Banda larga: Panoramica della tecnologia

Tecnologie a banda larga cablata

Una vasta gamma di tecnologie di comunicazione con diverse capacità tecniche sono in grado di fornire Internet ad alta velocità alle famiglie. Le tecnologie cablate includono cavo in rame (xDSL), cavo coassiale (ad esempio HFC), banda larga su linee elettriche (BPL) e cavo in fibra ottica (FTTx).

Fili di rame

I fili di rame sono definiti come "legacy phone non schermato rame twisted pair", che forniscono connessioni a banda larga utilizzando tecnologie xDSL, come ADSL/ADSL2 +(max 24/3 Mbps down-/upstream rate entro max. 0,3 km gamma di efficienza) o VDSL/VDSL2/VDSL2-Vplus/VDSL2 vettoriaggio/G.fast (con velocità di vettore max. 300/100 Mbps down-/upstream entro 0,2 km di efficienza).

• Punti positivi: Richiedono investimenti relativamente bassi necessari per le infrastrutture passive (una linea telefonica in rame è già presente nella maggior parte delle famiglie) e sono meno dirompenti per gli utenti finali.
• Punti negativi: Le alte velocità (download) dipendono dalla lunghezza della linea di rame. La tecnologia xDSL è fortemente asimmetrica: le velocità di caricamento sono generalmente molto più basse rispetto alle velocità di download; ciò potrebbe ostacolare nuovi servizi (ad esempio cloud computing, videoconferenza, telelavoro, telepresenza). Sono necessari maggiori investimenti in attrezzature attive (con una vita di 5-10 anni). Questa potrebbe essere una soluzione provvisoria, ma molto probabilmente l'investimento in infrastrutture in fibra sarebbe rinviato solo di 10-15 anni.
• Sostenibilità: Tecnologie più recenti basate sul rame (ad es.: Vectoring, G.fast) può fornire velocità più elevate, ma soffre delle stesse limitazioni. Dimostrano tecnologie di collegamento verso infrastrutture complete di cavi in fibra ottica.

Cavi coassiali

La classica connessione via cavo sarebbe i due fili di una linea telefonica ("coppia intrecciata"), più inclini a effetti di disturbo come interferenze. Internet a banda larga tramite cavo coassiale è solitamente offerto ai clienti tramite la rete esistente TV via cavo (CATV). Il cavo coassiale è costituito da un'anima di rame e da un rivestimento di schermatura in rame. Le reti televisive via cavo sono quindi molto più efficienti delle reti telefoniche tradizionali.

• Punti positivi: Ciò richiede investimenti relativamente bassi necessari per le infrastrutture passive ed è anche meno dirompente per gli utenti finali. Questa infrastruttura offre un po 'più opportunità di fornire velocità a banda larga più elevate rispetto alle linee telefoniche. Velocità ultraveloci sono possibili, se l'infrastruttura è adeguatamente aggiornata e le distanze sono mantenute brevi.
• Punti negativi: La larghezza di banda è condivisa tra diversi utenti riducendo la sua disponibilità durante i periodi di traffico di punta del giorno. L'impossibilità di disaggregare rende sostanzialmente assente la concorrenza dei servizi nel mercato dei cavi; raramente presente nelle aree digital-divide. Una soluzione provvisoria per investire in infrastrutture in fibra sarebbe molto probabilmente rinviata solo di 10-15 anni come per i fili di rame.
• Sostenibilità: L'implementazione di nuovi standard (DOCSIS 3.1, 3.1 full duplex) consente una maggiore larghezza di banda per gli utenti finali fino a 10 Gbps.

Banda larga su linea elettrica (BPL)

La banda larga può essere erogata su reti esistenti di distribuzione dell'energia elettrica a bassa e media tensione. Le velocità BPL sono paragonabili a quelle dei cavi xDSL e coassiali.

