveito, se apóia e é convergente com os
desenvolvimentos mais recentes do quadro de serviços NGN e protocolos IP, por exemplo,
parâmetros de QoS, IPv6, etc...
A tecnologia PLC oferece um largo espectro de aplicações, desde acesso à Internet em Banda
Larga, telefonia, tele-controle, serviços de controle de eletro-domésticos, serviços audiovisuais,
segurança predial. Devido as capacidade da tecnologia no transporte e capilaridade já instalada de
rede, também estão surgindo propostas de evolução de serviços atuais utilizando exatamente estes
diferenciais.
Em janeiro de 2004 teve início o Projeto OPERA (Open PLC European Research Alliance),
patrocinado pela União Européia, que tem como objetivos padronizar, aperfeiçoar e disseminar a
tecnologia PLC em toda a Europa. Sobre este projeto tratarei mais detalhadamente adiante.
15
4 Fundamentos da Tecnologia PLC Para um melhor entendimento de como funciona a tecnologia PLC, serão apresentados conceitos
básicos de modulação e multiplexação de sinais, fundamentos para a transmissão de dados pela rede
elétrica e o estado da arte das tecnologias PLC existentes.
4.1 Modulação [06] O desenvolvimento da tecnologia PLC só foi possível com o avanço das técnicas de modulação, ou
seja, no processo de transformar um sinal em uma forma mais adequada para a transmissão através
de um determinado meio físico.
No processo de modulação que ocorre no transmissor, um dos parâmetros da onda portadora
(amplitude, freqüência ou fase) é modificado e o sinal é transmitido pelo canal de transmissão. Este
sinal é captado em um receptor que recria a mensagem original pelo processo de demodulação.
Entretanto, a presença de ruído e o desvanecimento sofrido pelo sinal recebido impossibilitam a
recriação exata da mensagem original. A degradação do sinal no sistema como um todo, é
influenciada pelo tipo de modulação utilizada, sendo algumas técnicas mais sensíveis a ruídos e
distorções do que outras.
A modulação por onda contínua é uma forma de modulação analógica que utiliza uma onda
portadora senoidal para transmitir o sinal de informação. A modulação analógica pode ser feita
variando-se a amplitude da portadora (Amplitude Modulation – AM), tem como vantagem a
facilidade de implementação e como desvantagens o desperdício de potência (portadora é
independente da informação e é transmitida em conjunto com o sinal) e o desperdício de banda,
variando-se a fase da portadora (Phase Modulation – PM) e variando-se a freqüência da portadora
(Frequency Modulation – FM).
Figura 1. Modulação AM (esq) e FM (dir).
Fonte: Adaptado de Haykin, 2001 [06]
16
A modulação por pulsos é uma forma de modulação digital que utiliza um trem de pulsos para
transmitir a informação. A base deste tipo de modulação é o processo de amostragem, que consiste
em retirar amostras de um sinal analógico em instantes de tempo determinados gerando, assim, uma
seqüência de amostras, uniformemente espaçadas no tempo. A freqüência de amostragem do sinal
deve ser de, pelo menos, duas vezes a freqüência do sinal a ser amostrado para que se possa
recuperar o sinal original a partir de suas amostras. Este critério é conhecido como Critério de
Nyquist. Para sinais que não são limitados em banda pode ocorrer a sobreposição de componentes
de alta freqüência com as de baixa freqüência (aliasing), sendo, então, necessário o uso de filtros no
processo de amostragem (chamados filtros anti-aliasing).
A modulação por pulsos analógica utiliza um trem de pulsos periódicos como onda portadora e
varia-se alguma das características de cada pulso de acordo com o valor amostrado correspondente
do sinal da mensagem. As variações nos pulsos podem ocorrer na amplitude, na duração ou na
posição. A informação é transmitida de forma analógica, mas em instantes de tempo discretos.
Figura 2. Modulação por pulsos analógica.
Fonte: Adaptado de Haykin, 2001 [06]
Na modulação por pulsos digital a mensagem é representada de tal forma que seja discreta, tanto na
amplitude quanto no tempo, permitindo que a sua transmissão seja digital como uma seqüência de
pulsos de código. Código é a representação discreta de um conjunto de valores discretos, onde cada
valor dentro de um código é chamado de símbolo. Em um código binário, por exemplo, cada
símbolo pode ser representado por apenas dois valores: ausência ou presença de pulso. Existem
várias técnicas de modulação por pulso e algumas são apresentadas na figura a seguir.
17
Figura 3. Exemplos de modulação por pulsos digitais.
Fonte: Adaptado de Haykin, 2001 [06] 4.2 Multiplexação O uso do processo de modulação põe em foco outro importante requisito da transmissão de
informações: a multiplexação, processo pelo qual vários sinais são combinados para a transmissão
simultânea sobre o mesmo canal. Dentre os métodos de multiplexação pode-se citar:
• Frequency Division Multiplexing (FDM): utiliza a modulação por onda contínua para
colocar cada sinal em uma freqüência específica da banda. No receptor são colocados vários viltros
para separar estes sinais.
• Time Division Multiplexing (TDM): utiliza a modulação por pulsos para posicionar os
sinais em diferentes posições temporais.
• Code Division Multiplexing (CDM): cada sinal é identificado por uma seqüência (código)
diferente. Essas técnicas de modulação são base para outras mais robustas utilizadas na
comunicação pela rede elétrica: a Spread Spectrum (espalhamento espectral) e a OFDM.
4.2.1 Spread Spectrum Esta técnica de modulação é caracterizada pela habilidade de rejeitar interferências na transmissão
da informação. Segundo Haykin [06], uma modulação spread spectrum atende a duas definições:
• É uma forma de transmissão na qual a informação ocupa uma banda maior que a banda
mínima para transmiti-la.
• O espalhamento do espectro é realizado antes da transmissão através do uso de um código
independente da informação. O mesmo código é utilizado pelo receptor para recuperar a informação
original.
