Logo Studenta

ANAüLISIS-DE-RUIDO-ELECTROMAGNAÔÇTICO-IMPULSIVO

Vista previa del material en texto

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN 
 UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LOPEZ MATEOS” 
 MAESTRÍA EN CIENCIAS EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA 
 
ANÁLISIS DE RUIDO ELECTROMAGNÉTICO IMPULSIVO 
GENERADO POR CARGAS INDUCTIVAS EN SISTEMAS 
PLC DOMÉSTICOS 
TESIS 
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE 
 
MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA 
 
PRESENTA 
ING. MÓNICA VIANNEY AVALOS JIMÉNEZ 
 
ASESORES: 
M. EN C. JOSÉ HÉCTOR CALTENCO FRANCA 
 
 
 
Ciudad de México, agosto 2016.
AGRADECIMIENTOS 
 
“La paciencia una virtud y la perseverancia, su amiga” 
 
A Dios porque gracias a él obtuve el valor y los dones para concluir esta etapa profesional y a 
quien le dedico este logro. 
A mis padres José del C. Avalos Colomé y Ma. Jesús Jiménez Magaña ellos son mi ejemplo a seguir, 
a quienes debo lo que soy o lo que pueda llegar a ser y por sostenerme cuando más lo necesitaba. 
A mis hermanas Rochi y Nadia de quienes me siento orgullosa, gracias por su apoyo. 
A mis asesores el M. en C. José H. Caltenco Franca y al Dr. Roberto Linares y Miranda por su apoyo 
en todo momento, sus consejos, sus recomendaciones y compresión, por su amistad para que este 
trabajo fuera posible. 
Al M. en C. Juan Carlos Rivera, por haber confiado en mí, dar seguimiento a mi trabajo y por 
realizar su labor con profesionalismo y en favor del Instituto Politécnico Nacional. 
Al Dr. Francisco J. Gallegos Funes por sus recomendaciones, comentarios y los ánimos que colocó 
en mí para seguir adelante. 
Al M. en C. Rodrigo Jiménez López por transmitirme parte de su experiencia laboral en la 
realización de mi trabajo de tesis. 
A mis profesores el Dr. Raúl Peña Rivero y el Dr. Alfredo Tirado Méndez por sus consejos, 
aportaciones y ánimos para presentar mi trabajo de tesis. 
A mi amigo el Ing. Daniel Gutiérrez Mendoza por compartirme su alegría y ánimos durante esta 
etapa. 
Al Sr. Samuel Harris, la Sra. Margarita López y la Lic. Samantha Harris por ser mi segunda familia, 
por su apoyo incondicional durante mi etapa de maestría. 
Al Cuasi Dr. José Antonio López por haber seguido muy de cerca y estar al pendiente de mi trabajo. 
Por último, pero no menos importante a Luis Eduardo por ser parte de esta última etapa y con 
quien comparto este último esfuerzo. 
Finalmente al Instituto Politécnico Nacional por ser una Institución que abre las puertas y forja a 
personas con valores de honestidad, compromiso y profesionalismo. 
I 
 
RESUMEN 
 
El ruido electromagnético impulsivo se presenta de manera inherente sobre las líneas de 
distribución de energía eléctrica de uso doméstico, debido al uso común de electrodomésticos que 
son las fuentes principales de este tipo de ruido. La red de energía eléctrica aprovecha el medio de 
transmisión por los sistemas de comunicación PLC, para comunicar datos a alta velocidad (hasta 
400 mbps, actualmente con tecnologías conjuntas - sistemas híbridos). Estos sistemas PLC son 
afectados por el ruido impulsivo, por lo que es importante evaluar su desempeño y para esto se 
requiere de un análisis estadístico y de modelos probabilísticos. La evaluación y el desarrollo de 
modelos probabilísticos aplicados a los sistemas PLC es el tema de investigación que se presenta 
en esta tesis. 
 
El trabajo que se reporta se enfoca al análisis del ruido impulsivo generado por cargas inductivas 
en una red eléctrica de ambiente doméstico, afectando el desempeño de sistemas PLC en el 
intervalo de frecuencias de 10 a 30 MHz. Este análisis se llevó a cabo desde un punto de vista 
estadístico con señales de ruido impulsivo, en el dominio de la frecuencia (envolvente de la señal). 
A partir del comportamiento estadístico (parámetros) del ruido impulsivo, se desarrolló un modelo 
probabilístico que involucra la Función de Densidad Exponencial y la Función Gamma, con el cual 
se determinó una Función de Distribución de Probabilidad de Amplitud (APD), que permite 
combinarse para obtener una Tasa de Error de Bit (BER). El BER es el factor de mérito típico que se 
utiliza para determinar el desempeño de cualquier sistema de comunicación digital, que en este 
trabajo se describe para los sistemas PLC y se presenta como la aportación principal. Las bondades 
del modelo se describen en el dominio de la frecuencia para la envolvente del ruido impulsivo, 
determinando la Distribución de Probabilidad de Amplitud (APD), parámetro típico en el análisis 
de este tipo de ruido. 
 
Por último, cuando se aplica y se repite el modelo probabilístico propuesto, se comprueba su 
validez y puede ser propuesto como una herramienta de análisis útil, simple y reproducible que 
puede ser empleado para la estimación del rendimiento del sistema PLC. 
 
 
 
 
 
II 
 
ABSTRACT 
 
 
The electromagnetic impulsive noise is inherently present on distribution lines of mains for 
domestic use, due to the common use of appliances which are the main sources of this type of 
noise. The power grid is used as the transmission medium for PLC communication systems to 
communicate data at high speed (up to 400 mbps, recently with hybrid technologies). These 
systems are affected by impulsive noise, so it is important to evaluate their performance and this 
requires of a statistical analysis and probabilistic models. The evaluation and development of 
probabilistic models applied to PLC systems is the research topic that in this thesis is presented. 
 
This thesis is focused on the analysis of impulsive noise generated by inductive loads in a domestic 
environment, affecting the performance of PLC systems at the frequency range of 10-30 MHz. 
This analysis was carried out from a statistical point of view with impulsive noise signals generated 
by typical sources of mains domestic environment in the frequency domain. From statistical 
impulsive noise characteristics a probabilistic model was developed which involves the 
Exponential Density Function and Gamma Function, by which was determined an Amplitude 
Probability Density Function, which it when combined we can obtain a Bit Error Rate (BER). BER is 
a figure of merit that is used to quantify the performance of any digital communication system, 
and referred to this thesis is for PLC systems, is presented as the main contribution. 
The benefits of the model are described in the Frequency Domain for the impulsive noise envelope 
determining the Amplitude Probability Density Function, a typical parameter in the analysis of this 
kind of noise. 
 
Finally when applied and repeated the probabilistic model proposed, is proven its validity and it 
can be proposed as an useful, simple and reproducible analysis tool that it can be employed for 
estimate the performance PLC system. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
III 
 
CONTENIDO 
 
 
Índice de Figuras 
 
V 
Índice de Tablas VII 
Abreviaturas VIII 
Objetivo X 
Justificación XI 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 1. Comunicación a través de la línea eléctrica 
1.1 Introducción 1 
1.2 Desarrollo de la tecnología PLC 2 
 1.2.1 Historia 2 
 1.2.2 Evolución y situación actual en México y en el mundo 3 
1.3 Descripción de la tecnología PLC 5 
 1.3.1 Funcionamiento 5 
 1.3.2 Arquitectura de la red 7 
 1.3.3 Características de la Tecnología PLC 8 
1.4 Comparativa con otras tecnologías 9 
1.5 Ventajas y Desventajas de la Tecnología PLC 11 
1.6 Aplicaciones de la tecnología PLC 12 
1.7 Resumen del capítulo 13 
 
 
 
Capítulo 2. Ruido Impulsivo en Sistemas PLC 
2.1 Interferencias Electromagnéticas en Sistemas PLC 14 
2.2 Ruido Impulsivo 16 
2.3 Escenario de Ruido en Sistemas PLC 19 
2.4 Fuentes de Ruido Impulsivo y sus Parámetros 21 
2.5 Ruido Impulsivo Generado por Cargas Inductivas 23 
2.6 Tecnologías actuales para el tratamiento del ruido impulsivo en sistemas PLC 24 
2.7 Estándares de EMC relacionados con los Sistemas de comunicación PLC 26 
2.8 Modelos de Análisisde Ruido Impulsivo 27 
 2.8.1 Middleton 27 
 2.8.2 Gaussian Bernoulli Poisson 28 
 2.8.3 Distribución de Nakagami-m 31 
2.9 Resumen del capítulo 33 
 
 
 
 
 
IV 
 
 
 
 
Capítulo 3. Medición del Ruido Impulsivo en el Sistema PLC 
3.1 Introducción 34 
3.2 Sistema de Medición de las señales impulsivas 34 
 3.2.1 Sistema de medición para señales impulsivas en el dominio de la 
frecuencia 
35 
 3.2.1.1 Medición de las señales impulsivas en el dominio de la frecuencia 37 
 3.2.1.2 Resultado de las mediciones 42 
 3.2.2 Sistema de medición para señales impulsivas en el dominio del 
tiempo 
45 
 3.2.2.1 Medición de las señales impulsivas en el dominio del tiempo 47 
 3.2.2.2 Resultado de las mediciones 51 
3.3 Resumen del capítulo 53 
 
 
 
Capítulo 4. Modelo Probabilístico (MP) para estimar la Tasa de Error de Bit 
(BER) en sistemas PLC con presencia de Ruido Impulsivo 
 
4.1 Introducción 54 
4.2 Análisis del modelo probabilístico del ruido impulsivo presente en sistemas 
PLC 
55 
 4.2.1 Análisis de la envolvente de la Señal Impulsiva 57 
 4.2.2 Distribución de amplitud del Ruido (NAD) 67 
4.3 Resumen del capítulo 68 
 
 
 
Capítulo 5. Validación del MP propuesto para el análisis de RI en sistemas 
de comunicación PLC 
 
5.1 Resultados 69 
 
 
 
Capítulo 6. Conclusiones y Recomendaciones de trabajo a futuro 
 
 
 
Apéndice A 89 
Apéndice B 94 
Apéndice C 97 
Apéndice D 101 
Apéndice E 102 
 
Referencias 105 
 
V 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
Figura 1.1.- Cuadro generacional de chips DS2 para la tecnología PLC 5 
Figura 1.2.- Arquitectura básica de un sistema de comunicación PLC 6 
Figura 1.3.- Arquitectura de la red de Acceso 7 
Figura. 1.4.-Intervalo de frecuencia asignado a la tecnología PLC 8 
 
