In telecomunicazioni, il powerline (in inglese power line communication o PLC, in italiano onde convogliate) è una tecnologia per la trasmissione di voce o dati che utilizza la rete di alimentazione elettrica come mezzo trasmissivo. Si realizza sovrapponendo al trasporto di corrente elettrica, continua o alternata a bassa frequenza (50 Hz in Europa e gran parte dell'Asia e dell'Africa, 60 Hz in altre regioni del mondo.Per avere una visione dettagliata degli standard di alimentazione elettrica nel mondo vedi a voce: Standard elettrici nel mondo.), un segnale a frequenza più elevata che è modulato dall'informazione da trasmettere. La separazione dei due tipi di corrente si effettua grazie al filtraggio e separazione degli intervalli di frequenze utilizzate.
La tecnica è utilizzata da decenni, prima dell'introduzione della telefonia mobile, per trasmissioni con treni in marcia (usando le linee di potenza, ad esempio dalla Telettra), per controllare apparati elettrici tramite la propria rete di alimentazione, per leggere contatori elettrici remotamente, per sistemi interfonici casalinghi ecc. Lo stesso gestore Terna usa (e ha usato nei decenni precedenti) la rete per trasmettere telecontrolli e fonia. Più recentemente è utilizzata per dare accesso dati (per esempio Internet) alle case tramite la rete elettrica senza necessità di accessi specifici per cavo coassiale o radio.
Descrizione Gli standard Per le installazioni domestiche, lo standard è deciso dallHomeplug Powerline Alliance, consorzio di 70 imprese costituito nel 2000. I primi standard furono pubblicati nel 2001, l'Homeplug 1.0 e l'HomePlug 1.0 Turbo, per trasferire dati a una velocità teorica rispettivamente di 15 e 85 Mbit/s. Dopo il 2005, furono pubblicati gli standard per alte velocità della Universal Powerline Association e l'HomePlug Powerline AV con velocità teoriche di 200-500 Mbs, con supporti alla Web TV e HD TV, streaming audio e video, telefonia VoIP.
Dopo alcuni anni di competizione serrata sugli standard, i due standard al di sopra dei 200 Mbs sono confluiti in un unico standard internazionale IEEE P1901 Powerline AV, cui rispondono ormai tutti i prodotti in commercio come HPAV Powerline HomePlug AV. Prive di schermature, le linee elettriche attraversate dai segnali digitali Powerline irradiano nell'ambiente circostante in una banda fino a 50 Megahertz. La tecnologia Powerline trasmette una serie di sottoportanti nella banda che va da 2 a 30 Megahertz. Per minimizzare il rumore e le interferenze, le sottoportanti sono equamente spaziate e distribuite, i canali occupano bande relativamente piccole e i canali adiacenti sono ortogonali fra loro (Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing o OFDM).
I progressi nel tempo della tecnica di modulazione del segnale sono dovuti all'aumento delle sottoportanti e dei bit per carrier veicolati da ciascuna sottoportante. La scelta delle sottoportanti da utilizzare e della tecnica di modulazione è dinamica, in funzione della condizioni delle linee elettriche ritornate dai plug riceventi a quello emittente. In condizioni difficili, lo standard utilizza la modulazione RobO (Robust operation) di tipo DBPSK, meno efficiente ma molto resistente ai disturbi.
Utilizzi Domotica e reti locali Questa tecnologia viene utilizzata per la domotica con l'utilizzo di vari standard. Quelli più datati come l'X10 (diffuso soprattutto negli Stati Uniti) consentono trasmissioni con banda limitata e sono dedicati a semplici automazioni domestiche come l'accensione di luci o la realizzazione di impianti antifurto. Richiedono l'installazione di appositi moduli di interfaccia all'interno delle prese e dei comandi. Il vantaggio rispetto ai sistemi tradizionali sta, oltre che nel risparmio di parte del cablaggio, nella possibilità di modificare con estrema semplicità il funzionamento dell'impianto e nella possibilità di realizzare funzionalità "intelligenti". Una tecnologia powerline molto diffusa in tutto il mondo ed anche in Italia è quella basata sul protocollo LonWorks, ora anche standard ISO 14908-1-2-3-4, infatti su questo protocollo è basato il contatore che Enel installa da qualche anno che è in grado di fare la telelettura e le modifiche contrattuali da remoto.Enel ha sostituito i vecchi contatori elettromeccanici con contatori elettronici (oltre 27 milioni di utenze). La tecnologia usata è della Echelon Corporation. Per maggiori informazioni vedi il comunicato di Enel .
