Banda larga: Panoramica della tecnologia

Tecnologie a banda larga cablate

Fili di rame

I fili di rame sono definiti come 'legacy phone unshielded copper 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 di efficienza) o VDSL/VDSL2/VDSL2-Vplus/VDSL2 vectoring/G.fast (con vectoring max. 300/100 Mbps down-/upstream rate 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 (di download) dipendono dalla lunghezza della linea di rame. La tecnologia xDSL è fortemente asimmetrica: le velocità di caricamento sono generalmente molto inferiori 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 durata di vita di 5-10 anni). Potrebbe trattarsi di una soluzione provvisoria, ma molto probabilmente gli investimenti nelle infrastrutture in fibra sarebbero rinviati solo di 10-15 anni.
• Sostenibilità: Tecnologie più recenti basate sul rame (ad esempio: Vectoring, G.fast) può offrire velocità più elevate, ma soffre delle stesse limitazioni. Dimostrano tecnologie di collegamento verso infrastrutture complete di cavi in fibra ottica.

Il classico collegamento via cavo sarebbe costituito dai due fili di una linea telefonica («coppia contorta»), più soggetti ad effetti di disturbo quali interferenze. Internet a banda larga tramite cavo coassiale viene solitamente offerto ai clienti tramite la rete TV via cavo (CATV) esistente. Il cavo coassiale è costituito da un nucleo di rame e da un rivestimento schermante 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 l'infrastruttura passiva ed è anche meno dirompente per gli utenti finali. Questa infrastruttura offre leggermente più opportunità di fornire velocità di banda larga più elevate rispetto alle linee telefoniche. Velocità ultra-veloci 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 picco del traffico della giornata. L'impossibilità di disaggregazione rende la concorrenza nel settore dei servizi sostanzialmente assente nel mercato dei cavi; raramente presenti nelle aree di digital-divide. Una soluzione provvisoria per investire nelle infrastrutture in fibra sarebbe molto probabilmente rinviata solo di 10-15 anni, come nel caso dei fili di rame.
• Sostenibilità: L'implementazione di nuovi standard (DOCSIS 3.1, 3.1 full duplex) consente larghezze di banda più elevate per gli utenti finali fino a 10 Gbps.

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

• Punti positivi: Non è necessario installare nuove infrastrutture in quanto è possibile utilizzare le linee elettriche esistenti. La BPL ha un grande potenziale futuro in quanto le linee elettriche esistono quasi ovunque.
• Punti negativi: Nelle aree scarsamente popolate, la tecnologia è economicamente sostenibile per l'utente finale solo se da 4 a 6 case sono dotate di trasformatori per rendere disponibile la banda larga sulle linee elettriche. Altrimenti, i prezzi degli utenti finali per l'accesso a Internet superano quelli delle soluzioni xDSL e dei cavi coassiali. Vi sono sfide tecniche dovute al fatto che le linee elettriche sono un ambiente molto "rumoroso" e interferiscono con le comunicazioni radio ad alta frequenza e la radiodiffusione.

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

• Punti positivi: Livello estremamente elevato di velocità di trasmissione e simmetria (larghezze di banda Gbps e Tbps possibili), meno suscettibili alle interferenze e quasi nessun calo di potenza a distanze maggiori dal distributore a differenza di DSL o VDSL e riserve di potenza sufficienti anche per le famiglie multi-persona esigenti.
• Punti negativi: Elevati costi di investimento in infrastrutture passive a causa degli elevati costi di ingegneria civile per scavi e tubazioni; L'infrastruttura distribuita non è localizzabile 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. 

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 abbasserà la soglia per l'ingresso sul mercato. Ciò può essere facilitato accedendo a infrastrutture e reti di servizi alternativi e utilizzando strategie di diffusione a basso impatto (ad esempio trincea).

La costruzione di trincee aperte è un metodo per lo spiegamento di tubi di approvvigionamento e smaltimento. La superficie terrestre viene aperta e viene scavata una trincea. Per la posa di linee di telecomunicazione, vengono utilizzati scavi manuali e attrezzature per l'edilizia.

• Punti positivi: La costruzione a trincea aperta viene 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 costi potenziali possono essere risparmiati deviando dalla profondità normale, dispiegandosi in sentieri pedonali o ciclabili o utilizzando un trencher.
• Punti negativi: La deviazione dalla profondità normale 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 dell'edificio è compromesso dall'inquinamento acustico e dai disturbi del traffico. Il metodo è costoso e mostra lunghi tempi di costruzione.

