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Banda ancha: Visión general de la tecnología

Una visión general de las diferentes tecnologías de banda ancha cableadas, inalámbricas y próximas y una descripción de sus ventajas, desventajas y sostenibilidad.

Las comunidades rurales unieron fuerzas para llevar fibra a Hamminkeln, Alemania

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Tecnologías de banda ancha por cable

Una amplia gama de tecnologías de comunicación con diferentes capacidades técnicas son capaces de proporcionar Internet de alta velocidad a los hogares. Las tecnologías cableadas incluyen cable de cobre (xDSL), cable coaxial (por ejemplo, HFC), banda ancha a través de líneas eléctricas (BPL) y cable de fibra óptica (FTTx).

Alambres de cobre

Los cables de cobre se definen como «par con torsión de cobre sin blindaje de teléfono heredado», que proporcionan conexiones de banda ancha mediante el uso de tecnologías xDSL, como ADSL/ADSL2 +(tasa máxima de 24/3 Mbps hacia abajo/upstream dentro del rango de eficiencia máximo de 0,3 km) o VDSL/VDSL2/VDSL2-Vplus/VDSL2 vectoring/G.fast (con vectorización máxima de 300/100 Mbps hacia abajo/100 Mbps dentro del rango de eficiencia de 0,2 km).

  • Ventajas: Requieren una inversión relativamente baja necesaria para la infraestructura pasiva (una línea telefónica de cobre ya está presente en la mayoría de los hogares) y son menos perjudiciales para los usuarios finales.
  • Desventajas: Las altas velocidades (descarga) dependen de la longitud de la línea de cobre. La tecnología xDSL es muy asimétrica: las velocidades de carga son generalmente mucho más bajas que las velocidades de descarga; esto puede obstaculizar nuevos servicios (por ejemplo, computación en nube, videoconferencia, teletrabajo, telepresencia). Se necesita una mayor inversión en equipos activos (con una vida útil de 5-10 años). Esta puede ser una solución provisional, pero es muy probable que la inversión en infraestructura de fibra solo se posponga entre 10 y 15 años.
  • Sostenibilidad: Nuevas tecnologías basadas en cobre (por ejemplo: Vectoring, G.fast) puede ofrecer velocidades más altas, pero sufre de las mismas limitaciones. Demuestran tecnologías de puente hacia infraestructuras completas de cable de fibra óptica.

Cables coaxiales

La conexión por cable clásica sería los dos cables de una línea telefónica («par torcido»), más propensos a efectos de perturbación como interferencias. Internet de banda ancha a través de cable coaxial se ofrece generalmente a los clientes a través de la red existente de TV por cable (CATV). El cable coaxial consiste en un núcleo de cobre y una capa de protección de cobre. Por lo tanto, las redes de televisión por cable son mucho más eficientes que las redes telefónicas tradicionales.

  • Ventajas: Esto requiere una inversión relativamente baja necesaria para la infraestructura pasiva y también es menos perjudicial para los usuarios finales. Esta infraestructura ofrece un poco más de oportunidades para ofrecer velocidades de banda ancha más altas que en las líneas telefónicas. Las velocidades ultrarrápidas son posibles, si la infraestructura se actualiza adecuadamente y las distancias se mantienen cortas.
  • Desventajas: El ancho de banda se comparte entre varios usuarios reduciendo su disponibilidad durante los períodos pico de tráfico del día. La imposibilidad de desagregar hace que la competencia de servicios sea básicamente ausente en el mercado del cable; rara vez presente en las áreas de división digital. Una solución provisional para invertir en infraestructura de fibra probablemente solo se pospondría entre 10 y 15 años como con los cables de cobre.
  • Sostenibilidad: La implementación de nuevas normas (DOSIS 3.1, 3.1 full dúplex) permite mayores anchos de banda a los usuarios finales de hasta 10 Gbps.