Figura 2.1.- Presencia de ruido en la línea eléctrica de 60 Hz 14 
Figura 2.2.- Concepto matemático de un impulso analógico: (a) Pulso de área unitaria; 
(b) Impulso ∆→ 0; (c) Espectro de la función impulso. 
16 
Figura 2.3.- Impulso con intervalo de duración “m” y su densidad espectral: (a) Ideal; 
(b) y (c) reales 
17 
Figura 2.4.- Escenario de Ruido en un canal de comunicación PLC 19 
Figura 2.5.- Procedimiento para la clasificación del Ruido Impulsivo. 22 
Figura 2.6.- Ruido impulsivo: (a) sucesión de sub-impulsos; (b) sub-impulsos 22 
Figura 2.7.- Esquema de Interferencias Impulsivas. 27 
Figura 2.8.- Ruido Impulsivo y ruido blanco Gaussiano 30 
 
Figura 3.1.- Configuración típica empleado para obtener señales impulsivas 
provenientes del medio de transmisión en el que opera el sistema PLC en el domino de 
la frecuencia. 
35 
Figura 3.2.- Etapa de entrada de un receptor para pruebas de EMI 37 
Figura 3.3.- Espectro de amplitud de una señal impulsiva generada por un esmeril 38 
Figura 3.4.- Espectro de amplitud de una señal impulsiva generada por un ventilador 1 38 
Figura 3.5.- Espectro de amplitud de una señal impulsiva generada por un taladro 1 39 
Figura 3.6.- Espectro de amplitud de una señal impulsiva generada por un ventilador 2 39 
Figura 3.7.- Espectro de amplitud de una señal impulsiva generada por un taladro 2 40 
Figura 3.8.- Espectro de amplitud de una señal impulsiva generada por un taladro 
(Laboratorio de pruebas de la ANCE, A.C.) 
41 
Figura 3.9.- Espectro de amplitud de una señal impulsiva generada por un Ventilador 
(Laboratorio de pruebas de la ANCE, A.C.) 
41 
Figura 3.10.- Comparativa de la potencia de la señal PLC con y sin Ruido Impulsivo 43 
Figura 3.11.- Nivel de Señal impulsiva comparada con el nivel de la señal PLC 44 
Figura 3.12.- Procedimiento empleado para obtener señales impulsivas provenientes 
del medio de transmisión en el que opera el sistema PLC en el dominio del tiempo. 
45 
Figura 3.13.- Señal impulsiva generada por el encendido de un taladro 1 (carga 
inductiva) 
48 
Figura 3.14.- Señal impulsiva generada por el encendido de un taladro 2(carga 
inductiva) 
49 
Figura 3.15.- Señal impulsiva generada por el encendido de un ventilador (carga 
inductiva) 
49 
Figura 3.16.- Señal impulsiva generada por el encendido de un Esmeril (carga inductiva) 50 
Figura 3.17.- Señal de ruido impulsivo amplificada 51 
Figura 3.18.- Impulsos de una señal impulsiva referida a un nivel de umbral de 0.15 V 52 
Figura 3.19.- Impulsos de una señal impulsiva referida a un nivel de umbral de 0.4 V 52 
VI 
 
 
Figura 4.1.- Distribución del número de pulsos respecto al nivel de potencia del ruido 
generado por un ventilador 
58 
Figura 4.2.- Espectro de ruido generado por un motor de ventilador 62 
Figura 4.3.- Sistema de transmisión Binaria 65 
 
Figura 5.1.- Función de densidad de probabilidad Gamma (esmeril) 71 
Figura 5.2.- Función de densidad de probabilidad APD (esmeril) 72 
Figura 5.3.- Tasa de error de Bit (Esmeril) 73 
Figura 5.4.- Función de densidad de probabilidad Gamma (Ventilador 2) 75 
Figura 5.5.- Función de densidad de probabilidad APD (Ventilador) 76 
Figura 5.6.- Tasa de error de Bit (Ventilador) 77 
Figura 5.7.- Función de densidad de probabilidad Gamma (Taladro) 79 
Figura 5.8.- Función de densidad de probabilidad APD (Taladro) 80 
Figura 5.9.- Tasa de error de Bit (Taladro) 81 
Figura 5.10.- Representa carga inductiva 1 (taladro sin carga) 82 
Figura 5.11.- Representa carga inductiva 2 (taladro sin carga) 82 
Figura 5.12.- Tasa de Error Binaria, obtenida de la tabla 5.8 84 
Figura 5.13.- Tasa de Error Binaria, obtenida de la tabla 5.9 86 
 
Figura A1.- Elementos para calibración de sonda 89 
Figura A2.- Kit de calibración 89 
Figura A3.- Adaptador de conectores 90 
Figura A4.- Adaptador de conectores 2 90 
Figura A5.- Adaptador de conectores 3 90 
Figura A6.- Conexión de referencia 91 
Figura A7.- Inicio de la calibración 91 
Figura A8.- Pantalla con el resultado después de aplicar el FC 92 
Figura A9.- Colocación de la terminal “open” 92 
Figura A10.- Colocación de la terminal “load” 92 
Figura A11.- Resultado de la calibración 93 
 
Figura B1.- Procedimiento empleado para obtener señales impulsivas provenientes del 
medio de transmisión en el que opera el sistema PLC. 
94 
Figura B2.- Medición para la adquisición de señales en el dominio del tiempo. 95 
Figura B3.- Medición para la adquisición de señales en el dominio de la frecuencia 
(alternativo) 
96 
Figura B4.- Configuración de medición para la adquisición de señales generadas por 
cargas inductivas (FOTO tomada del Laboratorio de Pruebas de EMC de la ANCE, A.C.) 
97 
 
Figura C1.- Arranque en los motores de fase [70] 99 
Figura C2.- Motor de polos sombreados [70] 99 
Figura C3.- Motor universal [70] 100 
 
 
 
VII 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
 
Tabla 1.1-. Comparativa entre las principales tecnologías de comunicación 10 
 
Tabla 2.1-. Modelos de análisis de ruido impulsivo. 32 
 
Tabla 3.1.- Valores pico de las señales impulsivas de las figuras 3.8 y 3.9. 42 
Tabla 3.2.- Amplitudes pico de las amplitudes de la señal interferente 44 
Tabla 3.3.- Parámetros de una señal de tipo impulsiva 53 
 
Tabla 5.1.- Valores de la señal impulsiva de la figura 3.3 70 
Tabla 5.2.- Resultados de la señal impulsiva de la figura 3.3 70 
Tabla 5.3.- Valores de la señal impulsiva de la figura 3.6 74 
Tabla 5.4.- Resultados de la señal impulsiva de la figura 3.6 75 
Tabla 5.5.- Valores de la señal impulsiva de la figura 3.5 79 
Tabla 5.6.- Resultados de la señal impulsiva de la figura 3.5 79 
Tabla 5.7.- Muestra de mediciones a un nivel de umbral fijo 83 
Tabla 5.8.- Valores obtenidos a partir de la carga inductiva 4 84 
Tabla 5.9.- Valores obtenidos a partir de la figura 5.13 85 
 
Tabla D1.- Frecuencias utilizadas en MHz en PLC 102 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VIII 
 
ABREVIATURAS 
 
α Parámetro de la función gamma 
β Parámetro de la pdf 
Γ(.) Función gamma 
σ Varianza 
<X> Momentos estadísticos 
AB Ancho de banda 
ADSL Línea Digital Asimétrica de Suscriptor (Asymmetric Digital Subscriber Line) 
Aimp Amplitud del impulso 
ANCE Asociación de Normalización y Certificación, A.C. 
APD Distribución de Probabilidad de Amplitud (AmplitudeProbability Distribution) 
AWGN Ruido Blanco Aditivo Gaussiano (Additive White Gaussian Noise) 
BER Tasa de error binaria (Bit Error Rate) 
BS Estación Base (Base Station) 
c.a. Corriente Alterna 
CATV Televisión por cable (Community Antenna Television) 
CDF Función de distribución cumulativa (Cumulative Distribution Function) 
CFE Comisión Federal de Electricidad 
CFS Sistema de Frecuencias de Portadora (Carrier Frequency System) 
CISPR Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques 
Co Nivel de umbral 
COFECO Comisión Federal de Competencia 
dB Decibel 
dBµV µV calibrado en decibeles 
DEP Densidad espectral de potencia 
DF Dominio de la Frecuencia 
DT Dominio del Tiempo 
EBP Equipo bajo prueba 
EFT Transitorios eléctricos rápidos (Electrical Fast Transient) 
EMC Compatibilidad Electromagnética (Electromagnetic Compatibility) 
IX 
 
EMI Interferencia Electromagnética (Electromagnetic Interference) 
ETSI European Telecommunications Stardards International 
FC Factor de Corrección 
FI Frecuencia Intermedia 
FTTH Fibra a domicilio (Fiber to the Home) 
Iai Número total de intervalos entre impulsos 
IEC International Electrotechnical Comitte 
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers 
iid Parámetros idénticamente distribuidos. 
L Inductancia 
LISN Red estabilizadora de impedancia de línea (Line Impedance Stabilization Network) 
Mbps Mega bits por segundo 
MHz Mega Hertz 
Modem Modulador – Demodulador 
MP Modelo probabilístico 
NAD Distribución de amplitud del ruido 
OFDM Multiplexación Ortogonal por División en Frecuencia (Orthogonal Frequency 
Division multiplexing) 
PDF Función de Densidad de Probabilidad (Probability Density Function) 
PDS Procesamiento Digital de Señales 
PLC Power Line Communication 
RCS Señalización de Ondas en la Portadora 
RMS Valor cuadrático medio 
SCR Rectificador Controlado de Silicio 
SNR Relación Señal a Ruido (Signal to Noise Ratio) 
Td Tiempo de separación entre impulsos 
Twi Número total de impulsos con tiempo de duración aleatoria 
Twn Tiempo del ancho del impulso 
Um Nivel de umbral 
Vpi Voltaje pico 
Wifi Fidelidad inalámbrica (Wireless Fidelity) 
 
