65ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 2. Ciência da Computação - 12. Simulação

SISTEMA DE MODULAÇÃO DIGITAL PARA COMUNICAÇÃO VIA REDE ELÉTRICA

Elton Brasil da Costa - Depto. de Engenharia Elétrica – UFCG Victor Andrade Perone - Depto. de Engenharia Elétrica – UFCG Mikhail Antonovitch Anulino Barros - Depto. de Engenharia Elétrica – UFCG Elmar Uwe Kurt Melcher - Prof. Dr. / Orientador – Depto de Sistemas e Computação – UFCG Joseana Macêdo Fechine Régis de Araújo - Prof. Drª. / Orientadora – Depto de Sistemas e Computação – UFCG

INTRODUÇÃO:

Um sistema de comunicação tem como objetivo repassar uma informação para um destinatário final seja qual for a distância entre a fonte e o receptor. Para que a mensagem seja entregue, é necessário que o transmissor a modifique de forma que seja possível transmiti-la por um canal de comunicação. A modificação é realizada por um processo chamado de modulação, que consiste em variar o parâmetro de uma onda portadora de acordo com o sinal da mensagem. Nesta perspectiva, o objetivo deste trabalho é propor uma arquitetura de modulação digital para comunicação via rede elétrica (Power Line Communication – PLC), técnica em que cabos elétricos da rede de energia são utilizados como canal de comunicação. A modulação digital tem uma fundamental importância na tecnologia PLC, visto que, minimiza os efeitos de várias interferências provocadas por cargas de alta impedância acopladas a rede elétrica.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Neste trabalho apresenta-se um sistema de modulação digital para comunicação via rede elétrica (Power Line Communication – PLC). A técnica da modulação é amplamente utilizada por adequar um sinal ao meio de transmissão e minimizar os efeitos das várias interferências, obtendo dessa maneira, uma maior eficiência de transmissão pelo canal de comunicação, que neste caso, é a rede de energia elétrica.

MÉTODOS:

Para desenvolver um modulador digital para comunicação via rede elétrica, atentou-se inicialmente em especificar a arquitetura funcional, que se firmou em circuitos digitais e algoritmo matemático, tais como: circuito seletor, multiplexador, acumulador de fase e o Algoritmo CORDIC (Coordinate Rotation Digital Computer) ou Algoritmo de Volder. O circuito seletor será responsável em receber o pacote de bits que compõe a mensagem a ser enviada, flags de sincronismo com a rede elétrica e sinais do protocolo de comunicação adotado, AMBA AXI Protocol. O multiplexador foi utilizado para selecionar e combinar as variáveis de frequência da modulação digital adotada, S-FSK (Spread Frequency Shift Keying). Atualmente existem diversos estudos da modulação S-FSK, por possuir imunidade a ruído de banda estreita. Em seguida, o acumulador de fase foi especificado para manter um controle de frequência a partir de cada pulso de clock. Por fim, definiu-se o Algoritmo CORDIC, uma robusta sequência finita de instruções matemáticas bem definidas, capaz de originar em sua saída um sinal senoidal. Para validar tal arquitetura, descreveu-se em System Verilog em um ambiente computacional, a estrutura funcional do modulador especificado.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Descrita em System Verilog a arquitetura especificada, observaram-se inicialmente as funcionalidades de cada componente. O Algoritmo CORDIC demonstrou-se como uma descrição matemática adequada quando implementado em tecnologia PLC, pelo motivo de sua eficiência computacional em relação a cálculo de funções senoidais. A modulação S-FSK por oferecer uma grande adaptabilidade ao sistema PLC, torna possível suprimir portadoras interferentes ou variar o carregamento (número de bits) de cada portadora de acordo com a relação sinal/ruído ou atenuação do enlace de dados. Nesta perspectiva, analisando os resultados da pesquisa é possível observar que no processo de modulação que ocorre no transmissor, algum parâmetro da onda portadora é modificado de acordo com a mensagem a ser enviada pelo canal de transmissão. Por fim, a presença de ruído e a distorção no sinal recebido, impossibilitam a recriação exata da mensagem original. A degradação do sinal no sistema como um todo é influenciado pelo tipo de modulação utilizado, sendo algumas técnicas mais sensíveis a ruídos e distorções.

CONCLUSÕES:

A tecnologia PLC tem um futuro promissor, sendo usada atualmente em algumas partes do mundo, mas ainda tem alguns desafios a vencer, como por exemplo, na eliminação de ruídos por meio de um sistema de modulação e demodulação digital eficiente. Não deve ser encarada como uma tecnologia que vem para substituir às outras existentes no acesso à banda larga, e sim como mais uma que pode agregar valor a essa tecnologia e, principalmente, como uma alternativa de baixo custo para a grande massa da população. Mesmo que não seja utilizada para trazer a informação desde o provedor até o usuário final, já tem equipamentos disponíveis em nível comercial para estruturar mini-redes PLC em residência ou no escritório, solucionando as construções de rede.

Palavras-chave: Comunicação, Rede elétrica, Modulação Digital.