Esta modulação “sacrifica” a eficiência do sistema em termos de banda e potência em prol da
segurança nas transmissões em ambientes hostis. Quando o sinal é espalhado no espectro de
18
potência, ele fica com a aparência de um sinal de ruído, podendo ser transmitido pelo canal sem ser
detectado por quem possa estar monitorando a comunicação. A figura a seguir mostra como fica o
espectro de potência para um sinal espalhado e um sinal de banda base.
As vantagens desse tipo de modulação são:
• Baixa densidade espectral de potência.
• Rejeição a interferências.
• Privacidade.
O código utilizado para o espalhamento tem baixa ou nenhuma correlação com o sinal e é único
para cada usuário, sendo impossível separar do sinal a informação que está sendo transmitida sem o
conhecimento do código utilizado.
Figura 4. Densidade espectral de um sinal banda base e de um sinal “espalhado”.
Fonte: Adaptado de Haykin, 2001 [06]
Quanto aos tipos de sistemas spread spectrum, pode-se citar:
• Frequency Hoping Spread Spectrum (FH-SS): a banda total do canal de transmissão é
dividida em diversos sub-canais de banda estreita e o sistema comuta rapidamente entre eles
segundo uma seqüência aleatória, conhecida tanto pelo transmissor como pelo receptor.
• Direct Sequence Spread Spectrum (DS-SS): utilize um canal de banda larga (> 1 MHz)
onde todos transmitem a uma taxa alta de chips (símbolos binários) segundo uma seqüência que
segue um código aleatório predefinido (pseudo-ruído), binário, produzido a uma freqüência muito
maior que a do dado a ser transmitido, espalhando o sinal no domínio da freqüência. Na recepção o
sinal é filtrado segundo a mesma seqüência.
19
• Híbrido DS/FH: a banda é dividida em sub-canais e em cada um deles um pseudo-ruído é
multiplicado com o sinal de informação. Um endereço é a combinação da seqüência das freqüências
com o código pseudo-ruído.
4.2.2 OFDM A técnica de multiplexação OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) foi criada
visando minimizar a interferência entre os canais de freqüências próximas umas das outras e está
baseada na propriedade da ortogonalidade entre canais. Dois sinais são ditos ortogonais quando a
multiplexação de um pelo outro resulta em zero.
A tecnologia envolvida é complexa e exige processamento digital de múltiplos sinais e consiste na
divisão do canal em vários canais de banda estreita de diferentes freqüências. A diferença para a
técnica convencional FDM está na forma como os sinais são modulados e demodulados, garantindo
a ortogonalidade dos sinais OFDM.
Figura 5. Divisão de canais segundo FDMe OFDM.
Fonte: Adaptado de Haykin, 2001 [06]
Os benefícios dessa técnica são: maior número de canais para uma mesma faixa espectral quando
comparada com a técnica FDM, resistência à interferência de RF e pouca distorção causada por
caminhos múltiplos. Isso se mostra extremamente importante, pois, em um típico cenário de
broadcast, os sinais transmitidos chegam ao receptor através de vários caminhos de diferentes
cumprimentos (multipath channel). Como versões múltiplas de um sinal interferem umas nas outras
(Intersymbolic Interference – ISI), torna-se extremamente difícil extrair a informação original. O
OFDM foi à técnica escolhida para o padrão de TV Digital da Europa, Japão e Austrália, assim
como para serviços de áudio em broadcast na Europa e para transmissões sem fio (Wireless).
20
5 Características da Tecnologia PLC A principal vantagem da tecnologia PLC sobre as demais tecnologias de acesso é a utilização de
uma infra-estrutura física já existente, uma vez que todos os edifícios apartamentos e casas já
possuem rede elétrica instalada e isso permite conectar um computador ou qualquer outro
dispositivo na tomada para receber sinais de informação sem a necessidade de nenhum cabeamento
adicional.
Por outro lado, as linhas da rede elétrica de distribuição são meios mais inóspitos à comunicação de
dados e apresentam as seguintes desvantagens:
• Atenuação de acordo com a freqüência, divisores de tensão, acoplamento entre fases, etc.
• Atraso
• Ruído impulsivo devido a interruptores, aparelhos domésticos, motores, dimmers.
• Falta de segurança.
Além disso, as principais empresas interessadas em desenvolver a tecnologia lidaram inicialmente
com outros tipos de problemas como o alto custo do desenvolvimento, falta de regulamentação,
limitação de banda.
5.1 Tecnologias Empregadas As primeiras tecnologias PLC surgiram a mais de vinte anos e sendo que algumas ainda são
utilizadas nos dias de hoje. Inicialmente eram soluções simples, destinadas ao controle de
dispositivos à distância e apresentavam sérias restrições quanto às taxas de transferência, custo,
entre outros.
Nos próximos tópicos se segue uma apresentação sobre cada uma das tecnologias desenvolvidas. 5.1.1 X-10 PLC [07] A tecnologia X-10 PLC (Power Line Carrier) foi inventada e patenteada na década de 1970 por um
engenheiro da empresa PICO Eletronics da Inglaterra. Posteriormente, os engenheiros da PICO
foram transferidos para Hicksville, Nova York onde continuaram com seu esforço de desenvolver
um método para controle à distância utilizando a rede elétrica de distribuição para transmitir os
sinais de controle. Após nove tentativas fracassadas eles finalmente tiveram sucesso e criaram o
termo X-10 para nomear essa tecnologia. Subseqüentemente toda a equipe foi realocada para
Closter, New Jersey, e mudaram o nome da empresa para X10 USA.
21
Basicamente a técnica de sinalização X10 PLC consiste na sobreposição e transmissão de um sinal
de código de 120 kHz sobre os 60 Hz da rede elétrica. Usando o transmissor X10, o sinal é
transmitido através da rede elétrica e é recebido pelos receptores, programados com o mesmo
código, distribuídos pela casa. O padrão X10 possui 256 códigos diferentes disponíveis (16 códigos
da casa: A a P e 16 Códigos das unidades: 1 a 16).
O sinal X10 deve apresentar o valor mínimos de tensão de 100 mV e o nível de ruído na rede não
deve exceder 20 mV em qualquer ponto da casa.