X 
 
OBJETIVO 
 Analizar las características del ruido electromagnético impulsivo provocado por la 
incorporación de cargas inductivas en un canal de comunicación PLC de Banda Ancha en el 
intervalo de frecuencias de 10 a 30 MHz para estimar su repercusión sobre el desempeño 
del sistema PLC. 
OBJETIVOS ESPECIFICOS 
 Proponer un modelo probabilístico simplificado con el que se estime la BER en Sistema de 
comunicación PLC el en base a las características del ruido electromagnético impulsivo 
por el que es interferido. 
 Validar experimentalmente el método probabilístico propuesto para obtener las 
probabilidades de error que ayuden a estimar su repercusión sobre el desempeño del 
Sistema PLC cuando es interferido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
XI 
 
 JUSTIFICACIÓN 
 
La comunicación a través de las redes de distribución de energía eléctrica de corriente alterna 
conocida como PLC por las siglas en inglés Power Line Communication, es una de las alternativas 
de comunicaciones para las redes inteligentes que en inglés se conocen como Smart Grids. Otras 
tecnologías de comunicación alternativas para dichas redes son ADSL, FO, 802.11 a/b/g/n y CATV. 
En casas-habitación las redes de distribución de energía eléctrica de corriente alterna son parte 
inherente de ellas, por lo que los sistemas PLC tienden a ser más populares, sobre todo para la 
aplicación de domótica. 
 PLC ofrece un método para el acceso a servicios de banda ancha hasta áreas de difícil acceso, lo 
cual es loable para regiones rurales en donde se puede proporcionar soluciones de banda ancha. 
Por otro lado, se prevé el incremento en la implementación de este tipo de tecnología debido al 
concepto y auge de Smart Grids (Redes Inteligentes) en donde la red eléctrica sirve de soporte 
para comunicaciones de banda ancha y la gestión y control de la red eléctrica para lo cual se están 
realizando grandes inversiones que darían nuevo impulso al desarrollo del PLC. 
Uno de los factores que degrada el desempeño de la comunicación es el ruido, que se clasifica en 
general como Ruido Blanco Aditivo Gaussiano (AWGN, por sus siglas en inglés) y ruido impulsivo; 
este último ruido es crítico y su análisis es complicado. En los sistemas PLC domésticos, las fuentes 
de ruido impulsivo más sobresalientes son las cargas inductivas típicas de los electrodomésticos, 
lavadores, refrigeradores, licuadoras, ventiladores y otros. El ruido impulsivo se suma al ruido 
AWGN, y en conjunto tienen que analizarse para determinar el desempeño de un sistema de 
comunicación, que en este trabajo de investigación son los sistemas que utilizan como medio de 
comunicación las redes de energía eléctrica de corriente alterna. 
Las perturbaciones impulsivas conducidas presentes en las líneas de CA, son un tópico importante 
en el campo de la compatibilidad electromagnética, ya que pueden causar daños y producir el 
incorrecto funcionamiento de los sistemas PLC. Recientemente este tema ha presentado mayor 
interés, por la tendencia a usar las líneas de energía eléctrica de baja potencia como medio de 
transmisión de voz y datos. El ruido bajo estudio es una señal eléctrica de carácter aleatorio en 
magnitud y fase, por lo que para analizar el desempeño de un sistema PLC debido al ruido 
impulsivo, se requiere el desarrollo de un modelo probabilístico, que permita cuantificar la tasa de 
error en el proceso de la comunicación para poder predecir el desempeño en cualquier sistema de 
comunicación debido a la presencia de señales interferentes impulsivas. 
 
 
 
1 
 
 
Capítulo 1.Comunicación a través de la línea 
eléctrica 
1.1. Introducción 
 
 
En este capítulo se presenta una descripción breve del desarrollo, características y 
funcionamiento de la tecnología PLC, que es el acrónimo en inglés de Powerline 
Communications, así como la definición establecida por el Instituto de Estándares de 
Telecomunicaciones Europeos (ETSI, por sus siglas en inglés), quien define a las 
comunicaciones por líneas eléctricas PLC, como la tecnología que utiliza el cableado de la 
red eléctrica, para la transmisión de señales de telecomunicaciones, ofreciendo acceso a 
Internet hasta el hogar o la industria. 
 
La tecnología PLC es una alternativa de sistemas de comunicación respecto a los existentes como: 
comunicación inalámbrica (WiFi, ZigBee), Fibra Óptica, Redes LAN, entre otras. Esta tecnología se 
considera emergente, porque a partir de la segunda mitad del siglo XX se ha intensificado su 
estudio y las investigaciones han ido en aumento, y aunque promete un crecimiento en el futuro 
debido a su fácil acceso (red eléctrica) y por ende a los servicios de comunicación sobre una misma 
plataforma, aún existen complicaciones en el medio de propagación, que han retrasado su 
implementación en el ámbito de las telecomunicaciones [1]. 
 
 
2 
 
1.2. Desarrollo de la Tecnología PLC 
1.2.1. Historia 
 
Desde la creación e inicio de las redes eléctricas su principal propósito fue el transporte de energía 
eléctrica desde los generadores hasta el consumidor final en el intervalo de frecuencias de los 50 - 
60 Hz, sin embargo a principios del siglo XX se pensó en utilizarla como canal de comunicación. 
En sus albores, ésta idea se limitó a las comunicaciones y el control entre subestaciones, así como 
a la transmisión de datos a baja velocidad para la toma de lectura de los medidores, siendo esta la 
base para su posterior evolución y su expansión. 
Posteriormente, en 1922 [2] comienza a operar el primer Sistema de Frecuencias de Portadora 
(CFS, por sus siglas en inglés) operando en redes eléctricas de alto voltaje en el intervalo de 
frecuencia de los 15 a1500 kHz, capaces de cubrir distancias cerca de los 500 Km a 10 W de 
potencia, para propósitos de telemetría, lo cual sigue siendo operativo hasta nuestro tiempo, el 
cual se conoce como PLC de banda angosta [1]. 
Asimismo, este sistema fue utilizado para comunicaciones internas en el que se requería un flujo 
de información bidireccional, ejemplo: comunicaciones entre plantas generadoras y centrales de 
distribución, centrales de transformadores, etcétera, donde la principal función era la de 
mantener la operatividad de las redes de suministro eléctrico. 
Para 1930 [2], la transmisión de información fue mediante la Señalización de Ondas en la 
Portadora (RCS, por sus siglas en inglés), misma que empezó el envío de datos y señales de audio- 
frecuencia en el intervalo de los 125 a 3000 Hz en niveles de media y baja tensión. Sin embargo, 
RCS requería de un enorme esfuerzo para transmitir, además de que la transmisión era 
unidireccional, de la estación eléctrica al usuario final o consumidor. 
Entonces en 1970 [3], la Compañía Eléctrica Tokyo efectuó diversos experimentos reportando 
exitosamente una operación de transmisión bidireccional. 
Para la mitad de la década de los 90’s con el crecimiento explosivo de Internet, las tecnologías de 
circuitos integrados y el PDS (Procesamiento Digital de Señales) hicieron viable la tecnología PLC 
para numerosas aplicaciones [3], incorporando mayores intervalos de frecuencia, los cuales 
incluyen la banda ancha. 
A partir de estos antecedentes, en 1997, las compañías United Utilities de Inglaterra, y Northern 
Telecom de Canadá, crean Digital Power Line antecesor a PLC/PLT, una tecnología que pudo 
conseguir que Internet fuera accesible desde la red eléctrica. Al año siguiente, Siemens y ENBW 
hacen madurar la tecnología usando la técnica de modulación de datos OFDM (Orthogonal 
Frequency Division Multiplexing), llegando a los 1.2 Mbps en la velocidad de la transferencia de 
 
3 
 
datos, así nacía el PLC/PLT comercial [4]. En la actualidad la mayoría de los sistemas utilizados se 
basan en la tecnología del microcontrolador DS2, la cual permite mayor robustez en la 
transferencia de datos (ver apéndice D). 
En 1998, los avances en modulación, multiplexaje, codificación y técnicas de detección de errores 
permitieron el diseño y mejoramiento de sistemas de comunicación de Banda Ancha para su uso 
sobre líneas eléctricas. 
Finalmente organismos reguladores como la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) y el 
Instituto de Estándares de Telecomunicaciones Europeos (ETSI) a principios del siglo XXI 
comenzaron a emitir las reglas y/o recomendaciones para facilitar el acceso y despliegue de la 
tecnología PLC alrededor del mundo. 
 
1.2.2. Evolución y Situación Actual en México y en el Mundo 
En México la Comisión Federal de Electricidad (CFE) es la responsable de la generación y 
distribución de energía eléctrica para cubrir todas las zonas del país, actualmente tiene una 
cobertura del servicio eléctrico del 94.70% [5]. Es por ello, que CFE ha estado analizando la 
utilización del sistema eléctrico como medio de comunicación a través de la tecnología PLC. Desde 
el 2002 [5,6], se han desarrollado diversas pruebas tecnológicas en las ciudades de Mérida, 
Yucatán; Irapuato, Guanajuato; Monterrey, Nuevo León; Morelia, Michoacán; Zongolica, Veracruz, 
y en la población de Jocotitlán, Estado de México, en este último se realizaron pruebas en sistemas 
con 80 accesos a Internet gratuitos. En dichas pruebas tecnológicas se ha podido observar el 
desempeño de la tecnología PLC, tanto de la tendencia tecnológica conocida como DS2, como de 
la Homeplug. 
Sin embargo, en [7] la Comisión Federal de Electricidad (CFE) no puede ofrecer el servicio de 
acceso a Internet a través de la tecnología PLC (Powerline Communication), en tanto no se 
modifique la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica (LSPEE) y hasta que la dependencia 
obtenga un título de concesión para fungir como operador de una red pública de 
telecomunicaciones. Así mismo, la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos en los 
artículos 25, 27 y 28 establece que el sector eléctrico es de carácter público y su responsabilidad 
es exclusiva del Estado, pero además la LSPEE establece como sus únicos objetivos: generar, 
conducir, transformar, distribuir y abastecer la energía eléctrica; es por ello que mientras no exista 
alguna regulación y no se modifique el entorno regulatorio de la CFE para poder prestar servicios 
de telecomunicaciones, no podrá incursionar la tecnología PLC para fines comerciales, lo cual está 
cambiando con las actuales reformas energéticas y de telecomunicaciones. 
CFE ha venido trabajando con las distintas autoridades, tanto de telecomunicaciones como de 
competencia, para promover el uso de la tecnología PLC como una alternativa para incrementar la 
conectividad en el país. En ese sentido, la COFECO emitió un comunicado apoyando el proyecto y 
proporcionando lineamientos generales, entonces la “extinta” COFETEL comunicó a la CFE las 
 