Banda ancha sobre línea eléctrica (BPL)

La banda ancha se puede suministrar a través de las redes de distribución de energía eléctrica de baja y media tensión existentes. Las velocidades BPL son comparables a las de los cables xDSL y coaxiales.

  • Ventajas: No es necesario desplegar nueva infraestructura, ya que las líneas eléctricas existentes se pueden utilizar. BPL tiene un gran potencial futuro, ya que las líneas eléctricas existen en casi todas partes.
  • Desventajas: En áreas poco pobladas, la tecnología solo es económicamente viable para el usuario final si 4 a 6 hogares están equipados con transformadores para hacer que la banda ancha esté disponible a través de líneas eléctricas. De lo contrario, los precios del usuario final para el acceso a Internet superan a los de las soluciones de cable xDSL y coaxial. Hay desafíos técnicos debido a que las líneas eléctricas son un entorno muy «ruido» y la interferencia con las comunicaciones de radio de alta frecuencia y la radiodifusión.

Fibra óptica

Las líneas de fibra óptica consisten en cables de fibra de vidrio conectados a los hogares de los usuarios finales (FTTH), edificios (FTTB) o armarios urbanos (FTTC). Permiten velocidades de transmisión muy altas de 100 Gbps y más dentro de un rango de eficiencia muy amplio (10-60 km). Esta es la solución más orientada al futuro, pero requiere una alta inversión en infraestructura pasiva.

  • Ventajas: Extremadamente alto nivel de velocidades de transmisión y simetría (los anchos de banda Gbps y Tbps posibles), menos susceptibles a interferencias y casi ninguna caída de potencia a distancias más grandes al distribuidor a diferencia de DSL o VDSL y suficientes reservas de energía también para los hogares de múltiples personas exigentes.
  • Desventajas: Altos costes de inversión en infraestructura pasiva debido a los elevados costes de la ingeniería civil para excavaciones y tuberías; la infraestructura implementada no es localizable y requiere documentación exacta.
  • Sostenibilidad: Tecnología de próxima generación con capacidades para satisfacer las altas demandas de ancho de banda que se espera en un futuro próximo. 

Métodos de despliegue

El despliegue de infraestructura de banda ancha por cable es una opción de costos y recursos intensivos. La reducción de los costes fomentará las inversiones en el despliegue de banda ancha y reducirá el umbral de entrada en el mercado. Esto puede facilitarse accediendo a infraestructuras alternativas y redes de servicios públicos y utilizando estrategias de despliegue de bajo impacto (por ejemplo, trincheras).

Instalación en el suelo (por trinchera)

La construcción de la zanja abierta es un método para el despliegue de tuberías de suministro y eliminación. La superficie de la tierra se abre y se excava una trinchera. Para la colocación de líneas de telecomunicaciones, se utilizan excavaciones manuales, así como equipos de construcción.

  • Ventajas: La construcción de trinchera abierta se utiliza en todos los escenarios topológicos y es generalmente factible para todo tipo de superficies. La durabilidad es muy alta y no hay restricciones para el uso de tuberías y componentes. Los costos potenciales se pueden ahorrar desviando de la profundidad regular, desplegando en senderos a pie o en bicicleta o utilizando una trinchera.
  • Desventajas: Desviarse de la profundidad normal aumenta el riesgo de posibles daños por cable en el curso de los trabajos de construcción y reparación de infraestructuras adyacentes o superpuestas. La restauración de las superficies es bastante compleja y el entorno del edificio se ve afectado por la contaminación acústica y las perturbaciones del tráfico. El método es costoso y muestra largos tiempos de construcción.

Trinchera

Una hendidura se fresa en una cubierta de carretera, una pasarela de asfalto o camino para bicicletas, en la que se insertan microtubos y luego se cierran inmediatamente con un relleno. Se hace una distinción entre nanotrenching (hasta 2 cm), micro-(8 cm a 12 cm), mini-(12 cm a 20 cm) o macrotrenching (20 cm a 30 cm) y la técnica de corte o fresado utilizada.