• Punti positivi: Non è necessario implementare nuove infrastrutture in quanto le linee elettriche esistenti possono essere utilizzate. BPL ha un grande potenziale futuro in quanto le linee elettriche esistono quasi ovunque.
• Punti negativi: Nelle aree scarsamente popolate, la tecnologia è economicamente praticabile per l'utente finale solo se 4-6 case sono dotate di trasformatori per rendere disponibile la banda larga su linee elettriche. In caso contrario, i prezzi degli utenti finali per l'accesso a Internet superano quelli per le soluzioni xDSL e cavi coassiali. Ci sono sfide tecniche dovute al fatto che le linee elettriche sono un ambiente molto "rumoroso" e interferenze con le comunicazioni radio ad alta frequenza e la radiodiffusione.

Fibra ottica

Le linee in fibra ottica sono costituite da cavi di fibra di vetro collegati alle abitazioni degli utenti finali (FTTH), da edifici (FTTB) o da armadi stradali (FTTC). Consentono velocità di trasmissione molto elevate di 100 Gbps e più all'interno di una gamma di efficienza molto ampia (10-60 km). Questa è la soluzione più orientata al futuro, ma richiede investimenti elevati in infrastrutture passive.

• Punti positivi: Livelli estremamente elevati di velocità di trasmissione e simmetria (possibili larghezze di banda Gbps e Tbps), meno suscettibili di interferenze e quasi qualsiasi calo di potenza a distanze maggiori per il distributore a differenza di DSL o VDSL e riserve di potenza sufficienti anche per famiglie con più persone esigenti.
• Punti negativi: Elevati costi di investimento in infrastrutture passive a causa degli elevati costi dell'ingegneria civile per scavi e tubazioni; L'infrastruttura distribuita non è individuabile e richiede una documentazione esatta.
• Sostenibilità: Tecnologia di nuova generazione con capacità per soddisfare le elevate esigenze di larghezza di banda previste nel prossimo futuro. 

Metodi di distribuzione

La diffusione dell'infrastruttura a banda larga cablata è un'opzione ad alta intensità di costi e risorse. La riduzione dei costi incoraggerà gli investimenti nella diffusione della banda larga e ridurrà la soglia per l'ingresso sul mercato. Ciò può essere facilitato accedendo a infrastrutture e reti di utilità alternative e utilizzando strategie di distribuzione a basso impatto (ad esempio trincea).

Installazione a terra (tramite trincea)

La costruzione di trincee aperte è un metodo per la distribuzione dei tubi di approvvigionamento e smaltimento. La superficie della terra è aperta e una trincea viene scavata. Per la posa di linee di telecomunicazione, lo scavo manuale e le attrezzature da costruzione sono utilizzati.

• Punti positivi: La costruzione della trincea aperta è utilizzata in tutti gli scenari topologici ed è generalmente fattibile per tutti i tipi di superfici. La durata è molto elevata e non vi è alcuna restrizione per l'uso di tubi e componenti. I potenziali costi possono essere risparmiati deviando dalla profondità regolare, schierandosi in percorsi a piedi o in bicicletta o utilizzando un trincea.
• Punti negativi: Deviare dalla normale profondità aumenta il rischio di possibili danni ai cavi nel corso dei lavori di costruzione e riparazione di infrastrutture adiacenti o sovrapposte. Il restauro delle superfici è piuttosto complesso e l'ambiente edilizio è compromesso dall'inquinamento acustico e dai disturbi del traffico. Il metodo è costoso e mostra lunghi tempi di costruzione.

Trincea

Una fessura viene fresata in una copertura stradale, una passerella in asfalto o pista ciclabile, in cui i microtubi vengono inseriti e poi immediatamente chiusi con un riempimento. Una distinzione è fatta tra nanotrinching (fino a 2 cm), micro (8 cm a 12 cm), mini- (da 12 cm a 20 cm) o macrotrenching (20 cm a 30 cm) e la tecnica di taglio o fresatura utilizzata.