4 
 
normas a emplear para la homologación de equipos PLC. Pero en el fallo, no se contó con los 
elementos suficientes para permitir la implementación de la tecnología PLC en México [6]. 
Por otro lado, en el mundo el desarrollo de la tecnología PLC se ha visto diezmado, debido a la 
falta de regulaciones unificadas y estandarización que hasta antes del año 2010 no se tenía, toda 
vez que PLC opera en las mismas frecuencias que una onda de radio corta y en banda baja de VHF, 
afectando seriamente diversos sistemas, en especial a radio aficionados. 
Fue entonces que en diciembre del año 2010 fue publicado el estándar IEEE 1901 [8], que ha sido 
patrocinado por la IEEE Communications Society, este es el primer estándar para la comunicación 
por líneas eléctricas; consigue conectar dispositivos mediante líneas eléctricas a tasas de hasta 500 
Mbps a distancias inferiores a 1500 metros. La tecnología que especifica la norma IEEE 1901 
emplea técnicas de modulación sofisticadas que permiten transmitir datos a través de líneas 
eléctricas de cualquier tensión mediante frecuencias de transmisión inferiores a 100 MHz. Las 
aplicaciones identificadas son Smart Grid, transporte y redes de área local. 
Existen proyectos como OPERA (OPEn PLC Research Alliance), PRIME (PoweRline Intelligent 
Metering Evolution), Green eMotion, CAPIRE (Coordination Action on Ppp for Road-Transport 
Electrification), FENIX (Flexible Electricity Networks to Integrate the eXpected “energy evolution”), 
ADDRESS (Active Distribution networks with full integration of Demand and distributed energy 
RESourceS), y MERGE (Mobile Energy Resources in Grids of Electricity), todos en Europa, que 
tienen por objetivo desarrollar normas de acceso PLC de nueva generación, para acelerar la 
adopción de acceso PLC de banda ancha de alto rendimiento y bajo costo. 
OPERA considera especialmente relevante la confirmación final de la propuesta para un estándar 
PLC de acceso, de enfoque abierto, IEEE 1901. OPERA ha sido muy activo y colaborador en la 
construcción y desarrollo de la propuesta que finalmente fue aprobada en la última reunión de 
este grupo de trabajo. OPERA considera que la culminación del proceso de estandarización con 
éxito es un paso crucial para evolucionar a una tecnología plenamente madura y competitiva para 
ofrecer al mercado [9]. 
Finalmente, el futuro de PLC en México y en el mundo tiene mucho por delante; investigadores, 
instituciones, convenios y comités internacionales siguen y están trabajando en el desarrollo, 
mejoramiento e implementación de esta tecnología, si bien es cierto, que la falta de normativas ha 
retrasado su expansión, no podemos despreciar décadas de investigación y aportaciones, las 
cuales han enriquecido a PLC, mismo que puede verse a través de diversas generaciones de chips 
con mejoras en las técnicas de modulación, para el combatea las desventajas técnicas del sistema 
de comunicación PLC, etc. Ver Figura 1.1. Incluso la IEEE creo la Sociedad de PLC, la cual se reúne 
una vez al año para discutir y presentar los avances en dicha tecnología, el evento es conocido 
como ISPLC. 
 
 
http://en.wikipedia.org/wiki/Smart_grid
 
5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura. 1.1. Cuadro generacional de chips DS2 para la tecnología PLC 
 
 
1.3. Descripción de la Tecnología PLC. 
1.3.1. Funcionamiento 
 
El funcionamiento de la tecnología PLC se basa principalmente en la utilización de la red eléctrica 
de media y baja tensión para su operación; en donde existe [10]: 
 Un primer tramo de media tensión de 15 a 50 kV a partir de la central generadora de 
energía hasta el primer transformador elevador. 
 El siguiente es un tramo de transporte o de alta tensión de 200 a 400 kV conduciendo la 
energía hasta la subestación, después de la primer subestación encontramos el tramo de 
media tensión de 66 a 132 kV aproximadamente entre la subestación de transporte y la 
subestación de distribución (Red de Transporte). 
 Posteriormente, se encuentra un último tramo de media tensión de 10 a 50 kV desde la 
subestación de distribución hasta el centro de distribución final (Red de Distribución). 
 Por último, la red de baja tensión de 220 a 120 volts que distribuye la energía eléctrica al 
interior de los centros urbanos o rurales para el uso doméstico, comercial o industrial (Red 
de Acceso) [11]. 
 
 
6 
 
 
Figura. 1.2. Arquitectura básica de un sistema de comunicación PLC [12] 
 
La integración de la tecnología PLC y la red eléctrica sucede en el transformador o en la 
subestación de distribución, en la que también se requiere de la participación de un Proveedor de 
Servicios de Internet (ISP). Los cables eléctricos de baja tensión son el medio de transporte desde 
un centro transformador, hasta el cliente, permitiendo entregar servicios de transferencia de 
datos. Esto convierte al cableado de baja tensión, en una red de telecomunicaciones donde cada 
enchufe, se vuelve un punto de conexión. 
La red de baja tensión está conectada a la red de media y alta tensión por medio de 
transformadores. En la de baja tensión se encuentra una unidad transformadora y el cableado 
eléctrico para el usuario final, mismo que es utilizado como medio de acceso para la red PLC. Este 
medio de acceso PLC se encuentra conectado al backbone de la red de comunicaciones mediante 
una Estación Base (BS, por sus siglas en inglés) la cual se encuentra contigua al transformador. La 
señal de comunicación proveniente del backbone tiene que ser convertida de tal forma que sea 
posible su transmisión a través de la red de baja tensión. Esta conversión toma lugar en la BS del 
sistema PLC [11]. 
Los usuarios PLC se conectan a la red de comunicación a través del modem PLC, el cual se ubica 
después de la entrada del medidor conectándolo a la toma de corriente en la red eléctrica interna. 
Un modem PLC tiene la función de convertir la señal recibida proveniente de una red PLC a algún 
estándar, permitiendo la transmisión de la información sobre la red eléctrica, para que la 
información pueda ser procesada por sistemas de comunicación convencionales. 
 
7 
 
La energía eléctrica llega hasta el usuario final en forma de corriente alterna (CA) de baja 
frecuencia (50 o 60 Hz), el modem PLC es conectado al toma corriente de la red eléctrica y utiliza 
un método de acoplamiento específico (de tipo capacitivo) que permite alimentar las señales de 
comunicación al medio eléctrico, este acoplamiento tiene que asegurar la separación entre la 
frecuencia del canal de comunicación y la energía eléctrica (50 a 60 Hz) logrando ambas 
transmisiones de forma simultánea utilizando el mismo cable. 
 
1.3.2. Arquitectura de la red 
La arquitectura de PLC en la red eléctrica, se clasifica en tres partes, según la sección de la red 
eléctrica en donde se encuentre ubicada [10] ver figura 1.3. 
Red PLC de Acceso: se encuentra entre el transformador y el abonado. Ahí se encuentra un 
modem digital que actúa como maestro en el sistema PLC, asignando el uso del canal de 
comunicaciones entre los diversos usuarios (hasta 256) conectados a él. El intervalo de frecuencia 
asignada puede verse en Figura 1.4. 
Red PLC Doméstica: se encuentra directamente en la casa habitación o edificio, es decir, en el 
último tramo. Aquí se realiza la función de interface entre la red exterior y la interior a través de la 
“pasarela doméstica”; el modem conectado dentro de la red interior se encarga de enlazar los 
equipos. 
Red PLC de media tensión: es un sistema para el transporte de datos, desde los transformadores 
de alta/media tensión hasta los transformadores de media/baja tensión. 
 
 
Figura 1.3. Arquitectura de la red de Acceso [10] 
 
 
8 
 
1.3.3. Características de la Tecnología PLC 
 
El medio de transmisión que utiliza la tecnología PLC para su operación es la red de distribución 
eléctrica (50-60 Hz). 
PLC es una tecnología de banda ancha, con velocidades de transmisión que van desde los 14 hasta 
los 200 Mbps [13], dependiendo del estándar del chip utilizado en los Modem PLC (ver figura 1.1 y 
tabla 1.1). Al principio se alcanzaron velocidades de entre 1-4 Mbps, con el tiempo, la velocidad de 
trasmisión mejoró hasta alcanzar 45 Mbps, distribuidos en 27 Mbps para Downstream y 18 Mbps 
para Upstream (ver apéndice D). En la actualidad se obtienen velocidades por encima de los 400 
Mbps, lograda por los proveedores que desarrollan avances de esta tecnología (Home Plug, DS2, 
HD-PLC) [14]. 
Los modem PLC transmiten en los intervalos de media y alta frecuencia (1 – 30 MHz, 
respectivamente) ubicado entre 1.6 MHz a 30 MHz, y de acuerdo al ETSI (European 
Telecommunications Stardards International) en su recomendación ETSI TS 101 867, se asignan los 
siguientes intervalos: 
 
 Sistemas PLC de Acceso ocupan la banda de frecuencia de 1.6 a 10 MHz. (Fig. 1.4) 
 Sistemas PLC Doméstico ocupan la banda de frecuencia de 10 a 30 MHz. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura. 1.4. Intervalo de frecuencia asignado a la tecnología PLC 
 
La Red de Acceso, es un sistema punto-multipunto, que permite transmisión de datos de banda 
ancha, sobre la red eléctrica de media tensión. El tramo correspondiente a este sistema 
comprende la comunicación entre la subestación de distribución eléctrica y la red doméstica. 
 
9 
 
La Red Doméstica, utiliza la red eléctrica del interior del hogar, oficina o industria, permitiendo 
establecer comunicaciones internas además de redes LAN. Es frecuentemente utilizado en la 
domótica [12]. 
El estándar aprobado para los dispositivos de comunicación de alta velocidad a través de la línea 
eléctrica (PLC), es el IEEE 1901 [8,15], tanto para la red de acceso como para la doméstica; en el 
IEEE 1901 pueden encontrarse detalladamente definidos, los mecanismos para la coexistencia e 
interoperabilidad entre los diferentes dispositivos PLC, así como el ancho de banda (AB) y la 
calidad de servicio adecuada. 
La tecnología PLC coexiste en un ambiente “hostil” para las comunicaciones de datos, en donde se 
encuentran diversas interferencias, convirtiéndose en un medio inestable para la transmisión de 
datos; sin embargo, en las últimas dos décadas se han realizado investigaciones y avances en las 
técnicas de codificación y modulación para poder implementar un sistema de comunicación sobre 
las líneas eléctricas, así como circuitos de acoplamiento más robustos en la tecnología digital 
integrada en el microprocesador. Hasta ahora, la tecnología PLC ha adoptado a OFDM (Orthogonal 
Frequency Division Multiplexing) como la técnica de modulación empleada [16], la cual permite un 
compromiso entre robustez ante ruido impulsivo y altas velocidades de transmisión, además de 
ofrecer apoyo en el sistema de multiplexaje, haciéndolo inteligente y más eficiente. 
 