  • Ventajas: La trinchera promete tiempos de construcción cortos y costos de construcción significativamente más bajos. El proceso tiene una alta producción de construcción de aproximadamente 600 m por día y conduce a muy pocas deficiencias de tráfico debido a la rápida recarga de la carrocería de la carretera.
  • Desventajas: Las hendiduras molidas pueden causar daños en la superficie de asfalto en forma de grietas, sedimentación o daños por heladas. El nivel adicional de colocación en la carretera puede hacer que el trabajo de ingeniería civil posterior, particularmente en el área del centro de la ciudad, sea más difícil y conducirá a construcciones más largas y costosas.

Perforación direccional horizontal

La técnica de perforación direccional permite colocar tubos de protección de cables sin zanja, por ejemplo, utilizados para cruzar obstáculos como ríos, avenidas (protección de árboles) y ferrocarriles. Un agujero piloto controlable se lleva a cabo entre dos pozos de excavación. El efecto de los movimientos de rotación, carrera e impacto y la licuefacción permite una propulsión en una amplia variedad de condiciones del suelo. Mediante un fluido de perforación de bentonita (suspensión de perforación), el suelo se afloja y extrae (enjuague). Después de eso, el cabezal de perforación expande el canal existente.

  • Ventajas: El método ofrece una alternativa cuando la zanja abierta no es posible (por ejemplo, el cruce de obstáculos como ferrocarriles o ríos) o económicamente viable.
  • Desventajas: A baja profundidad y terrenos sueltos, la suspensión de perforación puede escapar en la superficie durante el proceso de perforación (explosión). Además, las imprecisiones de control pueden causar desviaciones en el gradiente longitudinal.

Perforación

Esta tecnología es un proceso de desplazamiento del suelo en el que un martillo de desplazamiento de tierra accionado neumáticamente (cohete) es impulsado a través del suelo por aire comprimido. Un tubo protector se tira en el tubo de tierra creado en la misma operación. La tecnología se utiliza especialmente para conectar edificios.

  • Ventajas: Los costos de excavación y restauración se ahorran, las restricciones de tráfico o las barreras viales a menudo no son necesarias. El método ahorra tiempo ya que las tuberías se alimentan directamente con el cohete. Se puede utilizar incluso en suelos extremos y a distancias más largas.
  • Desventajas: La profundidad de despliegue debe ser al menos diez veces el diámetro del cohete para evitar el abultamiento de la superficie del terreno. Es adecuado solo para distancias relativamente cortas y no se puede utilizar en pantanos o suelos muy rocosos.

Técnicas de arado

Durante el proceso de arado, un arado de despliegue se tira a través del botín con la ayuda de un tractor. Un conducto flexible (compuestos de micro cable) se coloca en el surco resultante, especialmente adecuado para el arado directo.

  • Ventajas: El procedimiento es comparativamente barato y permite el enrutamiento de largas distancias con poco esfuerzo.
  • Desventajas: Solo se puede utilizar en superficies sin sellar y, por lo tanto, no es adecuado para carreteras de asfalto.

Instalación en sistemas de alcantarillado

Un robot ensamblador se utiliza en conductos no accesibles, mientras que en áreas transitables, el trabajo es realizado por técnicos. Las rutas deben instalarse de tal manera que el servicio y el trabajo de limpieza del operador de alcantarillado no se vean obstaculizados y se garantice la seguridad en todo momento. El espacio requerido en el sistema de tuberías es mínimo y no representa un obstáculo significativo para las condiciones de flujo. El operador respectivo puede evaluar si se puede aplicar esta instalación. También debe tenerse en cuenta la situación local con respecto al estado del canal, la tendencia a obstrucciones, las tecnologías de limpieza, los aspectos de salud y seguridad en el trabajo antes de la toma de decisiones.