• Punti positivi: La trincea promette tempi di costruzione brevi e costi di costruzione significativamente inferiori. Il processo ha un'elevata potenza costruttiva di circa 600 m al giorno e porta a pochissime difficoltà di traffico a causa della rapida ricarica del corpo stradale.
• Punti negativi: Le fessure fresate possono causare danni alla superficie dell'asfalto sotto forma di crepe, decantazione o danni al gelo. L'ulteriore livello di posa della strada può rendere più difficile il successivo lavoro di ingegneria civile — in particolare nella zona del centro città — e portare a costruzioni più lunghe e costose.

Foratura direzionale orizzontale

La tecnica di perforazione direzionale consente la posa di tubi di protezione dei cavi senza trench, ad esempio utilizzati per attraversare ostacoli come il fiume, i viali (protezione dell'albero) e le ferrovie. Un foro pilota controllabile viene effettuato tra due pozzi di scavo. L'effetto di rotazione, corsa e movimenti di impatto e liquefazione consente una propulsione in un'ampia varietà di condizioni del suolo. Per mezzo di un fluido di perforazione bentonite (sospensione di foratura), il terreno viene allentato ed estratto (risciacquo). Dopo di che, la testa di trapano espande il canale esistente.

• Punti positivi: Il metodo offre un'alternativa quando la trincea aperta non è possibile (ad esempio attraversamento di ostacoli come ferrovie o fiumi) o economicamente fattibile.
• Punti negativi: A bassa profondità e terreni sciolti, la sospensione di perforazione può sfuggire alla superficie durante il processo di perforazione (slow-out). Inoltre, le imprecisioni di controllo possono causare deviazioni nel gradiente longitudinale.

Trivellazione

Questa tecnologia è un processo di spostamento al suolo in cui un martello di spostamento del suolo azionato pneumaticamente (razzo) viene guidato attraverso il suolo dall'aria compressa. Un tubo protettivo viene tirato nel tubo di terra creato nella stessa operazione. La tecnologia è particolarmente utilizzata per collegare gli edifici.

• Punti positivi: I costi di scavo e restauro vengono risparmiati, le restrizioni del traffico o le barriere stradali spesso non sono necessarie. Il metodo consente di risparmiare tempo poiché i tubi vengono alimentati direttamente con il razzo. Può essere utilizzato anche in terreni estremi e a distanze più lunghe.
• Punti negativi: La profondità di dispiegamento deve essere di almeno dieci volte il diametro del razzo al fine di evitare rigonfiamenti della superficie del terreno. È adatto solo per distanze relativamente brevi e non può essere utilizzato in paludi o terreni molto rocciosi.

Tecniche di aratura

Durante il processo di aratura, un aratro di distribuzione viene tirato attraverso il bottino con l'aiuto di un trattore. Un condotto flessibile (micro composti di cavi) viene posato nel solco risultante, particolarmente adatto all'aratura diretta.

• Punti positivi: La procedura è relativamente poco costoso e permette il routing di lunghe distanze con poco sforzo.
• Punti negativi: Può essere utilizzato solo su superfici non sigillate e quindi non è adatto per strade asfaltate.

Installazione in impianti fognari

Un robot di assemblaggio viene utilizzato in condotti non accessibili, mentre nelle aree camminabili il lavoro viene svolto da tecnici. I percorsi devono essere installati in modo tale da non ostacolare il servizio e le operazioni di pulizia dell'operatore fognario e garantire la sicurezza in ogni momento. Lo spazio richiesto nel sistema di tubazioni è minimo e non rappresenta un ostacolo significativo alle condizioni di flusso. Il rispettivo operatore può valutare se questa installazione può essere applicata. Anche la situazione locale per quanto riguarda lo stato del canale, la tendenza intasata, le tecnologie di pulizia, gli aspetti relativi alla salute e alla sicurezza sul lavoro dovrebbero essere presi in considerazione prima del processo decisionale.

