Powerline: Internet Elettrica

30 Aprile 2004 Introduzione IV 
Al vantaggio patrimoniale di sfruttare un mezzo già cablato, sia esternamente che 
internamente all’utenza da servire, si aggiunge anche il vantaggio socio economico di 
poter fornire servizi ad alto contenuto tecnologico anche in quelle zone isolate, come ad 
esempio i paesi di montagna, o tecnologicamente arretrate, come la maggior parte dei 
paesi in via di sviluppo, dove gli attuali operatori di telecomunicazione non investono per 
il basso indice di redditività finanziaria: ovunque, infatti, è oramai diffusa una presa 
terminale di un impianto elettrico. Inoltre, la tecnologia permette a persone portatrici di 
disabilità di vario genere di poter usufruire di tutti i vantaggi della tecnologia moderna. 
La tecnologia, che si fonda su un principio fisico noto da tempo, è ancora poco 
sviluppata rispetto alle sue potenzialità in quanto il mezzo trasmissivo non risulta a 
priori idoneo a trasmettere segnali ad alta frequenza, essendo stato progettato e 
realizzato, e soprattutto gestito e mantenuto, per trasmettere segnali elettrici a bassa 
frequenza: pertanto la maggior parte delle applicazioni, per altro diffuse più di quel che 
sia lecito aspettarsi, sono state fino ad oggi sviluppate prevalentemente in ambito locale 
con bassi flussi trasmissivi, quindi come alternativa alla trasmissione dei dati su cavo di 
rame apposito, le cosiddette Local Area Network (LAN), in specie per remotizzare 
servizi quali la telelettura dei contatori o il telecontrollo di impianti di climatizzazione e 
di allarme; cioè l’accesso a Internet in banda larga in alternativa alle tecnologie xDSL. 
Nel presente e nel futuro prossimo, sia per la sempre maggior diffusione anche in 
Europa della deregulation nella fornitura di servizi di telecomunicazione e di 
distribuzione dell’energia elettrica, sia per il naturale sviluppo tecnologico che permettono 
più efficaci tecniche di sfruttamento del canale trasmissivo, sta notevolmente aumentando 
la prospettiva d’impiego della tecnologia powerline con progetti caratterizzati da altissimi 
flussi trasmissivi da realizzare anche fra reti locali distanti fra loro, con un’adeguata 
struttura trasmissiva capace di raggiungere elevate distanze, le cosiddette Wide Area 
Network (WAN), o reti geografiche, e le Metropolitan Area Network (MAN). 
Powerline è una tecnologia versatile ed integrativa: la sua applicazione, infatti, non 
elimina ma integra le reti di trasmissione di dati già esistenti in ambito locale, 
30 Aprile 2004 Introduzione V 
sfruttando la rete elettrica a bassa tensione presente in tutte le abitazioni o uffici, 
combinandosi anche con quelle esistenti fra gli edifici, anch’esse prevalentemente in bassa 
tensione, risolvendo in tal senso pure il problema della copertura del cosiddetto ultimo 
miglio o local loop, cioè la fornitura di servizi flat nel tratto normato unbundling. 
Pertanto lo scopo principale di questa analisi prospettica è di capire le effettive 
potenzialità della rete elettrica in bassa tensione e le eventuali problematiche legate al suo 
sfruttamento per la trasmissione di servizi di telecomunicazioni. 
Per questo dopo un breve percorso storico e una presentazione dei sistemi ormai 
affermati e standardizzati, analizzeremo le caratteristiche che il canale trasmissivo 
presenta fino a frequenze di 30 MHz, per passare poi allo studio di eventuali problemi 
di compatibilità elettromagnetica e quindi di un'adeguata tecnica di trasmissione e di un 
eventuale MAC (acronimo di Media Access Control), cioè di quell'insieme di regole che 
stabilisce come e quando il mezzo fisico è accessibile ad ogni nodo o elemento del sistema. 