 
1.4. Comparativacon otras tecnologías 
 
Se sabe que existen otras diferentes tecnologías de banda ancha las cuales operan 
comercialmente y que ofrecen nuevos servicios pero en forma limitada ya que generalmente 
están restringidos a zonas específicas donde llega el acceso telefónico o el cable. Pero para que 
estos servicios sean más accesibles se necesitan nuevas instalaciones, lo cual los encarece, 
especialmente el núcleo de abonado que conecta al usuario. 
Es por tal motivo que se comparan sus principales características y se muestran a continuación en 
la tabla 1.1: 
 
 
 
 
10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
1.5. Ventajas y Desventajas de la tecnología PLC 
 
El hecho de transformar la red eléctrica en un medio de comunicación de alta velocidad, posee 
ciertas ventajas las cuales pueden enlistarse a continuación [12]: 
 No son necesarias instalaciones adicionales; los dispositivos PLC son generalmente 
tecnologías de tipo plug & play, permitiendo que una red PLC sea sencilla de instalar. 
 Debido a la densidad de usuarios, tiene mayor penetración que la tecnología presente en 
las líneas telefónicas (ADSL). 
 Altas velocidades, de hasta 200 Mbps para la última generación de módems PLC 
disponibles comercialmente. 
 Proporciona comunicación de banda ancha a bajo costo, en aquellas zonas donde ADSL, 
Cable o Wifi no llega. 
 Suministro de múltiples servicios de voz, datos e internet interna con la misma plataforma 
tecnológica IP, con velocidades y anchos de banda notables. 
 Ancho de banda que no disminuye con la distancia. 
 
Las desventajas que presenta esta tecnología son: 
 La red eléctrica no fue diseñada para transmitir datos. 
 Limitaciones con la distancia. La transmisión óptima es a distancias menores de 100 mts. 
 Falta de regulaciones y normativas. Estándares tecnológicos inmaduros. 
 Rápida evolución de otras tecnologías de comunicación. 
 Requiere que la infraestructura eléctrica se encuentre en condiciones adecuadas. 
 Funcionamiento afectado por ruido impulsivo en la línea eléctrica. 
 Inestabilidad frente a interferencias electromagnéticas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
1.6. Aplicaciones de la tecnología PLC 
 
La tecnología PLC posee la ventaja de poderse utilizar en múltiples aplicaciones (convergencia), 
aprovechando una infraestructura ya existente: 
Compañías Eléctricas.- es utilizada para facilitar la toma de lectura de medidores a distancia, 
incluyendo los procesos bidireccionales necesarios en las redes inteligentes. 
Redes LAN.- facilita el establecimiento de redes locales, sin utilizar instalaciones o equipo 
adicional. Solo disponiendo de módems de usuario como puntos de red se requieran. 
Domótica.- permite el mantenimiento remoto y control de aplicaciones básicas en control de 
electrodomésticos, sistemas de aire acondicionado, calefacción, alarmas contra incendios y 
sistemas de seguridad, herramientas y equipos de medición o supervisión de procesos, etc. 
Acceso a Internet.- permite el acceso a voz, datos y video, por medio de la red, además de 
suministrar energía eléctrica, que es su objetivo inicial, también puede utilizarse en aplicaciones 
específicas de telefonía. 
Redes Inteligentes (Smart Grids).- permite integrar diferentes tecnologías de las 
telecomunicaciones en un solo medio, para administrar eficientemente los recursos, tanto para el 
proveedor, como para el usuario. 
 
13 
 
1.7. Resumen del capítulo 
 
El uso de la tecnología PLC es una excelente solución para la red de acceso y doméstica, ya que 
permite incrementar el índice de penetración de servicios como: conexión de video y voz, 
transmisión de datos a alta velocidad, domótica, seguridad a distancia, salud, educación, etc.; 
hasta el hogar o industria, a través del cableado de la red eléctrica existente, permitiendo el 
ahorro en el costo para el despliegue de una nueva red y evitando el alto costo del bucle de 
abonado. Asimismo, es una alternativa para una infraestructura de Banda Ancha que llegue a 
todos los espacios posibles. En ese sentido, PLC debe considerarse como un complemento para 
otras tecnologías existentes, proporcionando nuevas oportunidades respecto el acceso hasta el 
usuario, beneficiando más a los usuarios de bajos recursos económicos, además de contribuir a la 
reducción de la brecha digital. 
 
Sin embargo, la falta de regulación ha aletargado el crecimiento y expansión de esta tecnología en 
México, y a pesar de diversas pruebas pilotos realizadas con el fin de considerar la viabilidad 
tecnológica de la operación de este sistema de comunicación, no ha sido posible su 
implementación, a pesar de que en países más desarrollados ya es una realidad. 
PLC ofrece excelentes anchos de banda para su transmisión, por lo que en un futuro cercano, se 
espera lograr la estandarización y fijación de tecnología, así como las mejoras en cobertura, 
alcances y rendimiento en la transmisión. 
Es importante mencionar que la Comisión Federal de Electricidad [6] ya tiene contemplado un 
programa, llamado programa de ruta de redes inteligentes, en donde la aplicación de esta 
tecnología será de vital importancia para su cumplimiento, a corto, mediano y largo plazo. 
Se puede concluir también que entre los objetivos de las redes inteligentes se encuentra la 
generación de energías alternas que ofrezcan posibilidades de generación y menos contaminantes 
y que inevitablemente requieran de sistemas de comunicación bidireccional permitiendo la 
incorporación de PLC. 
 
 
 
 
 
 
14 
 
Capítulo 2. Ruido Impulsivo en Sistemas PLC 
 
Como cualquier medio de comunicación, los sistemas por PLC para interiores se ven fuertemente 
influenciados por el ruido impulsivo generado por los aparatos electrodomésticos, los cuales en su 
mayoría son cargas inductivas [17]. Este ruido provoca las principales interferencias que dan como 
resultado distorsión de la señal y errores de bit durante la transmisión de datos. En este capítulo 
se describen los conceptos básicos del ruido impulsivo: definición, clasificación y característica; así 
como también, se presenta un análisis respecto a la generación del ruido impulsivo por cargas 
inductivas, algunos de los métodos existentes y los principales modelos para el tratamiento del 
ruido impulsivo en la tecnología PLC. 
 
2.1. Interferencias Electromagnéticas en sistemas PLC 
Una de las desventajas de la tecnología PLC es la susceptibilidad a las interferencias 
electromagnéticas (EMI), las cuales se definen como señales eléctricas que degradan el 
desempeño del sistema. Las EMI se propagan en el medio de transmisión, que es la red de energía 
eléctrica de corriente alterna. Las líneas de energía eléctrica no se diseñaron para transmitir 
señales de información de alta frecuencia, por lo que es un medio de transmisión “hostil” y las 
señales son susceptibles a EMI, tanto conducidas como radiadas. Una de las EMI que afecta la 
estabilidad del sistema de comunicación PLC se identifica como ruido, el cual se conduce a través 
de la red energía eléctrica y provoca distorsiones en la señal de transmisión PLC; al respecto: 
C. D. Motchenbacher [18] define el ruido como: una perturbación aleatoria en magnitud y 
fase que envuelve o interfiere a una señal deseada. 
La presencia del ruido en un sistema de comunicación puede verse reflejado como: pérdidas del 
enlace de comunicación y/o de información, reducción de la tasa de transferencia, 
intermodulaciones, entre otros, todos ellos son factores indeseados. En los sistemas PLC el ruido 
se sobrepone en línea de corriente alterna de 60 Hz, como se muestra en la figura 2.1. 
 
Figura. 2.1. Presencia de ruido en la línea eléctrica de 60 Hz. [19] 
 
15 
 
En las redes eléctricas domesticas se tienen múltiples derivaciones donde se conectan aparatos 
(electrodomésticos), los cuales se comparten con los módems; todos ellos generan ruido,que en 
forma general se pueden clasificar como: ruidos estacionarios, estacionario cíclico o impulsivo 
[11]: 
El ruido estacionario se identifica porque su probabilidad conjunta no cambia en el tiempo o en el 
espacio; por consiguiente, sus parámetros tales como la media y la varianza, tampoco cambian. 
El ruido estacionario cíclico se define como un proceso que tiene propiedades estadísticas que 
varían cíclicamente con el tiempo. Este ruido puede verse como múltiples procesos estacionarios 
intercalados 
El ruido impulsivo son señales transitorias (corta duración) que se definen como la variación de 
energía electromagnética entre dos regímenes permanentes consecutivos que denota un evento 
no deseable y momentáneo. La energía electromagnética puede ser radiada (campo eléctrico) o 
conducida (tensión o corriente). Este fenómeno electromagnético conducido se presenta en dos 
tipos: transitorio impulsivo, que es la variación unidireccional de la tensión y/o corriente; 
transitorio oscilatorio, que es la variación oscilatoria de tensión y/o corriente. 
 