  • Ventajas: Mediante el uso de la infraestructura existente, se evitan las costosas y largas instalaciones terrestres. La instalación en sistemas de alcantarillado es una buena alternativa donde se deben minimizar las deficiencias de tráfico y medio ambiente.
  • Desventajas: Es necesario analizar adecuadamente la situación local y resolver los posibles obstáculos antes de la implementación de esta tecnología. Una desventaja es que hasta ahora no se podían hacer conexiones de casa. Ahora hay diferentes sistemas que evolucionan para implementar la conexión de la casa.

Instalación sobre el suelo

Los cables de fibra óptica se colocan sobre mástiles de madera colocados o mástiles de calle existentes. Este método se utiliza principalmente en rutas de conexión en líneas de alta y alta tensión. Es especialmente adecuado para edificios remotos fuera de la zona de asentamiento, para los que otras conexiones no serían económicamente viables.

  • Ventajas: En comparación con la instalación subterránea, la instalación sobre el suelo hace posible una instalación inicial rentable.
  • Desventajas: El sistema de cable está expuesto a influencias externas más fuertes, lo que aumenta la susceptibilidad. Como la instalación requiere personal especialmente capacitado y herramientas adecuadas, la instalación de los cables es, por lo tanto, costosa.

Tecnologías inalámbricas de banda ancha

Las tecnologías inalámbricas de banda ancha incluyen soluciones de radio móviles (por ejemplo, HSPA, LTE), soluciones de radio fijas (por ejemplo, WiMAX) y soluciones por satélite.

Sitios de antena para conexiones inalámbricas

Una conectividad de banda ancha inalámbrica terrestre suele ser proporcionada por soluciones WiMAX (hasta 60 km de eficiencia), Wi-Fi (hasta 300 m de autonomía de eficiencia) o 4G/LTE/LTE Advanced (hasta 3-6 km de rango de eficiencia). Otras mejoras se centrarán en nuevas normas con características adicionales y la provisión de espectros de frecuencia adicionales (5G).

Siempre que la actualización de la infraestructura por cable no sea posible y los fondos para FTTB/FTTH no estén disponibles para un área determinada, una opción es construir infraestructura para banda ancha inalámbrica terrestre, principalmente sitios de antena para conexiones punto a multipunto (por ejemplo, WiMax, Wi-Fi, 4G/LTE).

  • Ventajas: No se necesitan conexiones de cable de primera milla. La infraestructura también se puede utilizar para servicios móviles comerciales.
  • Desventajas: Dado que el ancho de banda se puede compartir entre varios usuarios, los períodos de tráfico pico del día reducirán el ancho de banda disponible para cada usuario. La intensidad de la señal disminuye rápidamente con la distancia, y se ve afectada por el clima; la línea de visión perturbada puede reducir la calidad de la señal. Solución provisional: la inversión en infraestructuras de fibra será necesaria dentro de 10-15 años.
  • Sostenibilidad: Para acceder a futuros servicios NGA, las necesidades de ancho de banda requieren frecuencias adicionales; sin embargo, el espectro disponible es limitado.

5G y 6G — redes convergentes

5G describe la siguiente fase de los estándares de telecomunicaciones móviles más allá del 4G/LTE. La quinta generación de radio móvil se está desarrollando sobre la base de la Conferencia Internacional de Telecomunicaciones Móviles-2020. 5G permite una latencia de extremo a extremo de la aplicación de 4 a 1 milisegundos, según la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). La tecnología es capaz de al menos 10 Gbps de carga y 20 Gbps velocidades de transmisión de datos. Los dispositivos y aplicaciones seleccionarán automáticamente la red que mejor se adapte a sus necesidades.

Las tecnologías 6G están comenzando en todo el mundo, con los primeros productos e infraestructuras previstos para finales de esta década. Los sistemas 6G se moverán de las capacidades de Gigabit a Terabit y los tiempos de respuesta de sub-milisegundos. Esto permitirá nuevas aplicaciones como la automatización en tiempo real o la detección de la realidad extendida («Internet de los sentidos»), recopilando datos para un gemelo digital del mundo físico.