Si presenteranno, poi, gli attuali progetti in corso, approfondendo l’analisi, perché 
vicino, dell’esperimento dell’ENEL a Grosseto e si analizzeranno i possibili sviluppi 
sia di ricerca che di ingegnerizzazione e commercializzazione di questa tecnologia, con 
particolare riferimento ai problemi normativi di standardizzazione e di interferenza. 
Infine si citeranno alcuni prodotti in commercio, in parte oggetto di questo studio. 
Completano la trattazione una esauriente bibliografia ad oggi disponibile. 
Augurando al lettore una piacevole lettura che valga quale stimolo di interesse 
nell’approfondire ciò che ancora si conosce poco, si ricorda che la presente trattazione ha 
il solo scopo di riorganizzare le informazioni attualmente disponibili, ovvero reperite, per 
illustrare i principi di funzionamento, le applicazioni ed i possibili sviluppi dei sistemi di 
trasmissione su linee elettriche, la PowerLine Communication. 
 
 30 Aprile 2004 Cap. 1 – Cenni storici 1 
CAPITOLO 1 
CENNI STORICI 
1.1 Le primi applicazioni della tecnologia powerline 
La storia dei sistemi di trasmissione su linee elettriche è legata al secolo 
scorso ed allo sviluppo che in esso hanno avuto i dispositivi elettronici. 
L'idea della tecnologia powerline si basa sul principio fisico delle onde 
convogliate in modo da sfruttare la rete di distribuzione dell'energia 
elettrica per la trasmissione delle informazioni, oltre che della potenza 
elettromotrice: la grossa e fondamentale innovazione è sul fronte della 
tecnologia applicata che può sfruttare algoritmi sempre più affinati per la 
modulazione e demodulazione dei segnali, nonché una sempre crescente 
capacità di calcolo dei microprocessori, oltre alla loro miniaturizzazione. 
La prima applicazione significativa risale al primo ventennio, quando si 
pensò di sfruttare la rete elettrica già 
cablata per raggiungere aree molto 
remote, sia per controllare a tali 
distanze la rete distributiva, sia per 
trasmettere la voce: le comunicazioni 
elettriche impiegavano frequenze sotto 
i 150 KHz (EN50065-1
1
) con intensità 
di irradiazione così elevata da creare 
forti disturbi in quanto sia le linee fra 
le sottostazioni, tipicamente a 11 KV, 
sia i trasformatori provocavano 
altissime attenuazioni: inoltre, era 
necessario non interferire con le 
radiofrequenze impiegate per la navigazione aerea e la radiodiffusione. 
1 La rete di distribuzione elettrica 
Bruno Roberto Lazzoni  PowerLine: Internet elettrica 
30 Aprile 2004 Cap. 1 – Cenni storici 2 
L'uso di sistemi in bassa frequenza su linee di alta tensione, soprattutto 
per la trasmissione di segnali legati al monitoraggio, al controllo remoto e 
alla voce, prevedeva sistemi di accoppiamento in alta tensione installati sia 
in serie che in parallelo con i circuiti di alta tensione: le bobine di blocco in 
serie dovevano trasferire il carico sulle linee elettriche e sostenere il livello 
di corrente; gli accoppiatori capacitivi dovevano sostenere le tensioni.  
Erano disponibili sia la tecnica di trasmissione fase-fase che quella fase-
terra che garantiva minore attenuazione, migliori rapporti segnale rumore, 
minori variazioni del livello di attenuazione dovute alle condizioni 
atmosferiche, minor livello di segnali irradiati. Nel sistema fase-terra la 
perdita del conduttore di fase produceva anche la perdita di segnale, nel 
sistema fase-fase solo un leggero aumento dell'attenuazione. 
Queste reti ad alto voltaggio, e con scarse discontinuità, fornivano la 
più stabile struttura possibile per le comunicazioni su linee elettriche pur 
presentando il difetto del rumore, principalmente generato da archi 
elettrici, tale per cui il rapporto segnale rumore non permetteva di superare 
distanze di circa 200 Km. 