Ultimamente è stato proposto in commercio un nuovo sistema domotico in tecnologia powerLine, denominato "PowerDom", dalla D-Tech Electronic s.r.l., che sfrutta, per la comunicazione dati, un segnale in modulazione FSK con frequenza variabile tra 66 kHz e 132 kHz e velocità di trasmissione dati di bit/s. Inoltre il protocollo di comunicazione prevede un efficace algoritmo di controllo e correzione degli errori in grado di rendere affidabile la comunicazione per la realizzazione di tutte le funzioni di un impianto domotico di classe 1: sistema di allarme tecnico e anti-intrusione, controllo accessi, controllo remoto GSM, controllo luci e climatizzazione, gestione utenze e risparmio energetico, automazione di luci e oscuranti.
Nell'ambito delle reti locali per le abitazioni e/o piccoli uffici, è stato creato il consorzio HomePlug che consente la creazione dell'equivalente di una rete ethernet tramite l'utilizzo del normale impianto elettrico casalingo. Le specifiche HomePlug nella versione 1.0 prevedevano una velocità massima teorica di 14 Mbit/s, che risultavano in un effettivo di 5-6 Mbit/s. In seguito sono uscite delle estensioni non standard che prevedevano una velocità massima teorica di 85 Mbit/s ed un effettivo di 16-25 Mbit/s con prestazioni simili, quindi, a quanto fornito da soluzioni wireless 802.11g. Da ottobre 2006 è stato introdotto lo standard HomePlug AV, che supporta una velocità teorica di 200 Mbit/s con un effettivo variabile tra i 70 e 110 Mbit/s. Con questo sistema di trasmissione diviene possibile impiegare servizi quali flussi video in alta definizione prima non possibili. Come per i sistemi wireless, la velocità effettiva è dipendente da molti fattori quali la qualità dell'impianto, la struttura, la presenza di eventuali fonti di disturbo sull'impianto elettrico.
Trasmissioni esterne Le compagnie pubbliche di fornitura di energia elettrica utilizzano coppie di condensatori (con cui si realizzano filtri passa alto) per connettere trasmettitori radio a bassa frequenza a conduttori elettrici della rete elettrica. Le frequenze usate variano da 30 a 300 kHz con trasmettitori amplificati che elevano il segnale a centinaia di watt di potenza. Questi segnali possono essere diffusi sulle linee dell'alta tensione da uno a tre conduttori ed ogni linea dell'alta tensione (con uno, due o tre conduttori) può supportare molti canali di comunicazione powerline.
Alle sottostazioni vengono applicati dei filtri per evitare che le frequenze della portante attraversino gli apparati della centrale e per evitare che errori di trasmissione dovuti alla distanza non interessino neanche segmenti isolati di rete. Questi circuiti sono usati per il controllo dei dispositivi di commutazione e per la protezione delle linee di trasmissione. Ad esempio, un dispositivo di protezione può essere usato per liberare una linea se un errore è rilevato fra i suoi due nodi terminali, o per lasciarla operare se l'errore interessa tutte le linee di trasmissione (e non dipende dai singoli nodi, ma dalla rete). Da un lato gli operatori utilizzano basse tensioni e, in misura crescente, la fibra ottica; dall'altro powerline è una soluzione a basso costo nei casi in cui uno scavo in fibra ottica non sia economicamente conveniente.