Lea más sobre los últimos avances políticos en relación con la 5G en la UE.

  • Ventajas: 5G ofrece mejoras en la cobertura, la eficiencia de señalización, las tasas de transmisión y la latencia reducida. A diferencia de las redes existentes, 5G incluirá muchas tecnologías de radio diferentes, cada una optimizada para una necesidad específica (por ejemplo, Internet de las Cosas, comunicaciones críticas, conexión de automóviles, casas e infraestructuras energéticas).
  • Desventajas: La mayoría de los servicios actuales aún no necesitan tales tasas de transmisión de datos de alta velocidad. Esto cambiará a medida que se desarrollen nuevas aplicaciones que necesitan enormes capacidades.

Banda ancha por satélite

La banda ancha satelital, también conocida como Internet por satélite, es una conexión a Internet bidireccional de alta velocidad establecida a través de satélites de comunicaciones ubicados en la órbita geoestacionaria. El cliente final envía y recibe datos a través de un satélite dishe.g. ubicado en la azotea.

  • Ventajas: Requiere una escasa inversión en infraestructura pasiva, ya que no se necesitan redes troncales y de zonas regionales. Es fácil conectar a los usuarios dispersos en una zona relativamente grande (regional, macrorregional o incluso nacional).
  • Desventajas: El número total limitado de usuarios puede ser cubierto en una región. Su latencia de señal inherentemente alta debido al tiempo de propagación hacia y desde el satélite dificulta ciertas aplicaciones. Es necesaria una inversión relativamente elevada para los equipos activos de los usuarios finales. El mal tiempo y la línea de visión limitada pueden reducir la calidad de la señal. El tráfico de datos suele estar limitado mensualmente o diariamente en las ofertas comerciales actuales.
  • Sostenibilidad: El ancho de banda disponible depende especialmente de la cantidad de usuarios que demandan la tecnología satelital. Dependiendo de los potenciales de desarrollo adicionales (por ejemplo, métodos de transmisión, constelación de satélites), la tecnología desempeñará un papel importante en la cobertura de áreas que aún no están conectadas de otra manera.

Satélites de órbita terrestre baja (LEO)

Los satélites que circulan más cerca de la tierra (la órbita terrestre baja oscila entre unos 160 y 2 000 km sobre la tierra) permiten un mejor rendimiento web, cubren amplias áreas y permiten un acceso de banda ancha asequible. Los terminales de usuario pequeños y de bajo costo se comunican con los satélites y entregan LTE, 3G y WiFi a las áreas circundantes.

SpaceX puso en órbita miles de satélites pequeños, de bajo costo y desechables (proyecto Starlink). Los satélites orbitan en tres proyectiles orbitales (1.110, 550 y 340 km) para permitir un servicio de Internet más rápido. SpaceX proporciona conectividad a Internet por satélite a áreas desatendidas del planeta, así como proporcionar un servicio a precios competitivos a las áreas urbanas. Las pruebas de la tecnología comenzaron en 2018. A partir de mayo de 2022, Starlink consta de más de 2.400 pequeños satélites producidos en masa en órbita terrestre baja (LEO) que se comunican con transceptores terrestres designados.

  • Ventajas: Los satélites Mid Earth Orbit (MEO) y Low Earth Orbit (LEO) presentan una menor latencia. Pueden abarcar zonas amplias y, por lo tanto, facilitar la cobertura de banda ancha en zonas muy rurales y remotas.  
  • Desventajas: Una gran red de satélites lanzados en la órbita es necesaria para cubrir amplias áreas/la mayor parte del planeta. Esto a su vez produce altos costos para las empresas proveedoras, también en términos de control por las estaciones terrestres necesarias de satélites voladores no estacionarios.

Globos de Internet

Los globos de Internet se envían 20 km en la estratosfera. El software específico los mueve hacia arriba o hacia abajo para encontrar los vientos adecuados para dirigirlos a su posición. Cada globo envía una conexión a Internet a las antenas en el suelo.