• Punti positivi: Attraverso l'utilizzo delle infrastrutture esistenti, si evitano installazioni a terra costose e lunghe. L'installazione nei sistemi fognari è una buona alternativa in cui il traffico e l'ambiente devono essere ridotti al minimo.
• Punti negativi: La situazione locale deve essere adeguatamente analizzata e i possibili ostacoli devono essere risolti prima dell'implementazione di questa tecnologia. Uno svantaggio è che finora non si potevano fare collegamenti domestici. Ora ci sono diversi sistemi in evoluzione per l'implementazione della connessione domestica.

Installazione fuori terra

I cavi in fibra ottica sono posati su alberi di legno o alberi stradali esistenti. Questo metodo viene utilizzato principalmente nelle vie di collegamento su linee ad alta e alta tensione. È particolarmente adatto per edifici remoti al di fuori dell'area di insediamento, per i quali altri collegamenti non sarebbero economicamente sostenibili.

• Punti positivi: Rispetto all'installazione sotterranea, l'installazione fuori terra rende possibile un'installazione iniziale conveniente.
• Punti negativi: Il sistema di cavi è esposto a forti influenze esterne, che aumentano la suscettibilità. Poiché l'installazione richiede personale appositamente addestrato e strumenti appropriati, l'installazione dei cavi è quindi ad alta intensità di costi.

Tecnologie a banda larga senza fili

Le tecnologie a banda larga senza fili comprendono soluzioni radio mobili (ad esempio HSPA, LTE), soluzioni radio fisse (ad esempio WiMAX) e soluzioni satellitari.

Siti di antenna per connessioni wireless

Una connettività a banda larga wireless terrestre è solitamente fornita da soluzioni WiMAX (fino a 60 km di efficienza), Wi-Fi (fino a 300 m di efficienza) o 4G/LTE Advanced (autonomia di efficienza fino a 3-6 km). Ulteriori miglioramenti si concentreranno sui nuovi standard con caratteristiche aggiuntive e sulla fornitura di ulteriori spettro di frequenza (5G).

Ogni volta che l'aggiornamento dell'infrastruttura cablata non è possibile, e i fondi per FTTB/FTTH non sono disponibili per una determinata area, un'opzione è quella di costruire infrastrutture per la banda larga wireless terrestre, principalmente siti di antenna per connessioni punto-multipoint (ad esempio WiMax, Wi-Fi, 4G/LTE).

• Punti positivi: Le connessioni del primo miglio non sono necessarie. L'infrastruttura può essere utilizzata anche per i servizi mobili commerciali.
• Punti negativi: Poiché la larghezza di banda può essere condivisa tra diversi utenti, i periodi di traffico di picco della giornata ridurranno la larghezza di banda disponibile per ogni utente. La potenza del segnale diminuisce rapidamente con la distanza ed è influenzata dalle condizioni atmosferiche; la linea di visione disturbata può ridurre la qualità del segnale. Soluzione provvisoria: entro 10-15 anni sarà necessario investire in infrastrutture in fibra.
• Sostenibilità: Per accedere ai futuri servizi NGA, le esigenze di larghezza di banda richiedono frequenze aggiuntive; tuttavia, lo spettro disponibile è limitato.

5G e 6G — reti convergenti

Il 5G descrive la fase successiva degli standard di telecomunicazione mobile oltre il 4G/LTE. La quinta generazione di radio mobili è in fase di sviluppo sulla base della conferenza internazionale sulle telecomunicazioni mobili-2020. Il 5G consente una latenza end-to-end da 4 a 1 millisecondi, secondo l'International Telecommunication Union (ITU). La tecnologia è in grado di caricare almeno 10 Gbps e 20 Gbps di velocità di trasmissione dei dati. I dispositivi e le applicazioni selezionano automaticamente la rete più adatta alle loro esigenze.

Le tecnologie 6G stanno iniziando in tutto il mondo, con i primi prodotti e infrastrutture attesi per la fine di questo decennio. I sistemi 6G passeranno da Gigabit a Terabit e tempi di risposta sub-millisecondi. Ciò consentirà nuove applicazioni come l'automazione in tempo reale o il rilevamento della realtà estesa ("Internet of Senses"), raccogliendo dati per un gemello digitale del mondo fisico.