5.1.2 Intellion CEBus [08] Em 1984, membros da EIA (Eletronics Industry Association) identificaram a necessidade de um
padrão que incluísse mais do que somente os comandos “ON”, “OFF”, “DIM”, “BRIGHT”, “ALL
LIGHTS ON” e “ALL UNITS OFF” para controle. Por seis anos, engenheiros de várias empresas
internacionais trabalharam com o propósito de desenvolver um padrão ao qual chamaram de CEBus
(pronuncia-se “see-bus”) ou Consumer Eletronic Bus.
O padrão CEBus foi apresentado ao mundo 1992 e, basicamente, consiste numa arquitetura aberta
que fornece uma documentação contendo uma série de protocolos que definem como deve ser feita
a comunicação entre equipamentos através da rede elétrica, par trançado em baixa voltagem, cabo
coaxial, infravermelho, RF e fibras ópticas. Em outras palavras, qualquer um pode fazer uma cópia
dos documentos e desenvolver produtos que trabalhem segundo o padrão CEBus.
5.1.3 Echelon LonWorks [09] Lonworks é uma tecnologia desenvolvida pela empresa Echelon que tem como objetivo oferecer
uma infra-estrutura para a operação de uma rede local denominada LON (Local Operating
Network), baseia-se num protocolo de comunicação proprietário denominado LonTalk (ANSI
709.1) e está embarcado num chip proprietário Neuron.
Este sistema pode ser implementado através da rede elétrica, par trançado, cabo coaxial, RF,
infravermelho e fibras ópticas, sendo que o sistema PLC apresenta comunicação ponto a ponto,
adotando como estratégia de acesso ao meio, o protocolo CSMA a uma taxa de 10 kbps, e
tecnologia spread spectrum para a modulação das mensagens.
Tem um alto custo de desenvolvimento devido ao chip Neuron, que possui três processadores de 8
bits com até 10 kbytes de RAM e até 10 kbytes de ROM, e devido à existência de soluções mais
baratas para a automação residencial, sua implementação massiva se deu em ambientes comerciais e
residenciais.
22
5.1.4 PLUG-IN [10] Desenvolvida pela Intelogis Inc, baseia-se na implementação de vários protocolos: PLUG-IN
Intelogis Commom Application Language (iCAL), PLUG-IN Power Line Enchange (PLX) e
PLUG-IN Digital Power Line (DPL).
Diferente da maioria das aplicações do CEBus que utilizam comunicação do tipo ponto a ponto, o
iCAL utiliza comunicação cliente-servidor, que permite armazenar a inteligência de cada nó da rede
em um nó central (servidor de aplicações). As tarefas que exigem maior capacidade de
processamento, inteligência e armazenamento, são realizadas por este nó central, deixando os nós
clientes com a mínima inteligência e circuitos necessários para a execução de suas funções. Como
conseqüência temos uma redução no custo do sistema.
A principal função do PLX é definir o protocolo de controle de acesso ao meio (MAC), que utiliza
dois mecanismos independentes: Datagram Sensing Multiple Access (DSMA) e Centralized Token
Passing (CTP). O servidor da rede será um nó inserido com a utilização do DSMA e ele será o
responsável pelo gerenciamento do token.
O DPL consiste em um conjunto de regras que definem como a informação será transmitida pelos
componentes da rede, utilizando modulação FSK (Frequency Shift Keying), que tem um custo
reduzido em comparação ao spread spectrum e suas taxas de transmissão chegam a 350 kbps,
fazendo com que esta tecnologia seja mais viável para aplicações residenciais.
5.2 Equipamentos PLC [13] Há diversos tipos de equipamentos PLC, que podem ser utilizados na oferta de serviços de
telecomunicações sobre a rede de distribuição de energia elétrica:
• Modems utilizados nas instalações dos usuários (Customer Premises Equipments – CPE);
• Equipamentos de concentração;
• Repetidores ou equipamentos intermediários (de baixa ou alta tensão);
• Equipamentos de Transformador BT/MT;
• Equipamento de Subestação.
23
Figura 6. Variedade de equipamentos PLC.
Fonte: Adaptado de Tutoriais Teleco, 2006 Segue-se uma breve descrição de cada um destes equipamentos:
• Modem PLC (CPE)
O Modem PLC é um equipamento que realiza a interface entre os equipamentos dos usuários e a
rede elétrica de distribuição, transformando o sinal do equipamento terminal de telecomunicações
em sinal modulado e transportado sobre a rede elétrica. O Modem recebe alimentação e os sinais de
telecomunicações pela rede elétrica de distribuição doméstica (in-house). O Modem permite
também separar as aplicações de voz e dados, para os respectivos telefones ou computadores
pessoais. Há diversos tipos de modems, como modems para acesso a Internet (Ethernet e/ou USB),
modem para Internet e Telefonia (Ethernet e/ou USB + RJ-11) e modems só para voz (RJ-11).
Funcionalidades adicionais, tais como Modems Wi-Fi já estão também disponíveis e permitindo a
cobertura em áreas abertas.
• Repetidor
O Repetidor recupera e re-injeta o sinal PLC proveniente dos Equipamentos de Transformador para
a rede elétrica de distribuição doméstica. É instalado normalmente junto a sala de medidores de
cada prédio ou em algum local intermediário (por exemplo, postes sem transformador) na rede de
24
distribuição de baixa tensão.Algumas vezes pode ser utilizado como um nó intermediário para
expandir a cobertura ou aumentar a largura de banda em segmentos críticos da rede (por exemplo,
devido a uma elevada atenuação entre o equipamento PLC do Transformador e o Modem PLC). Há
também Repetidores em Média Tensão com propósitos semelhantes. Em alguns casos, dependendo
da topologia da rede elétrica, o repetidor pode não ser necessário, caso em que o equipamento PLC
do Transformador consegue uma conexão de elevada qualidade com o Modem PLC.
• Equipamento de Concentração
Determinados condomínios ou prédios podem exigir um equipamento de concentração que otimize
a largura de banda para um conjunto de usuários próximos. Em prédios, este equipamento é
geralmente instalado junto à sala de medidores. Algumas vezes pode ser utilizado como um nó
intermediário para expandir a cobertura ou aumentar a largura de banda em segmentos críticos da
rede.