 
 
16 
 
2.2. Ruido Impulsivo 
El ruido impulsivo es una señal analógica, cuyo concepto matemático puede explicarse por medio 
de los esquemas de la figura 2.2. En la figura 2.2(a) se muestra un pulso de área unitaria p(t), si el 
ancho del pulso Δ tiende a cero, se forma un impulso, como el que se muestra en la figura 2.2(b). 
El impulso se identifica por función impulso y se define como un pulso con ancho de tiempo 
infinitesimal. El espectro de la función impulso se obtiene por medio de la transformada de 
Fourier, el cual se muestra en la figura 2.2(c) [20]. 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.2. Concepto matemático de un impulso analógico: (a) Pulso de área unitaria; (b) Impulso 
∆→ 0; (c) Espectro de la función impulso. 
La expresión matemática de la función impulso es: 
𝛿 𝑡 = lim∆→0 𝑝(𝑡) = 
1 ⁄ ∆, |𝑡| ≤ ∆ ⁄ 2
0, 𝑡 > ∆ 2⁄
 (2.1) 
La integral de la función impulso es: 
 𝛿 𝑡 𝑑𝑡 = ∆(1 ∆) = 1⁄
∞
−∞
 (2.2) 
La densidad espectral de la función impulso se obtiene por medio de la transformada de Fourier, 
entonces se tiene que: 
∆(𝑓) = 𝛿 𝑡 𝑒−𝑗2𝜋𝑓𝑡𝑑𝑡 = 𝑒0
∞
−∞
= 1 (2.3) 
La función impulso se usa para analizar el comportamiento de sistemas lineales porque tiene una 
densidad espectral plana (figura 2.2c). 
Un pulso con un intervalo de duración finito (encendido) puede considerase como un impulso 
𝛿(𝑚), donde “m” es el ancho del pulso. Matemáticamente se expresa por: 
 
𝛿 𝑚 = 
1, 𝑚 = 0
0, 𝑚 ≠ 0
 (2.4) 
 
17 
 
El espectro de frecuencia de un impuso con duración finita (real) se determina por la transformada 
de Fourier, que es: 
∆ 𝑓 = 𝛿(𝑚)𝑒−𝑗2𝜋𝑓𝑚∞𝑚=−∞ = 1.0, −∞ < 𝑓 < ∞ (2.5) 
Los impulsos reales (ruido) tienen una duración finita por lo que su densidad espectral no es plana. 
Para ilustrar los efectos de impulsos reales, se muestra en la figura 2.3 [20] una comparación de un 
impulso ideal con dos ejemplos de impulsos típicos con sus respectivas densidades espectrales. 
 
 
Figura 2.3. Impulso con intervalo de duración “m” y su densidad espectral: (a) Ideal; (b) y (c) reales 
[20] 
 
Los impulsos reales no estacionarios (secuencias de estados binarios) con amplitudes y posición de 
ocurrencias aleatorias, se le identifica como “Ruido Impulsivo”. La naturaleza no estacionaria del 
ruido impulsivo se identifica por medio del espectro de potencia, esto es: si no hay ruido impulsivo 
se tiene una potencia cero, y si la potencia es diferente de cero, esta corresponde a la potencia del 
ruido impulsivo. Por lo tanto, el espectro de potencia y entonces la autocorrelación del ruido 
impulsivo es un proceso variante en el tiempo de estado binario. Esto implica que una secuencia 
 
18 
 
de ruido impulsivo puede modelarse con una secuencia de estados binarios modulada por ruido, 
cuya expresión básica es: 
𝑛𝑖(𝑚) = 𝑛 𝑚 𝑏(𝑚), (2.6) 
donde: 𝑏 𝑚 es una secuencia aleatoria de estados binarios, 
 𝑛 𝑚 es un proceso de ruido. 
 
La autocorrelación del ruido impulsivo también puede definirse como un proceso de estados 
binarios, esto es: 
𝑟𝑛𝑚 (𝑘,𝑚) = Ε 𝑛𝑖(𝑚)𝑛𝑖(𝑛 +𝑚) = 𝜎𝑛
2𝛿 𝑘 𝑏(𝑚), (2.7) 
donde 𝛿(𝑘) es la función delta Kronecker y 𝜎2es la varianza del ruido impulsivo. 
 
Suponiendo que el ruido impulsivo no está correlacionado, debido a que su generación es de 
fuentes idénticamente independientes, la autocorrelación es cero para 𝑘 ≠ 0 , entonces la 
autocorelación de una secuencia de ruido impulsivo puede escribirse como: 
𝑟𝑛𝑚 (0,𝑚) = 𝜎𝑛
2𝑏(𝑚) (2.8) 
Aplicando la transformada de Fourier a la ecuación anterior se obtiene el espectro de potencia de 
una secuencia de ruido impulsivo. 
La autocorrelación y el espectro de potencia del ruido impulsivo son expresiones binarias que 
dependen de la existencia (1) o no existencia (0) del ruido impulsivo en un tiempo “m”. 
 
 
 
19 
 
2.3. Escenario de Ruido en sistemas PLC 
 
El escenario de ruido en el canal de comunicación de los sistemas PLC es complicado debido a la 
presencia de diferentes fuentes de ruido. En primera instancia, el ruido en sistemas PLC se 
constituye por ruido de fondo más ruido impulsivo (no es un ruido blanco Gaussiano aditivo). El 
ruido de fondo permanece casi estacionario y tiene una densidad espectral de potencia (DSP) baja. 
El ruido impulsivo es de duración corta y densidad espectral de potencia es alta, por lo que es uno 
de los problemas críticos en dichos sistemas, sobre todo en las instalaciones cerradas de tipo 
doméstico, donde hay una gran cantidad de aparatos que son fuentes generadoras de ruido 
impulsivo. Una de las clasificaciones básicas del ruido para estos sistemas de comunicaciones se 
muestra en la figura 2.4 [21]. 
 
 
Figura 2.4. Escenario de Ruido en un canal de comunicación PLC [21]. 
 
 
 
20 
 
1. Ruido de fondo: 
a) Ruido de banda angosta. Este ruido es radiado e incide en el canal de 
comunicación PLC, su generación es de los sistemas de radiodifusión. 
b) Ruido de color. Este ruido generalmente se presenta en lugares cerrados como 
residencias, su generación es desde equipos electrónicos y tiene una densidad 
espectral que decrece al aumentar la frecuencia. 
2. Ruido Impulsivo 
a) Ruido Impulsivo Periódico síncrono a la frecuencia de la red eléctrica: posee una 
tasa de repetición de 50 a 100 Hz. Los impulsos son de corta duración y tienen una 
PSD que decrece con la frecuencia. Este tipo de ruido es principalmente 
provocado por fuentes de voltaje, especialmente aquellas fuentes que contienen 
diodos Controlados por Silicio (SCR). 
b) Ruido Impulsivo Asíncrono: principalmente provocado por transitorios en la red 
eléctrica. Los impulsos tienen duración del orden de los microsegundos, con 
aparición aleatoria. La PSD de este tipo de ruido llega a alcanzar valores superiores 
a 50 dB por encima del ruido de fondo. 
c) Ruido Impulsivo Periódico: Este ruido tiene una naturaleza esporádica, 
principalmente se debe a transitorios generado por cargas inductivas (motores 
transformadores), así como por conexiones y desconexiones de equipo eléctrico. 
El ruido de fondo es estacionario, ya que varía lentamente en períodos largos y el ruido impulsivo 
no es estacionario y se sobrepone al ruido de fondo el cual causa aumento significativo en la tasa 
de error, por lo anterior, el proceso general de ruido en el canal de comunicación de la tecnología 
PLC se puede describirse como [21]: 
𝑛 𝑡 = 𝑛𝑓 𝑡 + 𝑛𝑖𝑚𝑝 (𝑡),(2.9) 
Donde el primer término de la ecuación especifica el ruido de fondo y el segundo término 
especifica la contribución del ruido impulsivo. 
 
Cuando el ruido impulsivo está presente en el sistema de comunicación PLC puede afectar el 
rendimiento y/o calidad del mismo, así como también el enlace de transmisión entre puntos de 
conexión, esto es debido a las características que presenta el ruido impulsivo. La forma que 
adquiere el ruido impulsivo, está influenciada por las características particulares propias de cada 
fuente de ruido que lo genera. 
 
 
 
 
 
21 
 
2.4. Fuentes de Ruido Impulsivo y sus parámetros 
 
Cualquier red eléctrica de corriente alterna es susceptible a presentar interferencias ocasionadas 
por fenómenos naturales o artificiales. Dentro de los fenómenos naturales podemos encontrar las 
descargas atmosféricas las cuales pueden viajar a través de la red eléctrica ya sea por inducción o 
conducción con tensiones de miles de volts. En lo que respecta a los fenómenos artificiales se 
encuentran los transitorios generados por la conmutación repetitiva de cargas inductivas 
(transitorios eléctricos rápidos, EFT, por sus siglas en inglés), ampliamente estudiados en la 
literatura, incluso considerados en las normas internacionales como es el caso de la IEC 61000-4-4. 
O también en el caso en que la corriente que circula por una inductancia o bobina se interrumpe 
(desconexión de cargas inductivas por ejemplo el caso de motores, ver apéndice), estos son 
fenómenos que se caracterizan por ser pulsos con una gran cantidad de energía y de muy corta 
duración (ns o µs), mismos que al interaccionar con la red eléctrica de forma no deseada, es 
probable llegue a perturbar el funcionamiento de un sistema PLC, por lo que puede considerársele 
como un fenómeno de interferencia electromagnética (EMI). A las interferencias con 
características impulsivas se les considera como ruido de tipo impulsivo. Los equipos eléctricos o 
electrónicos capaces de generar este tipo de EMI pueden ser: motores, dispositivos con diodos 
rectificadores de silicio (SCR, por sus siglas en inglés), fuentes de voltaje conmutadas, etc. 
Por ejemplo, en los lugares cerrados como las residencias, los módems de la tecnología PLC 
comparten el medio de comunicación con múltiples sistemas eléctricos como: interruptores de 
potencia, fuentes de alimentación y, en general aparatos eléctricos y electrónicos usados en 
ambientes domésticos. Todos estos sistemas generan ruido estacionario y ruido estacionario 
cíclico o ruido impulsivo. Este último ruido es la principal fuente de interferencia que provoca 
distorsiones y aumenta la tasa de error de bit en la transmisión PLC. 
La caracterización del ruido impulsivo generado por los sistemas eléctricos que se utilizan en 
residencias, se ha reportado en diferentes trabajos [21,22], y de forma general distinguen cuatro 
clases de fuentes de ruido impulsivo: 
Clase 1: Interruptores eléctricos y termóstatos de control de hornos. 
Clase 2: Conexión y desconexión de clavijas eléctricas 
Clase 3: Encendido y apagado de motores 
Clase 4: Otros equipos electrónicos con señales de ruido impulsivo débiles. 
A los aparatos que se les puso mayor atención son los que se identifican como cargas inductivas 
(motores), debido a que generan mayor nivel de tensión de ruido impulsivo y además es una de 
las partes fundamentales de análisis de esta tesis; para esto se utilizan licuadoras, taladros, 
ventiladores y un esmeril, tomando el caso de una herramienta. En [23] el equipo que se utiliza en 
 
22 
 
las mediciones fue: una Red Estabilizadora de Impedancia de Línea, conocida como LISN, por sus 
siglas en inglés; un osciloscopio y el equipo bajo prueba (EBP). Las mediciones se realizaron dentro 
de una cámara semi-anecoica para aislar experimento de interferencia. Un esquema típico de este 
procedimiento se muestra en la figura 2.5 [23]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.5. Procedimiento para la clasificación del ruido impulsivo [23]. 
 