Alternativamente a questa tecnica, con lo sviluppo del Ripple Control
2
, 
toni ad audio frequenza (AF) sul segnale elettrico in bassa tensione per 
trasmettere solo comandi 'on/off ', si modulava la frequenza principale 
con dei burst
3
 di segnale ad audio frequenza, ognuno dei quali durava 
diversi cicli della frequenza principale (Davos, 1929): un certo numero dei 
burst in AF veniva poi unito per formare un segnale codice che poteva 
essere ricevuto e decifrato lungo vari punti della rete. Era anche possibile 
usufruire di diversi servizi sulla stessa linea trasmissiva utilizzando 
differenti audio frequenze con circuiti accordati nel ricevitore che 
rilevavano solo i segnali relativi alle applicazioni di cui erano destinatari. 
Bruno Roberto Lazzoni  PowerLine: Internet elettrica 
30 Aprile 2004 Cap. 1 – Cenni storici 3 
Le applicazioni consistevano nel telecomandare segnali di semplice 
switching quali, ad esempio, l’accensione o lo spegnimento dei lampioni 
dell'illuminazione pubblica. 
Essendo costoso sia il dispositivo per modulare il segnale principale 
con segnali in audio frequenza, sia la manutenzione del Ripple Control, 
agli inizi degli anni ’60 vennero impiegate delle tecniche per rendere la 
trasmissione più economica e meno sensibile ai disturbi ed alle 
interferenze, migliorando la ricezione: Peak Depression, con cui il segnale 
è reso discreto attorno a zero Volt con picchi da 200/300 A che davano 
origine alla codifica dell’informazione; Cyclocontrol, con cui si avevano in 
34 cicli a disposizione 165 indirizzi discreti con quattro possibili istruzioni. 
Non potendo lavorare in banda base per la troppa potenza necessaria a 
sovrastare il rumore, furono impiegate le frequenze tra i 150 e i 450 KHz 
(1936 Bell Telephone Laboratories), perché sotto questo range si avevano 
problemi di accoppiamento, mentre sopra di elevata attenuazione e 
interferenza dovuta alle stazioni radio: il sistema, in grado di coprire 
distanze di circa 30 km, era progettato per lavorare sulla rete di 
distribuzione rurale americana, composta da un conduttore monofase a 7 
KV e 60 Hz, con un filo neutro in basso che di tanto in tanto era interrato. 
1.2 Gli ultimi trent'anni  
Negli ultimi decenni lo sviluppo si è concentrato sostanzialmente 
sull'automazione delle funzioni di distribuzione, come la lettura automatica 
del contatore, il controllo selettivo del carico e la gestione a distanza della 
rete, sulle bande di frequenza stabilite dal CENELEC
4
. Lo scopo era 
generalmente quello di sviluppare un sistema capace di aiutare gli utenti a 
cambiare la forma della loro curva di assorbimento. Stabilizzando tale 
curva su tutto l'arco delle 24 ore i produttori di energia elettrica potevano 
ridurre i costi di produzione: picchi di richiesta, come avviene ad esempio 
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30 Aprile 2004 Cap. 1 – Cenni storici 4 
nell'ore dei pasti, richiedono infatti l'uso di impianti veloci nel collegarsi 
alla rete ma in genere costosi da avviare come le centrali a gas. Rendere 
quindi la richiesta di energia il più possibile costante e diffusa su tutto 
l'arco del giorno consentirebbe l'utilizzo di impianti più economici da 
gestire, giustificando così, con una diminuzione dei costi di produzione, le 
maggiori complessità introdotte da questi sistemi. 
Inoltre questo sistema di gestione della rete consentirebbe facilmente 
l'implementazione di servizi aggiuntivi, altrimenti costosi da realizzare 
singolarmente, come la lettura automatica del contatore e il monitoraggio 
continuo della rete. Tutti questi studi hanno portato sicuramente ad una 
migliore conoscenza della rete e delle sue caratteristiche ma, salvo rare 
eccezioni, non sono sfociati in prodotti o servizi dal grande successo 
commerciale, prevalentemente per il basso, se non negativo, rapporto 
investimenti/benefici in termini economici. 