• Equipamento de Transformador (Master / Gateway)
O Equipamento de Transformador é o dispositivo PLC instalado junto aos transformadores MT/BT.
Sua função é extrair o sinal proveniente da rede de distribuição PLC (média tensão, fibra óptica,
rede a cabo, etc) e injetá-lo sobre a rede de acesso (baixa tensão). Possibilita o fluxo de dados
downstream do Equipamento Transformador até o Modem PLC ou para os Repetidores numa
configuração ponto multiponto full-duplex. Os Equipamentos de Transformador são dotados de
uma configuração modular flexível com:
• Placas BT, as quais injetam o sinal PLC proveniente da rede de distribuição PLC sobre os
cabos de baixa tensão;
• Placas MT que permitem a interconexão destes equipamentos sobre a rede de distribuição de
média tensão.
Opcionalmente os Equipamentos de Transformador podem incluir:
• Placas WiFi que permitem o acesso wireless a clientes dentro da área de cobertura do
Transformador, sem utilizar a rede de baixa tensão, mas utilizando a rede de média tensão
para entrega do sinal;
• Placas de Fast Ethernet ou Gigabit Ethernet para interconexão destes equipamentos através
de interfaces RJ-45 ou Gigabit Ethernet, o que permite o uso de fibra óptica ou outras
tecnologias para a rede de distribuição (xDSL, LMDS, etc).
• Equipamento de Subestação (High End)
O Equipamento de Subestação é o dispositivo PLC instalado junto a Subestação. Sua função é, por
um lado, permitir a interconexão com os provedores de serviços (Internet ou PSTN, por exemplo) e
25
por outro lado, injetar o sinal na rede de média tensão. As funções do equipamento de Subestação
podem ser desempenhadas, dependendo da configuração, pelo mesmo Equipamento de
Transformador.
• Equipamentos Acessórios (unidades de acoplamento)
As unidades de acoplamento são os equipamentos acessórios necessários para injetar e adaptar o
sinal de telecomunicações do equipamento PLC para a grade de distribuição (MT e BT). Há 2 tipos
de unidades de acoplamento:
• Acoplamento capacitivo que injeta o sinal por contato direto com a rede de distribuição (por
exemplo, feito por “piercing”);
• Acoplamento indutivo que injeta o sinal por indução (por exemplo, feito por “ferrite”).
A solução de acoplamento a ser implementada é escolhida com base na qualidade do sinal e
facilidade de instalação nas condições específicas da rede de distribuição utilizada. As soluções de
acoplamento têm evoluído bastante, otimizando tempos, procedimentos, desempenho e segurança
de instalação.
5.3 Topologia da Rede A topologia geral de uma rede de telecomunicações onde se utiliza a tecnologia PLC, distingue-se
os seguintes segmentos de rede:
• A Rede de Acesso PLC
A grade de baixa tensão realiza a função do segmento de acesso (última milha) da rede de
telecomunicações. A rede de acesso interconecta Modems PLC com o Equipamento PLC de
Transformador (ver descrição dos Equipamentos PLC). O socket elétrico convencional torna-se um
ponto de conexão a serviços de telecomunicações.
Os Equipamentos PLC de Transformador localizam-se junto aos Transformadores de MT / BT
(média tensão / baixa tensão – ver Quadro I). A rede de acesso PLC pode ainda envolver
repetidores, em função da distância entre os equipamentos PLC.
O Modem PLC pode ser conectado a uma rede local (LAN) existente na residência do usuário,
possibilitando diversos usuários se conectar e dividir uma conexão em alta velocidade, opção que é
especialmente útil para SOHOs (Small Offices Home Offices).
Também se pode utilizar a rede elétrica in-house pra estabelecer uma rede local levando o sinal
PLC a todos os cômodos da casa ou escritório.
26
Figura 7. Acesso do PLC e distribuição na Rede.
Fonte: Adaptado de Arthur D. Little
• A Rede de Distribuição PLC
É a parte da rede de acesso que pode ter uma abrangência, inclusive metropolitana, que interliga a
rede de acesso de última milha aos provedores, ou ao backbone. Observe-se que devido a sua
capilaridade potencial recebe uma denominação especial: rede de distribuição.
A rede de distribuição interconecta os Equipamentos PLC instalados nas subestações MT / BT. Esta
interconexão admite uma variedade de soluções, que podem ser combinadas. Desta forma a rede de
distribuição pode se basear:
• no sistema de distribuição de média tensão, conectando diferentes subestações MT / BT por
meio de equipamentos PLC de média tensão (pode se utilizar tanto a rede aérea quanto a
rede subterrânea);
• em um sistema de transmissão por fibras ópticas conectando diferentes subestações MT /
BT;
• em qualquer tecnologia como xDSL ou LMDS.
Normalmente as subestações são conectadas por uma configuração de referência em anel com rotas
de proteção em caso de falha.
O desenvolvimento de PLC de média tensão é de elevada importância, na medida que impacta
positivamente na economia e a rapidez de implantação, permitindo as prestadoras e concessionárias
27
de serviços (Utilities) servir-se de suas redes de distribuição para conectar diferentes subestações de
baixa tensão.
28
6 PLC: Implementações Nos últimos anos, tem havido um interesse global crescente na tecnologia PLC. Até o início do
segundo semestre de 2004 detectou-se um total de mais de 100 iniciativas em PLC cobrindo mais
de 40 países e 600 empresas.
Figura 8. Experimentos e comercialização de redes PLC no mundo.
Fonte: Adaptado de Arthur D. Little Entre 2001 e 2003 muitas experiências de operação foram realizadas de forma bem sucedida,
confirmando a viabilidade das redes PLC e criando ambiente para iniciativas comerciais.
A situação de hoje evoluiu transformando experiências PLC piloto em implantações comerciais.
Mais de 10 países já estão comercializando e muitos outros já anunciaram esta intenção de fornecer
serviços de Banda Larga PLC.
6.1 Estados Unidos Nos Estados Unidos da América (EUA), as empresas autorizadas na prestação de serviços de
utilidade pública (Utilities), não consideram a tecnologia PLC apenas uma forma de expandir seus
negócios para a prestação de serviços de telecomunicações. De fato, estas empresas têm deixado
esta tarefa para uma parceira voltada a telecomunicações.