El ruido impulsivo básicamente está formado por una sucesión de sub-impulsos como se reporta 
en la referencia [23] lo cual se muestra en la figura 2.6. Esto corresponde a ruido impulsivo típico 
generado por la conmutación de una cafetera [23] al ponerse en operación, la figura 2.6 a) es una 
sucesión de sub-impulsos al encendido de una cafetera y la figura 2.6 b) es un sub-impulso de esa 
sucesión. 
 
Figura 2.6. Ruido impulsivo [23]: (a) sucesión de sub-impulsos; (b) sub-impulso 
 
23 
 
La medición del ruido impulsivo consiste en determinar una distribución del número de sub-
impulsos respecto a su amplitud; es claro que la sucesión de impulsos de mayor amplitud tiene 
una menor ocurrencia, mientras que los sub impulsos de menor amplitud se presentan con mayor 
frecuencia, por tal motivo su función de distribución es de tipo exponencial. 
Entonces con los valores de absolutos de tensión de los sub-impulsos se calcula la Función de 
Densidad de Probabilidad (fdp) de acuerdo a la siguiente expresión [24]: 
 
𝑓 𝐴 = 𝛼𝑒−𝛼𝐴 , (2.10) 
donde “A” es el valor absoluto de la tensión en Volts de los sub-impulsos y "𝛼" es la media del 
valor absoluto de la tensión de los sub-impulsos en un intervalo de tiempo. 
 
En la literatura existen algunos trabajos donde se reportan modelos estadísticos basados en la fdp 
que describen diferentes tipos de comportamiento de sistemas de comunicación PLC 
principalmente ante la presencia de ruido gaussiano o impulsivo, por ejemplo como los reportados 
en: 
Ali Hosseinpour en [25] analiza el rendimiento de la tasa de error de bit en canales de 
comunicación PLC el cual se degrada debido a diferentes tipos de interferencias ruidosas (ruido 
banco y ruido impulsivo) generadas por dispositivos eléctricos y se reporta que la BER disminuye al 
aumentar el nivel de ruido impulsivo. 
Por otro lado en [26] Sumi Mathew reporta el uso de un algoritmo de detección de ruido impulsivo 
periódico, posteriormente diseña un filtro de ranura adaptativo utilizando algoritmos LMS (Least 
Mean Square, por sus siglas en inglés) para reducir el ruido impulsivo; así mismo compara la BER 
del sistema PLC sin y con el uso del filtro y en los resultados muestra la reducción de la BER con el 
uso de este. 
En [27] se evaluó el rendimiento de en un sistema de comunicación PLC representando el ruido de 
fondo mediante la fdp Nakagami, al final se encontró una expresión para estimar la BER. 
 
2.5. Ruido Impulsivo Generado por Cargas Inductivas 
 
De acuerdo a [28], una carga es cualquier dispositivo que absorbe energía en un sistema eléctrico; 
es así que los electrodomésticos y aparatos eléctricos en general, se dividen en dos grupos: 
 
24 
 
 Resistivas.- los dispositivos que poseen cargas de esta naturaleza, son aquellos en los que 
la electricidad produce calor y no movimiento. 
 Inductivas.- los dispositivos que poseen cargas de esta naturaleza, son aquellos en los que 
la electricidad circula a través de bobinas. 
 
Las cargas inductivas se encuentran en cualquier lugar donde haya bobinados involucrados, como 
en: motores eléctricos, (ver clasificación en apéndice C) balastros, transformadores, etc., estos 
equipos además de consumir potencia activa para poder funcionar, requieren potencia reactiva 
para su propio funcionamiento. La potencia activa o efectiva es la que en el proceso de 
transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo (sus unidades son los watts), y la 
potencia reactiva es la encargada de generar el campo magnético que requieren para su 
funcionamiento los equipos inductivos como los motores y transformadores [29]. 
Básicamente, existe una corriente circulando a través de algún dispositivo con carga inductiva, que 
al verse interrumpida, es decir, cuando I → 0 instantáneamente, se induce un voltaje con un valorinfinito, reflejándose como un impulso. 
Los altos niveles de voltaje generados cuando la corriente io deja de circular inesperadamente a 
través de la carga inductiva pueden provocar severos daños, por lo que al momento en que las 
cargas de tipo inductivo son conectadas a la red eléctrica y además comparten el mismo medio de 
transmisión junto con la tecnología PLC, se generan interferencias en el sistema PLC, mismas que 
son clasificadas de acuerdo a [22]. 
Sin embargo, el alcance de este trabajo está referido al análisis del ruido impulsivo provocado por 
las cargas inductivas en el sistema de comunicación PLC, como en las secciones 2.3 y 2.4; no 
obstante, el origen de este ruido puede deberse a múltiples fuentes, por lo que algunas veces es 
llamado ruido electrodoméstico, de acuerdo a V. Degardin y M. Lienard en [30]. 
 
2.6. Tecnologías actuales para el tratamiento del ruido 
impulsivo en sistemas PLC 
 
En redes de distribución eléctrica con tecnología PLC, la presencia de una EMI como el ruido 
impulsivo es capaz de llegar a reducir la confiabilidad en las señales de comunicación. Un sistema 
PLC posee una combinación de diferentes clases de ruido [22], sin embargo, para tratar dentro de 
este tipo de sistemas al ruido impulsivo, debe saberse que tiene la característica de corta duración 
(µs, ns), y posee una Densidad Espectral de Potencia (PSD por sus siglas en inglés) de hasta 50 dB 
por encima del ruido de fondo [22] del sistema PLC, siendo esta causa, la razón fundamental por lo 
cual un sistema PLC falla. 
 
25 
 
Existen tecnologías implementadas para PLC como HomePlug 1.0, HomePlug AV y DS2 Chipset (ver 
apéndice D), que han tratado de combatir los problemas de interferencias con técnicas de 
transmisión, proporcionando robustez a la tecnología PLC, como lo es la Modulación y además 
permitiéndole multiplexar de manera automática, combinando métodos de corrección de errores. 
Este último es el proceso en el que una vez detectado el error, el receptor trata de determinar el 
mensaje original, usando los bits de redundancia. La redundancia es el envío de bits extra junto 
con los datos. Estos bits son añadidos por el emisor y eliminados por el receptor, permitiendo 
detectar y posiblemente corregir los bits afectados. En [31] se describe y analiza la habilidad de 
diferentes técnicas de corrección de errores para cubrir los fenómenos negativos presentados en 
los sistemas PLC. 
Por otro lado, las técnicas de modulación son cruciales en la tecnología PLC para reducir los 
efectos del ruido impulsivo, por lo que se debe tener en cuenta tres factores principales de 
acuerdo a [32]: 
 La presencia de ruido y perturbaciones impulsivas causan una baja RSR (SNR, Signal Noise 
Ratio por sus siglas en inglés). 
 Es un canal variante en el tiempo. 
 Las restricciones normativas en materia de CEM (Compatibilidad Electromagnética) limitan 
la potencia transmitida. 
 
En ese sentido, existen una variedad de modulaciones aplicadas a PLC [33,34] (técnica de 
modulación adaptativa), como la modulación OFDM [12] utilizada por Homeplug 1.0, Homeplug 
AV y DS2 Chipset, está, especialmente diseñada para ambientes adversos, como la transmisión de 
información a través de las líneas eléctricas, es decir para “contrarrestar” los altos niveles de ruido 
que se encuentran presentes en el medio de transmisión. Un método simple, frecuentemente 
utilizado en la práctica para reducir el efecto del ruido impulsivo en el dominio del tiempo (DT), es 
la no linealidad sin memoria [35], esta técnica está implementada sobre la señal en el receptor, 
antes de la DFT (Transformada Discreta de Fourier) en los sistemas OFDM. Las señales cuando 
exceden un umbral son limitadas o anuladas. Asimismo, algunos investigadores proponen el uso 
de técnicas en el dominio de la frecuencia (DF) para reducir el ruido impulsivo [36-38]. En esta 
técnica, el ruido impulsivo es contrarrestado en el dominio de la frecuencia después del bloque 
DFT, en el receptor OFDM. 
OFDM es capaz de conocer la calidad del canal en un momento dado, es decir, es capaz de medir 
los niveles de atenuación y ruido con una alta resolución espectral [39]. OFDM maneja muy bien el 
ruido, los cambios de impedancia y las reflexiones producidas por los múltiples caminos que 
recorre la señal; también tiene la ventaja de usar o dejar de usar cualquier sub-canal con el fin de 
mantener una óptima tasa de error, pues distribuye los datos entre un número de portadoras 
situadas a determinadas frecuencias; confiere ortogonalidad (mediante la ubicación de cada señal 
de información en sub-portadoras diferentes) de manera independiente (ver apéndice D). 
 
26 
 
En [40] se propone combinar las técnicas DT y DF sobre un sistema PLC con modulación OFDM, los 
resultados que muestran por medio de simulaciones indican que la tasa de error binario (BER) 
posee un comportamiento parecido a la que tendría una señal PLC solo con ruido AWGN, lo que 
significaría que el ruido impulsivo con esta técnica descrita anteriormente, estaría casi eliminado. 
Sin embargo, a pesar del potencial de la tecnología PLC y de las técnicas desarrolladas para reducir 
el efecto del ruido impulsivo en el sistema de comunicación, aún se enfrenta a problemas de 
atenuación en el medio de transmisión y a grandes amplitudes de ruido impulsivo, lo que 
finalmente repercute en la calidad y rendimiento del sistema, lo cual justifica el desarrollo del 
presente trabajo de tesis. 
 