Alcuni dei più importanti progetti: 
¾ anni '70, compagnia elettrica Wisconsin (USA): realizza un 
sistema sulle sue linee di distribuzione che permette una 
completa gestione dei carichi ed una lettura remota dei contatori 
di luce, acqua e gas mediante l’impiego di un apposito 
trasponder
5
 domestico; 
¾ anni ’80, South Eastern Electricity Board (GB): sviluppa un 
dispositivo nominato CALMS (Credit And Load Management 
System) che si basa su un terminale domestico "intelligente" in 
grado di utilizzare diversi mezzi di comunicazione (non 
solamente le linee elettriche) per aumentare lo scambio di 
informazioni tra l'utente e il gestore dell'energia. I servizi offerti 
erano la misura e registrazione della domanda e del suo picco, la 
selezione remota delle tariffe, le informazioni sui carichi elettrici 
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30 Aprile 2004 Cap. 1 – Cenni storici 5 
e sui consumi per aiutare la pianificazione e il controllo della 
rete, il controllo remoto di consumi e tariffe, la lettura remota di 
3 contatori, i pagamenti a distanza, la limitazione dei carichi per 
rientrare in un certo tipo di tariffazione o come servizio minimo 
di emergenza ed infine supplire alla mancanza di collegamenti di 
terra nelle abitazioni degli utenti; 
¾ anni '80, consorzio inglese THORN EMI: collauda, con circa 
1000 utenti, un particolare sistema di telecontrollo basato su un 
microprocessore progettato e realizzato direttamente e che 
sfrutta una modulazione di tipo Spread Spectrum
6
, che fino ad 
allora era stata usata quasi esclusivamente per comunicazioni in 
ambito militare, per cercare di superare i problemi legati al 
rumore della rete di distribuzione in bassa tensione, offrendo i 
seguenti servizi: registratore multi tariffa per i contatori acqua, 
gas, luce; funzioni di controllo e switch remoti per 
riscaldamento acqua e ambienti; registrazione dell'assorbimento 
su tutte le 24 ore, a passi di mezz'ora, per l'analisi delle variazioni 
dei carichi; visualizzazione nel tempo del consumo di luce, 
acqua e gas con previsione di spesa; rilevamento di 
manomissioni; 
¾ anni '80, ENEL: esperimento sulla propria rete per usare le linee 
in bassa tensione come mezzo per la trasmissione dati, 
ottimizzando l'uso delle risorse disponibili per generare energia 
elettrica e controllarne il consumo da parte degli utenti, 
fornendo i seguenti servizi: lettura remota del consumo 
continuo degli utenti connessi; aggiornamento giornaliero dei 
carichi; limitazione al limite contrattuale del consumo di energia 
dell'utente; registrazione nell'arco di un mese dei picchi di 
potenza; limitazione del consumo globale di energia di tutti gli 
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30 Aprile 2004 Cap. 1 – Cenni storici 6 
utenti per sopperire a momentanee carenze di disponibilità; 
confronto tra potenza globale erogata da ogni sottostazione e 
somma di tutte le potenze di ogni singolo utente per individuare 
eventuali perdite sulla rete; rilevazione di eventuali tentativi di 
manomissione; 
¾ anni '90, Datawatt (Olanda e Svizzera) sviluppa il sistema 
Robcom, basato sulla tecnica Spread Spectrum Frequency 
Hopping, che lavorava sia sulle linee a bassa tensione, per la 
gestione dei carichi, che su quelle a media, per automatizzare la 
distribuzione, fornendo i seguenti servizi: monitoraggio del 
flusso di energia lungo la rete; localizzazione dei guasti; 
misurazione e controllo continuo del livello di tensione in alcuni 
punti della rete; commutazione tariffe; cicli di carico; perdite di 
carico; lettura remota del contatore; localizzazione guasti. 
Oltre a quelli sinteticamente sopra riportati, agli inizi dell’ultimo 
decennio del secolo scorso, NOR.WEB (Regno Unito), in collaborazione 
con Open University, iniziò a studiare il sistema o modello cosiddetto 
“PowerLine Communications”. 