29
Seu interesse em PLC reside no potencial de serviços que uma rede de distribuição de eletricidade
inteligente pode representar, em termos de aumento de sua eficiência, confiabilidade e segurança.
Figura 9. Iniciativas BPL nos EUA.
Fonte: Adaptado de www.uplc.org 6.2 Europa Muitos experimentos já foram realizados de forma bem sucedida na Europa, mostrando que PLC é
uma solução viável para implantar redes de telecomunicações alternativas utilizando a infra-
estrutura já existente. As empresas autorizadas de exploração dos serviços de utilidades energéticas
na Europa estão liderando testes e implantações.
Figura 10. Experimentos PLC na Europa.
Fonte: Adaptado de PLC Utilities Alliance, PUA (2004) and PLC forum (2006)
30
A avaliação da tecnologia PLC através de pesquisa de satisfação, feita em 2004 no mercado
Europeu, mostrou que esta tecnologia suporta com qualidade os Serviços de voz e Internet, sendo
preferida pelos usuários em relação às tecnologias concorrentes.
Ilustrando o grande interesse da Comunidade Européia em relação ao desenvolvimento da
tecnologia PLC cabe citar o projeto OPERA (Open PLC European Research Alliance). O Projeto
OPERA é um projeto de pesquisa e desenvolvimento lançado em Janeiro de 2004, com duração
esperada de 48 meses.
Foi dividido em 2 fases, sendo a primeira de 24 meses (2004-2005), financiada diretamente pela
Comunidade Européia. O projeto OPERA conta com um Consórcio de 37 empresas de países
interessados na promoção e padronização da tecnologia, cobrindo a Europa, Israel e Brasil.
O Brasil participa do Projeto OPERA através da APTEL (Associação de Empresas Proprietárias de
Infra-estrutura e Sistemas Privados de Telecomunicações).
A primeira especificação desenvolvida pelo Opera Specification Working Group foi aprovada e
publica em 31 de janeiro de 2006 e é dividida em duas partes.
O primeiro documento especifica a Camada Física (PHY), Camada de Controle de Acesso Médio
(MAC), Camada LLC e Camada de Convergência bem como o protocolo de coexistência com
Redes de Acesso para transmissão por linhas elétricas. Seu propósito é especificar o sistema de
transmissão de dados pela rede elétrica baseado na tecnologia OFDM para prover serviços de
acesso, especificamente:
• Camada PHY capaz de oferecer taxas superiores a 200 Mbps
• Master-slave MAC otimizado para acessar o ambiente da rede elétrica
• Mecanismos de QoS que garanta a largura de banda e a latência
• Procedimento de segurança para garantir privacidade das informações na rede elétrica
• Mecanismos de coexistência entre o OPERA e sistemas IN-home
O segundo documento especifica o MIB para compatibilidade entre os dispositivos PLC,
autoconfiguração dos nós PLC, autenticação dos nós e perfil de usuários e aspectos de segurança e
privacidade nos sistemas PLC. Maiores detalhes podem ser obtidos através no item [10].
6.3 Brasil
No Brasil, a iniciativa da tecnologia PLC foi introduzida pelo Projeto Ilha Digital de Barreirinhas
em dezembro de 2004, com o objetivo de levar a Internet à população do município de Barreirinha
no Maranhão como demonstração e operação prática do uso da tecnologia PLC.
31
Este projeto permitiu o acesso à Internet em escolas, prefeitura, postos de saúde e centro de
artesanato, contando com a parceria de diversas empresas que contribuíram com seus
conhecimentos produtos e soluções.
Dentre as empresas envolvidas neste teste pode-se citar as concessionárias ELETROPAULO,
CELG, CEMAR e a fabricante de equipamentos EBA. Uma das vantagens de implantação da
tecnologia PLC no projeto Barreirinha, via rede elétrica, foi o curto período de execução do projeto,
comprovando a facilidade de instalação desta tecnologia.
Devido a esta iniciativa de implantação, o Brasil é o único país convidado e já participante do
projeto europeu OPERA através da Associação de Empresas Proprietárias de Infra-estrutura e
Sistemas Privados de Telecomunicações - APTEL, que congrega as concessionárias de Energia
Elétrica. 6.3.1 Cemig A Cemig realizou testes de acesso banda larga à Internet via rede elétrica entre os anos de 2001 e
2003 na cidade de Belo Horizonte. Foram investidos R$ 200 mil para a instalação dos equipamentos
em 40 pontos da capital mineira, nos bairros de Belvedere e Vila Paris. O projeto foi executado em
parceria com a Infovias (joint-venture formada estatal e pela AES) e a empresa suíça Ascom,
idealizadora dos equipamentos.
O objetivo das empresas envolvidas no programa era identificar quais serviços poderiam ser
agregados para viabilizar a proposta comercialmente. Quanto mais serviços fossem agregados,
maior seria o retorno. Estão sendo estudados processos que possam permitir a leitura remota e em
tempo real do consumo de energia e das curvas de carga dos consumidores, além de serviços de TV
em alta definição e tele-vigilância.
6.3.2 Copel A Copel vem realizando testes de acesso banda larga à Internet via rede elétrica na cidade de
Curitiba. Foram investidos R$ 1 milhão para a instalação dos equipamentos em 50 pontos,
comerciais e residenciais, da capital paranaense. Os testes mostraram que a tecnologia funciona,
mas o custo de sua implementação foi extremamente alto, correspondendo a 50% do custo da
instalação de uma rede de linhas telefônicas digitais (ADSL) e, além disso, foi identificado o
problema da distância. Neste caso, os equipamentos instalados a uma distância de até 300 m da
fonte de sinal de dados funcionarem e foram obtidas taxas de transferência de até 1,7 Mbps. Acima
de 300 m observou-se uma redução das taxas de transferência.