 
 
 
2.7. Estándares de EMC relacionados con los Sistemas de 
comunicación PLC 
A pesar que no existen estándares oficiales aplicables a los sistemas de comunicación PLC, si 
existen técnicas para el tratamiento del ruido impulsivo en los sistemas PLC, solo que se 
encuentra en un medio de trasmisión (líneas eléctricas) el cual es interferido por altos niveles de 
ruido [12], ya que tiene la desventaja de estar limitado en cuanto a la potencia de su señal, debido 
a los límites para las radiaciones electromagnéticas especificados por organismos de regulación 
para el intervalo de frecuencias en el que opera, lo que lo hace sensible a interferencias. 
En [41] se muestran los límites de perturbaciones conducidas en el intervalo de 0.15 a 30 MHz, 
estos límites de emisiones se encuentran presentes en el estándar internacional CISPR 22: ‘Límites 
y métodos para medir las características de las perturbaciones radioeléctricas producidas por 
aparatos de tratamiento de la información’, lo que incluiría a la tecnología PLC. Un dispositivo PLC 
es un equipo de tecnología de información, incluido en el alcance de este estándar; principal 
razón por la cual lo sistemas PLC deben operar con una potencia limitada para las señales que 
transmiten, asegurando valores bajos de emisiones electromagnéticas. 
El estudio de la Compatibilidad Electromagnética de la tecnología PLC, evalúa las emisiones y la 
susceptibilidad de este sistema de comunicación, evitando que interfiera a cualquier otro servicio 
existente dentro del intervalo de frecuencia en el que opera, así como evitar las interferencias que 
otros generan. 
 
 
27 
 
2.8. Modelos de Análisis de Ruido Impulsivo 
 
En todos los sistemas de comunicación y específicamente en los de tecnología PLC, el ruido 
electromagnético y las interferencias impulsivas son resultado de fenómenos propios de la 
operación diaria y normal de los dispositivos electrónicos y eléctricos conectados a la red. Estas 
perturbaciones en forma de transitorios y/o impulsos, viajan a través del medio de transmisión de 
la tecnología PLC, como lo son los cables de energía eléctrica; por tal motivo el análisis estadístico 
del ruido impulsivo se encuentra reportado en varios trabajos; una publicación reciente [42] 
resume los métodos existentes más importantes para el análisis del ruido impulsivo. 
2.8.1. Middleton 
El análisis básico para el tratamiento de señales (ruido) impulsivasen los sistemas PLC con el 
modelo de Middleton, se inició con el uso de los sistemas de radiocomunicación, los cuales eran 
afectados por el ruido atmosférico. Los trabajos clásicos que se han presentado para el análisis de 
este tipo de ruido se basan principalmente en el modelo canónico de Middleton [32] clase A, quien 
hace una clasificación de las interferencias impulsivas tomando como base el sistema de un 
radiorreceptor, como el que se muestra en la figura 2.7: 
 
 
Figura 2.7. Esquema de Interferencias Impulsivas [43] 
 
donde 
1. Clase A: Este tipo de ruido tiene un ancho de banda comparable con el ancho de banda del 
sistema de recepción [44,45]. 
 
28 
 
 
fx x = e
−A 
Am
m! 2πσm
2
e
−
x2
2σm
2∞
m=0 (2.10) 
Donde: 
 
σm
2 =
m
A
+Γ
1+Γ
 (2.11) 
 
 
es la varianza del ruido, A = vtTs es el índice del impulso, vtes la tasa promedio del impulso y Tses 
la duración promedio del impulso. 
 
La ecuación (2.10) representa la suma de las distribuciones gaussianas. Debido al incremento de la 
amplitud de los impulsos, A, el ruido tiene una distribución gaussiana, y cuando A disminuye, se 
representa por un proceso de Poisson, asumiendo este comportamiento. Aquellos que presentan 
mayor potencia se denominan impulsivos y los que tienen una potencia de ruido mucho menor, 
se definen como Gaussianos. 
El factor de escala Γ es la relación de las potencias de las componentes de Gaussian y Poisson, es 
decir: 
𝛤 = 
 𝑋𝐺
2 
 𝑋𝑃
2 
 (2.12) 
 
2.8.2. Gaussian-Bernoulli-Poisson 
 
Por otro lado, en [46,47] se ha analizado el ruido impulsivo de forma simple, es decir, en un 
sistema de comunicación, el ruido impulsivo generado en algún punto de la línea de transmisión, 
se propaga a través del canal hacia el receptor. Es en el receptor, que la aparición de varios 
impulsos son detectados con tiempo entre llegadas del orden de microsegundos. El tiempo entre 
aparición de estos impulsos, es de duración aleatoria, aproximadamente similares entre sí, por lo 
que se puede obtener el promedio de la duración de los mismos. 
La duración entre los tiempos de aparición de los impulsos es un parámetro importante para la 
descripción de los efectos del ruido impulsivo sobre un sistema de comunicación PLC. 
El ruido sobre los sistemas PLC, específicamente sobre las líneas de potencia, está representado 
por: ruido de fondo y ruido de tipo impulsivo. 
En lo que respecta a el ruido impulsivo tiene la característica de no estacionariedad, los impulsos 
en el dominio del tiempo los consideramos como una secuencia de estados binarios, con 
amplitudes y posiciones de aparición aleatorias. 
 
29 
 
La característica de no estacionariedad del ruido impulsivo puede comprenderse fácilmente: 
cuando la señal impulsiva está ausente, el proceso o evento tiene 0 niveles de amplitud, es decir, 
no aparece; caso contrario cuando un impulso aparece, existen niveles de amplitud presentes, los 
cuales varían en tiempo y posición entre eventos. 
 
Entonces una secuencia de eventos impulsivos, puede expresarse de la siguiente manera: 
Ni(m)=n(m)b(m) (2.13) 
Donde b(m) es una secuencia aleatoria con valor binario durante el tiempo de ocurrencia del ruido 
impulsivo y n(m) representa el proceso aleatorio de las amplitudes del impulso. Por lo que la 
probabilidad de ocurrencia de un evento impulsivo, puede modelarse por un proceso de Poisson y 
la distribución de amplitud aleatoria del impulso, por un proceso Gaussiano. 
Más clara y específicamente, si se pretende analizar el efecto del ruido impulsivo sobre cualquier 
sistema de comunicación PLC, se determina al ruido de fondo como AWGN (wk) con media de 0 y 
varianza 𝜎2 , 𝜎𝜔
2 y el ruido impulsivo ik está dado por: 
ik=bkgk, (2.14) 
Donde bk, es un proceso de Poisson, el cual representa el tiempo entre llegada de los impulsos de 
ruido; gk, es un proceso Gaussiano con media de 0 y varianza σ
2
i. 
Este modelo se considera para cada símbolo de datos del sistema de comunicación afectado por 
ruido impulsivo independiente y aleatorio, con una distribución de probabilidad bk y una amplitud 
aleatoria gk. 
Si ak es la señal transmitida, entonces la señal recibida puede expresarse como: 
rk = ak + nk , (2.15) 
Donde: 
nk = wk + ik = wk + bkgk (2.16) 
Y la pdf del ruido nk es: 
 
Pnk nkR , nkI = 1− bk G nkR , 0,σw
2 G nkI , 0,σw
2 + bk G nkR , 0,σw
2 + σi
2 G nkI , 0,σw
2 + σi
2 
(2.17) 
Donde nkR y nkI son partes real e imaginaria de nk respectivamente y 
 
 
30 
 
G x, mx ,σx
2 =
1
σx 2π
e
−
 x−m x 
2
2σx
2
 (2.18) 
En [46] la ocurrencia del ruido impulsivo en el dominio del tiempo, tiene aproximadamente una 
distribución de Poisson, lo cual significa que las llegadas del ruido impulsivo siguen el mismo 
proceso, con una aparición de λ impulsos por segundo; así que cualquier evento de k llegadas, en 
t segundos, tiene una distribución de probabilidad: 
 
Pk k, t =
e−λ t λt k
k!
 (2.19) 
 
El tiempo de duración promedio de cada impulso es Tnoise y el tiempo de duración de la ventana de 
observación es T (ver figura 2.8). Y se espera que en el tiempo T, haya más de una ocurrencia de 
ruido impulsivo. 
El promedio del número de señales impulsivas Pi está definido como el resultado de señales 
impulsivas promedio en un tiempo de duración T. 
𝑃𝑖 = 𝑒
−𝜆𝑇 𝜆𝑇 
𝑘
𝑘!
∞
𝑘=0 𝑘𝑇𝑛𝑜𝑖𝑠𝑒 /𝑇 
= 𝜆𝑇𝑛𝑜𝑖𝑠𝑒 𝑒
−𝜆𝑇 𝜆𝑇 
𝑘−1
 𝑘−1 !
∞
𝑘=1 = 𝜆𝑇𝑛𝑜𝑖𝑠𝑒 𝑒
−𝜆𝑇 𝜆𝑇 
𝑘
𝑘!
∞
𝑘=0 
= 𝜆𝑇𝑛𝑜𝑖𝑠𝑒 (2.20) 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.8. Ruido impulsivo y ruido blanco Gaussiano [46] 
 
 
Ruido Blanco Ruido Impulsivo Dato 
 
31 
 
2.8.3. Distribución de Nakagami-m. 
 
Las distribuciones de probabilidad del ruido impulsivo en el dominio del tiempo se asemejan a la 
función de distribución de Nakagami-m [48], la cual esta descrita como: 
 
p r =
2
Γ(m)
 
m
Ω
 
m
r2m−1e−
m r2
Ω (2.21) 
 
Donde r es la variable aleatoria, p es la probabilidad de correspondencia con la variable aleatoria, 
Γ(*) es la función gamma, m está definida como una relación de momentos, y Ω es la potencia 
promedio de la variable aleatoria. 
 
El modelo de Nakagami es frecuentemente utilizado para representar desvanecimiento en señales 
inalámbricas en ambientes dispersos y con multitrayectorias. El sistema de comunicación a través 
de las líneas eléctricas tiene muchos desacoplamientos y multitrayectorias, las cuales generan 
múltiples reflexiones, por lo que este modelo, también puede ser utilizado para describir los 
efectos del ruido en los sistemas PLC. 
 
Finalmente, en la tabla 2.1 se muestra una comparativa entre los principales modelos encontrados 
en la literatura [42] para el análisis del ruido impulsivo de manera estadística, enfatizando las 
principales características, ventajas y desventajas que cada uno posee. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
32 
 
Tabla 2.1. Modelos de análisis de ruido impulsivo. 
MODELO CARACTERISTICAS VENTAJAS DESVENTAJAS 
Middleton clase A 
[49] 
Clasifica interferencias 
impulsivas, basándose en 
el sistema de un radio-
receptor. 
Aprovecha la 
distribución gaussiana 
en conjunto con la 
distribución de 
Poisson, para 
representar el modelo 
Se requieren diversos 
parámetros a 
cuantificar. 
Gaussian Bernoulli 
Poisson [50] 
Considera una secuencia 
de estados binarios 
Proceso aleatorio de 
amplitudes de los 
impulsos. 
Considera solo dos 
estados cuando la 
amplitud

Otros materiales