Per saperne di più sugli ultimi sviluppi politici riguardanti il 5G nell'UE.

• Punti positivi: Il 5G offre miglioramenti in termini di copertura, efficienza di segnalazione, velocità di trasmissione e latenza ridotta. A differenza delle reti esistenti, il 5G includerà molte tecnologie radio diverse, ognuna ottimizzata per una specifica esigenza (ad esempio Internet of Things, comunicazioni critiche, connettere auto, case e infrastrutture energetiche).
• Punti negativi: La maggior parte dei servizi attuali non ha ancora bisogno di tali velocità di trasmissione dati ad alta velocità. Ciò cambierà man mano che si sviluppano nuove applicazioni che necessitano di enormi capacità.

Banda larga satellitare

Satellite Broadband, noto anche come Internet-by-satellite, è una connessione internet bidirezionale ad alta velocità stabilita tramite satelliti di comunicazione situati nell'orbita geostazionaria. Il cliente finale invia e riceve i dati tramite un dishe.g satellitare situato sul tetto.

• Punti positivi: Richiede bassi investimenti per le infrastrutture passive in quanto non sono necessarie reti regionali e territoriali. È facile collegare utenti sparsi su un'area relativamente ampia (regionale, macroregionale o addirittura nazionale).
• Punti negativi: Un numero limitato di utenti può essere coperto in un'unica regione. La sua latenza del segnale intrinsecamente elevata a causa del tempo di propagazione da e verso il satellite ostacola alcune applicazioni. È necessario un investimento relativamente elevato per le apparecchiature attive per gli utenti finali. Il maltempo e la linea di visione limitata possono ridurre la qualità del segnale. Il traffico dati è tipicamente limitato mensilmente o giornalmente nelle offerte commerciali correnti.
• Sostenibilità: La larghezza di banda disponibile dipende soprattutto dalla quantità di utenti che richiedono la tecnologia satellitare. A seconda delle ulteriori potenzialità di sviluppo (ad esempio, metodi di trasmissione, costellazione satellitare), la tecnologia svolgerà un ruolo significativo nella copertura di aree non ancora collegate altrimenti.

Satelliti Low Earth Orbit (LEO)

I satelliti che circolano più vicino alla terra (la bassa orbita terrestre varia da circa 160 a 2 000 km sopra la terra) consentono migliori prestazioni web, coprono ampie aree e consentono un accesso a banda larga a prezzi accessibili. Piccoli terminali utente a basso costo comunicano con i satelliti e forniscono LTE, 3G e WiFi nelle aree circostanti.

SpaceX ha messo in orbita migliaia di piccoli satelliti monouso a basso costo (progetto Starlink). I satelliti orbitano in tre conchiglie orbitali (1,110, 550 e 340 km) per consentire un servizio internet più veloce. SpaceX fornisce connettività internet satellitare alle aree poco servite del pianeta, oltre a fornire un servizio a prezzi competitivi alle aree urbane. I test della tecnologia sono iniziati nel 2018. A partire da maggio 2022, Starlink consiste di oltre 2.400 piccoli satelliti prodotti in serie in orbita terrestre bassa (LEO) che comunicano con ricetrasmettitori a terra designati.

• Punti positivi: I satelliti dell'orbita terrestre media (MEO) e dell'orbita terrestre bassa (LEO) presentano una latenza inferiore. Possono coprire ampie aree e quindi facilitare la copertura della banda larga per le zone molto rurali e remote.  
• Punti negativi: Una grande rete di satelliti lanciati in orbita è necessaria per coprire ampie aree/la maggior parte del pianeta. Questo a sua volta produce costi elevati per le aziende fornitrici, anche in termini di controllo da parte delle necessarie stazioni di terra di satelliti volanti non stazionari.

Palloncini di Internet

I palloncini Internet vengono inviati a 20 km nella stratosfera. Software specifico li sposta verso l'alto o verso il basso per trovare i venti giusti per indirizzarli in posizione. Ogni palloncino trasmette una connessione internet fino alle antenne a terra.