32
6.4 Avaliação das Implementações PLC A situação atual das implantações de PLC em todo mundo permite chegar as seguintes conclusões:
• As atividades de PLC sobre a infra-estrutura elétrica não afetam o serviço elétrico e foram
executadas sem incidentes;
• A tecnologia se mostrou pronta para implantações comerciais;
• Foram implantados comercialmente serviços PLC como acesso a Internet em banda larga e
voz sobre IP com grande aceitação dos usuários;
• PLC sobre a média tensão está se tornando uma das principais opções para a rede de
distribuição;
• A cada ano que passa, PLC mostra ser uma tecnologia competitiva quando comparada com
outras tecnologias de acesso;
Prestadoras de serviços de utilidades em todo mundo estão partindo para iniciativas comerciais.
33
7 Ambiente Mercadológico e Econômico 7.1 Os Serviços de Telecomunicações no Brasil Os serviços de telecomunicações no Brasil tiveram um forte incentivo com o processo de
privatização e regulamentação, ocorrido a partir da Emenda Constitucional nº 8 de 15/08/1995. Esta
emenda abriu a possibilidade de exploração dos serviços telefônicos, telegráficos, de transmissão de
dados e demais serviços públicos de telecomunicações por meio de concessão, permissão ou
autorização concedida pela União a empresas privadas, nos termos da lei que veio a ser a Lei nº
9.472/97, conhecida como Lei Geral de Telecomunicações (LGT).
A LGT, além de regulamentar, o mercado de telecomunicações, criou também um órgão regulador
nacional para serviços de telecomunicações, a Agência Nacional de Telecomunicações - ANATEL.
Após um crescimento rápido que levou a rede telefônica de cerca de 16,5 milhões de linhas em
1996 para cerca de 30 milhões de linhas em 2000, a quantidade de linhas em uso encontra-se
relativamente estável (por volta de 40 milhões de linhas), revelando apenas um crescimento
incipiente em função de variações do PIB e da população.
O serviço de telecomunicações que mais tem prosperado no país é o Serviço Móvel, com mais de
88 milhões de assinantes nesta data. Os serviços de TV por assinatura não experimentaram o
crescimento esperado pela ANATEL, a despeito de seu uso para acesso a Serviços Internet,
totalizando cerca de 3,9 milhões de linhas (Fontes: ANATEL/Teleco).
Os Serviços Internet, considerados pela LGT serviços de valor adicionado e não serviços de
telecomunicações têm experimentado por outro lado, um crescimento significativo. Segundo o
PNAD 2003 (IBGE), 11,4% dos domicílios brasileiros tinham um computador com acesso a
Internet em 2003. Este percentual correspondia a um total de 7 milhões de domicílios ou 19,3
milhões de pessoas. O Brasil tem hoje cerca de 12 milhões de internautas residenciais ativos.
Os Serviços Internet são fornecidos através de uma ou mais prestadoras de serviço de
telecomunicações (utilizada como suporte para o acesso a Internet) e um ou mais provedores de
Serviços Internet que permitem a navegação Internet.
O serviço de telecomunicações mais utilizado para acesso ou conexão a Internet é o serviço
telefônico (acesso discado), entretanto o serviço que mais tem crescido é o acesso em banda larga,
que permite taxas acima de 128 kbps e em conseqüência, uma maior rapidez e melhor qualidade do
acesso.
As conexões em banda larga da Internet no Brasil utilizam as tecnologias Asymmetric Digital
Subscriber Line - ADSL, TV por assinatura e Wireless.
34
Total de acessos de banda larga no Brasil
Ano 2002 2003 2004 3T05 2005
ADSL 530 983 1.883 2.762 3.092
TV por Assinatura (Cabo) 135 203 367 528 585
Outros (Rádio) ND 13 30 60 75
Total Brasil (Milhares) 665 1.199 2.280 3.350 3.752
Tabela 1: Acessos de Banda larga no Brasil – Fonte: Teleco
A penetração deste serviço em relação ao total de domicílios é cerca de 7%.
A par dos Serviços Internet, tem experimentado um crescimento notório, o serviço de Voz sobre IP
(VoIP). Denomina-se VoIP a um conjunto de tecnologias que usa a Internet ou as redes IP (Internet
Protocol) privadas para a comunicação de voz, substituindo ou complementando os sistemas de
telefonia convencionais. No Brasil, há cerca de 40 prestadoras do serviço VoIP utilizando a Internet
(Fonte: Teleco).
A expansão dos serviços de telecomunicações no país esbarra em dificuldades de infra-estrutura e
de custos. Embora a ANATEL tenha promovido a desagregação de redes, permitindo a uma
prestadora ceder sua infra-estrutura de rede a outras que considerem viável sua intermediação na
exploração de serviços ao usuário final, o conjunto de condições que definem os aspectos
comerciais, contratuais, custos de locação, bem como a fiscalização na oferta destes serviços não foi
regulamentada ainda.
Esta situação não difere muito daquela existente em diversos países europeus onde a desagregação
de redes não tem promovido a competitividade.
7.2 Regulamentação e Aspectos a Resolver Quando se explora uma tecnologia nova é necessário considerar conseqüências da aplicação, e a
transmissão de dados via rede elétrica pode, entre outras coisas, interferir com as mídias de
telecomunicação já existentes de rádio e com eletrodomésticos.
Além disso, questões de segurança como radiação eletromagnética, robustez elétrica e contra
incêndio, privacidade e direitos do consumidor precisam ser definidos. A regulamentação de
transmissões via rede elétrica tem como principal requisito evitar conflitos com a comunidade de
35
radiotransmissão e suas normas, e para isso as freqüências que produtos PLC podem utilizar são
restritas a certas faixas, assim como a amplitude de sinal e tipo de modulação.
Duas normas são usadas como padrão internacional para o desenvolvimento de aplicações PLC [3].
A norma americana da FCC (Federal Communications Commission), que permite qualquer
comunicação via rede elétrica desde que a portadora mais elevada esteja abaixo de 525kHz e a
européia CENELEC (Comité Européen de Normalisation Electrotechnique), que define faixas de
freqüências para cada tipo de transmissão como listado abaixo:
• Banda A – de 9 a 95kHz – Para empresas de fornecimento de energia
• Banda B – 95 a 125kHz – Para uso público sem protocolos
• Banda C – 125 a 140kHz – Para uso público com protocolos
• Banda D – 140 a 148,5kHz – Para uso público sem protocolos
• Acima de 148,5kHz as comunicações via rede elétrica são proibidas
O conjunto de normas EN50065 da CENELEC regulamenta ainda os níveis de sinal, tipo de
modulação (banda base ou espectro amplo), interferência com eletrodomésticos, segurança dos
desacopladores de isolamento e acopladores de fase (explicados no decorrer do trabalho) e
impedância de eletrodomésticos.