Lo scopo iniziale del progetto era la 
fornitura di servizi interni rivolti 
all’utente dell’energia elettrica che però 
non giustificavano i grandi investimenti 
impegnati per istallare le infrastrutture 
necessarie alla loro diffusione su larga 
scala; pertanto furono progettati servizi 
più appetibili dai consumatori come il trasferimento di voce e dati: ma 
questo richiedeva l'utilizzo di “data rate”
7
 molto più elevati di quelli che le 
bande di frequenza assegnate dal CENELEC consentivano. Allora 
2 PLC alternativa all'utimo miglio 
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30 Aprile 2004 Cap. 1 – Cenni storici 7 
NORWEB, per la prima volta, iniziò a studiare la possibilità di usare 
frequenze più grandi di 1MHz sulla rete a bassa tensione. In pratica, la 
prima vera alternativa al segnale telefonico per coprire l’ultimo miglio. 
L'avvio fu molto promettente e portò alla realizzazione dimostrativa di 
una rete telefonica su linea elettrica a Manchester (GB), basata sulla 
tecnologia CT2
8
 e su equipaggiamenti telefonici prodotti dalla consociata 
NORTEL Networks; seguì la commercializzare del servizio Internet ad 
alta velocità su linee elettriche basato su frequenze più grandi di 1MHz. 
Quel progetto però terminò per insolvenza delle società gestrici 
intravedendo per le PLC solamente lo sbocco nel ristretto mercato 
dell'home automation, vincolate come erano dalla normativa e dalla 
tecnica a data rate e bande troppo piccole per realizzare quei servizi di 
grande diffusione che sembravano invece caratterizzare il crescente 
mercato delle telecomunicazioni. 
Ulteriori progetti si sono susseguiti negli anni, alcuni perseguiti altri 
abbandonati (Siemens), soprattutto per lo sfruttamento della rete in bassa 
tensione, con un crescendo in termini di frequenze di lavoro e di flussi di 
trasmissione: nessuno però ancora con uno sbocco economico e 
commerciale sufficiente a garantire la larga diffusione delle PLC. 
1.3 Ai giorni nostri 
Ad oggi, con progetti pilota in corso in diverse città del mondo, si tenta 
di sperimentare efficaci e vantaggiosi sistemi di trasmissione dati basati 
sulle PLC soprattutto in termini di possibile alternativa per "l'ultimo 
miglio" o lacal loop. 
In particolare, in Europa, sono presenti: 
 ξ  in Germania, la compagnia elettrica Rwe offre nell’Essen i 
servizi del Powerline, con abbonamenti dai costi abbastanza 
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30 Aprile 2004 Cap. 1 – Cenni storici 8 
contenuti (25 euro al mese). Nella città di Mannheim esiste 
l’estensione più ampia commercialmente rilevante di utenti (oltre 
20.000) Grazie a un altro operatore tedesco, la EnBw e nel 
Baden-Wüttemberg, nella Germania sud orientale, è la prima 
città a essere completamente connessa con Powerline. A 
Dresda, invece, Power.Com avrebbe deciso di abbandonare il 
progetto; 
 ξ  in Austria, nella città di Linz, con "Speed-Web";  
 ξ  in Svezia, nell’isola di Gotland con il marchio "ENkom" 
 ξ  in Polonia, nella città di Cracovia; 
 ξ  in Scozia, nella città di Crieff e Campbeltown da "Broadband"; 
 ξ  in Francia, ove EDF, la società energetica di proprietà pubblica 
ha testato con successo questa tecnologia in una scuola in 
Bretagna; 
 ξ  in Svizzera, con gli esperimenti della Ascom Powerline 
Communication, che ha risolto il problema del rumore generato 
dalle interferenze dell’innesco/disinnesco dei carichi domestici, 
come un forno microonde, con un algoritmo che cambia in 
continuazione la frequenza, sperimentato anche in un grattacielo 
di Honk Kong; 
 ξ  in Israele, ove la società Main.net, per inviare i dati 
dall’abitazione alla sottostazione locale, usa prodotti che 
utilizzano frequenze tra 1 e 30 MHz. 