Project Loon è una rete di palloncini alimentati a energia solare che trasmettono segnali internet a stazioni di terra, case, luoghi di lavoro o direttamente a dispositivi personali utilizzando la tecnologia LTE. I palloncini navigano nella stratosfera ad un'altitudine di circa 18 km, specificamente progettati per collegare le persone in aree rurali e remote.

• Punti positivi: I palloncini Internet sono in grado di portare l'accesso a Internet nelle parti più remote del pianeta. Gli algoritmi di intelligenza artificiale assicurano che i palloncini trovino e sfruttano i flussi di vento ottimali per rimanere più a lungo nell'aria.
• Punti negativi: L'enorme freddezza aggiunge al materiale di nylon del pallone e lo rende fragile. I lubrificanti diventano duri a queste temperature. I palloncini sono esposti a forti radiazioni ultraviolette e cosmiche e a marcate differenze di pressione durante il loro viaggio. Il controllo da parte delle stazioni di terra necessarie di palloncini volanti non stazionari è molto impegnativo.

Fedeltà della Luce (LiFi)

LiFi è una tecnologia di comunicazione wireless bidirezionale e ad alta velocità. Utilizza la comunicazione della luce visibile o infrarosso e vicino allo spettro ultravioletto (invece delle onde a radiofrequenza). La luce proveniente dai diodi emettitori di luce (LED) funge da mezzo per la comunicazione. PureLiFi ha dimostrato il primo sistema LiFi disponibile in commercio, il Li-1st. Ora ci sono un certo numero di aziende che sviluppano questa tecnologia.

• Punti positivi: LiFi è 100 volte più veloce del WiFi, raggiungendo velocità di 224 Gbps. La tecnologia è utile in aree elettromagnetiche sensibili come in cabine di aeromobili, ospedali e centrali nucleari senza causare interferenze elettromagnetiche. Inoltre, LiFi dovrebbe essere dieci volte più economico del WiFi.
• Punti negativi: La tecnologia offre solo una comunicazione a breve distanza. La bassa affidabilità e gli elevati costi di installazione sono ulteriori potenziali svantaggi.

Un confronto tra le tecnologie a banda larga offre una panoramica e aiuta a scegliere la tecnologia migliore.

Tendenze e sviluppi futuri

La ricerca e lo sviluppo si concentrano sempre più su All-internet Protocol Network (AIPN). Ciò consente di migliorare la comunicazione e la trasmissione dei dati tramite Internet Protocol (IP)-based tecnologie di rete e servizi che includono la telefonia internet o VoIP (Voice-over Internet Protocol).

La trasmissione di pacchetti di dati basati su IP consente lo sviluppo di servizi e applicazioni innovativi indipendentemente dall'infrastruttura di rete sottostante. Il 5G è un esempio tipico della convergenza delle comunicazioni mobili e delle tecnologie di rete a banda larga parallele esistenti.

La conversione completa in infrastrutture di rete basate sul protocollo Internet (All-IP Migration) è la base per una realizzazione di servizi convergenti nella società Gigabit e per l'utilizzo di varie combinazioni di singole tecnologie di accesso alla rete.

I recenti sviluppi riguardano le infrastrutture di rete che devono essere integrate da tutte le reti ottiche, che consentiranno di indirizzare e commutare le applicazioni e i contenuti.

Un quarto filone di ricerca comprende il tipo di trasmissione dei dati post-IP, che è caratterizzato da:

• Nuova architettura con capacità gestionali a supporto del multidominio;
• Nuovi protocolli wireless (energia ed efficienza spettrale) in grado di supportare una varietà di reti wireless, dalle reti di sensori a bassissima potenza alle reti mobili ad ampia area.

Le velocità di trasmissione esistenti e future, i metodi innovativi di compressione dei dati e il miglioramento degli standard di trasmissione risponderanno a servizi e applicazioni ad alta intensità di banda. Va notato che la compressione provoca sempre perdite in termini di qualità dei dati (ad esempio formati TV, videoconferenze).

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