Adicionalmente a norma R205-006:1996, também da CENELEC, define protocolos de
comunicação e integridade de dados e da interface para aplicações. Qualquer aplicação que atenda
às normas da CENELEC estará automaticamente cumprindo as normas americanas (FCC),
japonesas (MTP) e canadenses, que são menos rígidas. 7.2.1 Legislação Brasileira para PLC A Agência Nacional de Telecomunicações - ANATEL tem demonstrado uma atitude de incentivo a
tecnologia, na medida que tem concedido licenças, seja a título experimental, seja a título de
exploração comercial do Serviço de Comunicações Multimídia - SCM a Concessionárias do setor
elétrico que solicitam autorização para a prestação de serviços de telecomunicações onde a
tecnologia está inclusa, por exemplo, para a Light, Eletropaulo, Copel, CEMIG, etc.
Além disto, a ANATEL tem ratificado sua visão em relação à tecnologia PLC, de continuar sendo
responsável pela administração do espectro de radiofreqüências, expedindo as respectivas normas,
concedendo atos de outorga e extinção do direito de uso de radiofreqüência, fiscalizando e
aplicando sanções, baseada na LGT e nos princípios contidos na Parte 15 – Dispositivos de Rádio
Freqüência da regulamentação do FCC de 13/06/2005.
36
Muitas dificuldades ocorrem na definição de um modelo de negócios para telecomunicações por
uma distribuidora de energia. Normalmente distribuidoras de energia têm buscado explorar
oportunidades em telecomunicações em função de necessidades de redes de voz e dados (TI) da
própria operação administrativa, assim como para a operação técnica, na medição, automação e
monitoramento da rede elétrica.
Surge também o interesse em explorar ativos de infra-estrutura já existentes que envolvem postes,
dutos e cabos. A definição de modelos de negócios e suas implicações representam um insumo de
grande utilidade para a adequada avaliação de mercado, das potenciais receitas e da sua viabilidade
e o segmento de atuação.
Tais aplicações podem contribuir para a modernização do sistema elétrico, aumentando a sua
eficiência e a confiabilidade da rede, e também tornar possível a implementação dos novos
conceitos de arquitetura de rede elétrica, como a arquitetura de referência Intelligrid (Intelligent
Electricity Grid) , coordenado pelo CEIDS (Consortium for an Electric Infraestructure to Support a
Digital Society).
Não existe uma regulamentação específica para esta abordagem de negócios sobre a rede, pela
Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL),
Talvez este seja um dos pontos de grande benefício para as concessionárias com relação ao uso da
tecnologia PLC: conseguir uma rede de distribuição de energia elétrica com maior inteligência. Isto
pode resultar em menores custos operacionais e maior confiabilidade na prestação do serviço,
deixando a exploração dos serviços de telecomunicações para terceiros com experiência na
exploração desse nicho de mercado.
7.3 Contribuição Potencial Nos últimos anos, prestadoras de serviços de energia elétrica, água, gás e fornecedores de
equipamentos de telecomunicações têm se unido em grupos de estudo, associações e outros fora
para promover a tecnologia PLC, em particular, no que se refere a aspectos de Regulamentação,
Tecnologia e Mercado.
Este esforço havia se concentrado até 2002 na viabilização da tecnologia e nas dificuldades
regulatórias provenientes de possíveis interferências eletromagnéticas não desejadas que a
tecnologia PLC poderia trazer. Mais recentemente (2004) um estudo de mercado mostrou que a
maior dificuldade que a penetração de Banda Larga esbarra, na Europa, é a falta de infra-estrutura
na rede de acesso, refletida pelos custos de acesso.
37
Enquanto alguns países dispõem de significativa planta de redes de TV a cabo, os antigos
monopólios ainda são francamente dominantes na rede de acesso pertencente a maior parte dos
países, ao mesmo tempo em que o processo de desagregação não foi bem sucedido e a competição
limitada ao âmbito local com tecnologias similares a da prestadora.
A falta de competição com redes alternativas na maior parte da Europa é uma das razões pelas quais
alguns países da Ásia e América do Norte estão numa posição mais avançada quanto à penetração
de Banda Larga. Apenas países como a Suécia, Bélgica e Dinamarca com tecnologias diferenciadas
de acesso, têm apresentado figuras equivalentes à Ásia e superado os USA.
Países em que há competitividade na rede de acesso apresentam menores preços para o
comprimento de banda e conseqüentemente uma maior nível de penetração em Banda Larga. A
falta de competição com redes alternativas, também parece ser a situação atual no Brasil, onde a
inexistência de infra-estruturas alternativas é uma realidade para a maior parte do território.
Desta forma, tanto para os países Europeus, quanto para países onde há falta de competição no
segmento de Acesso, dentre estes o Brasil, a tecnologia PLC representa uma ótima oportunidade de
crescimento da planta de acesso a Banda Larga e aos Serviços Internet, já que esta tecnologia
atende aos requisitos fundamentais para se tornar uma alternativa bem sucedida de infra-estrutura
de última milha:
• PLC é uma tecnologia de acesso banda larga comprovada e viável;
• Utilização da infra-estrutura existente com um potencial de cobertura superior ao das
tecnologias competidoras, permitindo uma ubiqüidade sem precedentes (in door e out door);
• Instalação rápida;
• Crescente redução de preços dos equipamentos PLC;
• Benefícios da convergência com IP;
Benefícios de longo prazo para os negócios das prestadoras de utilidades.
38
8 O Problema da Inclusão / Exclusão Digital no Brasil [12] As conclusões a seguir apresentadas são baseadas em dados de 2001 e em consonância com as
análises apresentadas no "Mapa de Exclusão Digital" publicada pela Fundação Getúlio Vargas. Esta
pesquisa utilizou dados da PNAD (Pesquisa Nacional de Amostras de Domicílio) de 2001 e do
Censo de 2000, os primeiros levantamentos em que o IBGE pesquisou o acesso a computadores e à
Internet.