Internet e banda larga I modem powerline trasmettono su frequenze medio-alte (da 1,6 a 30 MHz). La velocità asimmetrica nel modem è di 256 kbit/s contro 2,7 Mbit/s in download. Sul ripetitore posto nel contatore elettrico la velocità è di 45 Mbit/s e può essere collegato al modem a 256 kBit/s. Nelle stazioni a media tensione, la velocità fino ad Internet è di 135 Mbit/s. Diversamente dagli Stati Uniti, in Europa centinaia di case sono collegate alla stessa sottostazione con il vantaggio di non richiedere l'adeguamento di molte centrali, ma con lo svantaggio di una banda molto più frazionata e bassa. La powerline si presenta come una tecnologia alternativa al doppino, che pur potrebbe tecnicamente utilizzare per il collegamento fra centrali di media e bassa tensione. Tuttavia il doppino telefonico in rame è un cavo uguale a quello elettrico che spinge gli operatori elettrici a usare la rete di loro proprietà piuttosto che ricorrere a infrastrutture esterne. Questa soluzione permetterebbe in linea teorica di fornire un accesso a banda larga e ridurre così il divario digitale in quelle zone dove l'ADSL fatica ad arrivare o là dove l'accesso in rete ottica previsto per le future Next Generation Network sembrerebbe in prima istanza improponibile per tali aree.
Rete ibrida Wi-Fi e powerline La powerline può essere utilizzata per portare la banda larga a quelle utenze che sono interposte alla rete wireless da alberi, muri o altri ostacoli al segnale. Piuttosto che localizzare in alto il ripetitore se c'è un punto adeguatamente alto, o un improbabile traliccio per servire una singola utenza, è meno costoso collegare al ripetitore wireless più vicino un "convertitore" che invia il segnale su cavo elettrico, anche se l'apparato wireless è distante dalla cabina di bassa tensione (e l'attrezzatura per powerline va posta in un'apposita cabina). (per la scelta di una produzione centralizzata dell'energia): è probabile che anche in presenza di un luogo impervio o di abitazioni isolate sia disponibile un cavo elettrico per powerline.
Oltre a raggiungere con powerline le utenze più difficili da servire, la rete ibrida ha il vantaggio di rendere accettabile l'onere di coprire via cavo centrali a bassa tensione. Si risparmia la fibra ottica, collegando la centrale di bassa tensione con una serie di ponti radio fino alla centrale di media che viene cablata con fibra ottica. Diversamente dall'invio su cavo elettrico di rame, il segnale col wireless mantiene qualità alta e basse latenze anche su lunghe distanze se nei ripetitori sono presenti dei software di correzione del segnale.
Limiti Interferenze Fra i maggiori oppositori alla diffusione di questa tecnologia vi sono le emittenti radio. Anche se i cavi powerline sono intrecciati e schermati (grazie alla schermatura ed al fatto di essere molto vicini e non in linea retta producono un campo elettromagnetico debolissimo), essi sono sostanzialmente delle antenne (filari) che teoricamente disperdono (irradiano) e assorbono (ricevono) energia sulle frequenze radio.
Le compagnie elettriche d'altro canto usano queste stesse frequenze in quanto riescono a ridurre ad un comunque non trascurabile 2-3 % della potenza erogata le perdite di energia elettrica in calore per l'effetto Joule.
La potenza elettrica irradiata per la powerline è solamente di pochi watt e il conseguente campo magnetico indotto è quindi paragonabile a quello dei cellulari (che trasmettono con potenze prossime a 1 Watt o equivalentemente 30 dBm) ed è molto inferiore a quello di radio e TV. La maggior parte della potenza (megawatt contro i watt della powerline) transita comunque come segnale elettrico su cavo elettrico. La powerline, se viaggia sugli stessi cavi elettrici, aggiunge dunque un campo magnetico marginale, che risulta occultato da quello indotto dai megawatt della trasmissione di energia elettrica. Il campo magnetico è infatti una grandezza estensiva ovvero i campi magnetici si sommano e si sovrappongono tra loro. Un'antenna è facilmente ottenibile tagliando un filo elettrico senza arrivare a spezzarlo: bastano infatti piccole irregolarità nei cavi perché questi irradino onde elettromagnetiche nello spazio circostante.