Project Loon es una red de globos con energía solar que transmiten señales de Internet a estaciones terrestres, hogares, lugares de trabajo o directamente a dispositivos personales utilizando la tecnología LTE. Los globos navegan en la estratosfera a una altitud de unos 18 km, específicamente diseñado para conectar a las personas en áreas rurales y remotas.

  • Ventajas: Los globos deInternet son capaces de llevar el acceso a Internet a las partes más remotas del planeta. Los algoritmos de IA aseguran que los globos encuentren y aprovechen los flujos de viento óptimos para permanecer más tiempo en el aire.
  • Desventajas: La enorme frialdad se suma al material de nylon del globo y lo hace quebradizo. Los lubricantes se vuelven resistentes a estas temperaturas. Los globos están expuestos a fuertes radiaciones ultravioletas y cósmicas y marcadas diferencias de presión a lo largo de su viaje. Controlar por las estaciones terrestres necesarias de globos voladores no estacionarios es muy difícil.

Fidelidad de la Luz (LiFi)

LiFi es una tecnología bidireccional de comunicación inalámbrica de alta velocidad. Utiliza comunicación de luz visible o espectro infrarrojo y cercano a ultravioleta (en lugar de ondas de radiofrecuencia). La luz de los diodos emisores de luz (LED) sirve como un medio para entregar la comunicación. PureLiFi demostró el primer sistema LiFi disponible comercialmente, el Li-1st. Ahora hay una serie de empresas que desarrollan esta tecnología.

  • Ventajas: LiFi es 100 veces más rápido que WiFi, alcanzando velocidades de 224 Gbps. La tecnología es útil en áreas sensibles electromagnéticas como en cabinas de aviones, hospitales y centrales nucleares sin causar interferencia electromagnética. Además, se espera que LiFi sea diez veces más barato que WiFi.
  • Desventajas: La tecnología solo ofrece comunicación en un rango corto. La baja fiabilidad y los altos costos de instalación son otras desventajas potenciales.

Una comparación de las tecnologías de banda ancha ofrece una visión general y ayuda a elegir la mejor tecnología.

Tendencias y desarrollos futuros

La investigación y el desarrollo se centran cada vez más en la Red de Protocolos All-Internet (AIPN). Esto permite mejorar la comunicación y la transmisión de datos a través de tecnologías y servicios de red basados en el Protocolo de Internet (IP) que incluyen telefonía por Internet o VoIP (Voice-over Internet Protocol).

La transmisión de paquetes de datos basada en IP permite el desarrollo de servicios y aplicaciones innovadoras independientemente de la infraestructura de red subyacente. 5G es un ejemplo típico de la convergencia de las comunicaciones móviles y las tecnologías paralelas de redes de banda ancha existentes.

La conversión completa a infraestructuras de red basadas en el Protocolo de Internet (Migración All-IP) es la base para una realización de servicios convergentes en la sociedad Gigabit y para el uso de diversas combinaciones de tecnologías de acceso a redes individuales.

Los desarrollos recientes implican que las infraestructuras de red se complementen con redes totalmente ópticas, lo que permitirá el enrutamiento y el cambio de aplicaciones y contenidos.

Una cuarta línea de investigación incluye el tipo post-IP de transmisión de datos, que se caracteriza por:

  • Nueva arquitectura con capacidad de gestión que soporta multidominio;
  • Nuevos protocolos inalámbricos (energía y eficiencia espectral) capaces de soportar una variedad de redes inalámbricas, desde redes de sensores de muy baja potencia hasta redes móviles de área amplia.

Las tasas de transmisión actuales y futuras, los métodos innovadores de compresión de datos y las mejoras en los estándares de transmisión cumplirán con los servicios y aplicaciones que requieren un uso intensivo de ancho de banda. Cabe señalar que la compresión siempre causa pérdidas en términos de calidad de los datos (por ejemplo, formularios de televisión, videoconferencias).

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