O objetivo desta análise prende-se à caracterização do universo de IDD (incluídos digitais
domésticos), representados por aqueles que dispõe de pelo menos um microcomputador em casa. O
perfil do indivíduo que possui computador no Brasil é o seguinte: branco, morador de uma grande
cidade do Sudeste, com idade compreendida entre os 40 e 50 anos, renda superior à média e com
mais de 12 anos de estudo completos.
Segundo os resultados do estudo, de uma população total de 169.872.850, a porcentagem da
população brasileira com acesso doméstico a computador é de 16.209.223, sendo que os restantes
153.663.627 representam os excluídos digitais (cerca de 90,46%).
Quase 20% da população brasileira tem computador em casa e 14,5% têm acesso à Internet.
Entretanto, 54,4% da população nunca usou um computador e 67% nunca navegaram na
Internet.[14]
8.1 Escolaridade, Ensino e Desempenho Escolar Indivíduos que possuem até quatro anos de escolaridade têm menor participação na população
digitalmente incluída do que na população total. Já nos indivíduos que possuem mais de doze anos
de estudo, verifica-se o inverso. De fato, o grupo de alta escolaridade está hiper-representado entre
os digitalmente incluídos: a sua porcentagem na população total, de 6,25%, sobe para 29,55% nos
que têm acesso a computador e para 35,19% nos que têm acesso a Internet. A escolaridade média
das pessoas digitalmente incluídas é de 8,72 anos completos de estudo, enquanto a escolaridade
média da população total brasileira é de apenas 4,81 anos de estudo, valor significativamente
inferior. Relativamente à média do nível de escolaridade dos excluídos digitais, esta ronda os 4,40
anos de estudo.
8.2 Renda
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Quanto à renda, os incluídos digitais apresentam uma renda média mensal de 1.677 reais, enquanto
a renda média mensal da população total brasileira é de 569 reais. Os excluídos digitais apresentam
uma renda média mensal de 452 reais.
8.3 Localização Geográfica O Distrito Federal é o estado que apresenta maior grau de inclusão digital, seguido de São Paulo,
Rio de Janeiro, Santa Catarina e Paraná. As menores taxas de acesso encontram-se nos estados
brasileiros mais pobres, como Maranhão, Piauí, Tocantins, Acre e Alagoas.
No Distrito Federal, os indicadores são, de fato, positivos: a média educacional é elevada (9,26 anos
de estudo) bem como a renda média (2.255 reais). No Maranhão, o estado que apresenta menores
taxas de acesso, a média educacional é de 7,56 anos de estudo e a renda média é de 1.417,4 reais.
Corrobora-se, assim, a importância da educação na geração de renda e a importância da educação e
da geração de renda na inclusão digital.
Figura 11. Inclusão Digital por Unidades de Federação.
Fonte: Adaptado de IBGE (PNAD), 2004.
Dos incluídos digitais, apenas uma pequena porcentagem está nas áreas rurais, enquanto cerca de
97,24% se encontra em áreas urbanizadas. Da população de excluídos, 77,86% estão em áreas
urbanizadas e 17,69% em áreas rurais. Em termos de taxas de acesso a computador, 12,42% da
população que vive em áreas urbanizadas está incluída e apenas 0,98% da população que vive em
áreas rurais está incluída. 8.4 Raça Segundo dados do Censo Demográfico de 2000, 53,74% da população brasileira autodenomina-se
de cor branca, 38,45% autodenomina-se parda e 6,21% autodenomina-se como negra. Quanto à
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inclusão digital, o percentual de população branca é visivelmente superior: 79,77% da população
total. Os pardos representam 15,32 % dos incluídos digitais e os negros apenas 2,42%.
Figura 12. Inclusão Digital e Raça.
Fonte: Adaptado de IBGE (PNAD), 2004.
Em relação à taxa de acesso, a população amarela representa 41,66% da população que possui
computadores nos seus domicílios, a população branca representa 15,14%, a população negra
apenas 4%, a população indígena 3,72% e os pardos 4,06%. Fica corroborada aqui a ligação dos
orientais brasileiros com a informática.
Numa análise multivariada em termos de raça, a probabilidade controlada de um branco possuir
pelo menos um computador em casa é aproximadamente 338% maior do que um não branco.
Mesmo quando comparamos brancos e não brancos com os mesmos atributos observáveis,
incluindo educação e inserção no mercado de trabalho, a brecha digital mantém-se inaceitavelmente
elevada. Assim, como está bem explicito no estudo da FGV, “os apartheids racial e digital
caminham de mãos dadas no Brasil”.
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9 Conclusão Com base em tudo o que foi apresentado sobre a tecnologia PLC, é inegável o seu potencial como
ferramenta para se levar a Internet aos locais mais remotos e carentes do país. Esta tecnologia teria,
assim, um grande potencial para redução da exclusão digital no Brasil e em outros países em
desenvolvimento. Seria um grande passo para a melhora do nível de informação da população
excluída. Promover a Inclusão Digital é investir num futuro melhor para todos, numa melhor
distribuição de cultura e conseqüentemente de renda.
Logicamente somente isso não basta, pois, não adianta dar o peixe. É preciso ensinar a pescar. Os
dados sobre inclusão e exclusão digital comprovam que existem outros fatores associados. Nível de
escolaridade, renda e até mesmo a cor da pele têm influência.
A tecnologia é apenas a ferramenta, mas enquanto essas barreiras não forem vencidas, enquanto o
país não oferecer ensino de qualidade, e por conseqüência melhores oportunidades de trabalho, e
não criar medidas que combatam o racismo, a tecnologia não terá nenhuma serventia.
Com base em tudo o que foi apresentado posso concluir que este trabalho cumpriu com seus
objetivos de apresentar a tecnologia PLC e como ela pode ser utilizada como ferramenta de
Inclusão Digital. Quanto aos obstáculos, cabe ao Governo e à sociedade remover.
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