Invece gli Stati Uniti sembrano essere maggiormente attratti dall'uso di 
questa tecnologia all’interno delle abitazioni ove si vedono dei piccoli 
apparecchi elettronici che consentono di trasformare la rete elettrica di 
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30 Aprile 2004 Cap. 1 – Cenni storici 9 
casa in una rete locale, ad 
esempio la stampante, collegata 
alla rete elettrica, può essere 
pilotata dal personal computer 
installato nella stanza accanto. 
Analizziamo, ora, nel seguito 
alcuni progetti e sperimentazioni. 
 ξ  1.3.1 Il progetto Digital PowerLine di AEM a Milano 
L’Azienda Elettrica Municipale di Milano, tramite la propria società di 
telecomunicazioni Citytel (oggi Metroweb), ha avviato il primo test 
tecnologico del genere eseguito sul territorio nazionale, in quel di Milano.  
Il progetto Digital PowerLine (DPL), che è anche il nome del sistema 
sviluppato da Northern Telecom United Utilities, prevede l'uso di due 
periferiche all'interno dell'abitazione del cliente: una per il collegamento al 
contatore elettrico; l'altra, collegata alla prima, per la connessione al 
personal computer che, senza modem, deve solo essere dotato della solita 
scheda di rete ethernet. 
Dal contatore i dati raggiungono la più vicina cabina di bassa tensione 
per essere convogliati su 
fibra ottica, mediante 
apposita interfaccia, fino a 
raggiungere il provider di 
servizi. I pacchetti di bit 
viaggiano alla velocità di 1 
Mbps. In realtà la velocità 
effettiva è nominale e dipende molto dal carico generale della rete: più è 
alto il numero di utenti collegati nello stesso istante, minore è la velocità 
disponibile per il singolo accesso: comunque, all’epoca del progetto, 
4 Loschema PLC di AEM 
3 PLC in edificio privato o pubblico 
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30 Aprile 2004 Cap. 1 – Cenni storici 10 
Digital PowerLine offriva il vantaggio di essere connessi ad Internet in 
modo permanente ed a basso costo, giacchè utilizzava cavi già installati 
risolvendo così il problema dell'"ultimo miglio". 
Lo svantaggio principale, riscontrato in sede di sperimentazione, fu la 
locazione del contatore elettrico del cliente perché il sistema ne richiede la 
connessione diretta con la prima periferica: un requisito che restringe 
molto la potenziale clientela perché nel nostro paese la maggior parte dei 
contatori elettrici dei palazzi è situata nel sottoscala. In questi casi non è 
possibile realizzare la conessione a meno di spostare il contatore, con 
conseguente aggravio di costi, nell'appartamento del cliente; ovvero di 
“riportare” una presa utente dell’impianto elettrico al vano contatori. 
A settembre del 2001 United Utilities, uno dei partner del progetto 
Digital Powerline, ha annunciato che, nonostante la provata capacità della 
tecnologia DPL, i volumi previsti e i profitti all’interno del competitivo 
mercato dell’accesso a banda larga venivano considerati insufficienti per 
giustificare l’investimento richiesto: di comune accordo i partner hanno 
quindi deciso di sospendere il progetto. 
 ξ  1.3.2 Le sperimentazioni ENEL 
L'Enel, già dal 1995 esegue test di trasmissione dati rete elettrica in 
alcuni quartieri di Roma, Milano, Firenze e Bologna. 
I test a Roma non riguardavano il collegamento alla rete Internet ma la 
trasmissione dati: i clienti della compagnia elettrica nazionale possono 
controllare le proprie bollette elettriche attraverso il televisore per mezzo 
di un apposito decoder collegato alla rete elettrica. 
A Bologna e Firenze, invece, sono stati avviati esperimenti per la 
fornitura agli utenti sia di tipo residenziale che SOHO, di servizi di 
telefonia e di accesso a Internet.