Una fessura viene fresata in una copertura stradale, una passerella asfaltata o pista ciclabile, in cui vengono inseriti i microbi e poi subito dopo chiusi con un riempimento. Viene fatta una distinzione tra nanotrenching (fino a 2 cm), micro-(8 cm a 12 cm), mini-(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 produzione costruttiva di circa 600 m al giorno e comporta pochissime menomazioni del traffico a causa del rapido riempimento della carrozzeria stradale.
• Punti negativi: Le fessure fresate possono causare danni alla superficie dell'asfalto sotto forma di crepe, assestamento o danni da gelo. Il livello di posa aggiuntivo nella strada può rendere più difficili i successivi lavori di ingegneria civile, in particolare nell'area del centro città, e portare a costruzioni più lunghe e più costose.

La tecnica di perforazione direzionale consente la posa di tubi di protezione dei cavi senza scavo, ad esempio utilizzati per attraversare ostacoli come fiumi, viali (protezione degli alberi) e ferrovie. Un foro pilota controllabile viene effettuato tra due fosse di scavo. L'effetto dei movimenti di rotazione, corsa e impatto e della liquefazione consente una propulsione in un'ampia varietà di condizioni del suolo. Per mezzo di un fluido di perforazione della bentonite (sospensione di perforazione), il terreno viene allentato ed estratto (risciacquato). Successivamente, la testa del trapano espande il canale esistente.

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

Questa tecnologia è un processo di spostamento a terra in cui un martello di spostamento a terra azionato pneumaticamente (razzo) viene azionato attraverso il terreno da 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 maggiori.
• Punti negativi: La profondità di dispiegamento deve essere almeno dieci volte il diametro del razzo per evitare rigonfiamenti della superficie del terreno. È adatto solo per distanze relativamente brevi e non può essere utilizzato in torbiere o terreni molto rocciosi.

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

• Punti positivi: La procedura è relativamente economica e consente l'instradamento di lunghe distanze con poco sforzo.
• Punti negativi: Può essere utilizzato solo su superfici non sigillate e non è quindi adatto per strade asfaltate.

Un robot di assemblaggio viene utilizzato in condotti non accessibili, mentre nelle aree calpestabili, il lavoro viene eseguito da tecnici. I percorsi devono essere installati in modo tale da non ostacolare il servizio e i lavori di pulizia del gestore delle fognature e da 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 questo impianto può essere applicato. Anche la situazione locale per quanto riguarda lo stato del canale, la tendenza all'intasamento, le tecnologie di pulizia, gli aspetti di salute e sicurezza sul lavoro dovrebbero essere considerati prima del processo decisionale.

• Punti positivi: Attraverso l'uso delle infrastrutture esistenti, si evitano installazioni a terra costose e lunghe. L'installazione nei sistemi fognari è una buona alternativa ovunque sia necessario ridurre al minimo i danni al traffico e all'ambiente.
• Punti negativi: La situazione locale deve essere adeguatamente analizzata e gli eventuali ostacoli devono essere risolti prima dell'implementazione di questa tecnologia. Uno svantaggio è che finora non è stato possibile effettuare connessioni domestiche. Ora ci sono diversi sistemi in evoluzione per l'implementazione della connessione domestica.

I cavi in fibra ottica sono posati su alberi di legno montati o alberi stradali esistenti. Questo metodo viene utilizzato principalmente nei percorsi di connessione 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 redditizi.

• Punti positivi: Rispetto all'installazione sotterranea, l'installazione fuori terra rende possibile un'installazione iniziale economica.
• Punti negativi: Il sistema di cavi è esposto a forti influenze esterne, il che aumenta la suscettibilità. Poiché l'installazione richiede personale appositamente formato e strumenti appropriati, l'installazione dei cavi è quindi costosa.

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

Una connettività a banda larga wireless terrestre è solitamente fornita da soluzioni WiMAX (fino a 60 km di autonomia), Wi-Fi (fino a 300 m di autonomia) o 4G/LTE/LTE Advanced (fino a 3-6 km di autonomia). Ulteriori miglioramenti si concentreranno su nuovi standard con funzionalità aggiuntive e sulla fornitura di spettro di frequenza aggiuntivi (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, è possibile costruire un'infrastruttura per la banda larga senza fili terrestre, principalmente siti di antenne per connessioni da punto a multipunto (ad esempio WiMax, Wi-Fi, 4G/LTE).

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

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

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

Per saperne di più sugli ultimi sviluppi politici relativi al 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, ciascuna ottimizzata per un'esigenza specifica (ad esempio Internet degli oggetti, comunicazioni critiche, automobili di collegamento, abitazioni e infrastrutture energetiche).
• Punti negativi: La maggior parte dei servizi attuali non ha ancora bisogno di tali velocità di trasmissione dei dati ad alta velocità. Ciò cambierà man mano che si svilupperanno nuove applicazioni che necessitano di enormi capacità.

La banda larga satellitare, nota anche come Internet via satellite, è una connessione internet bidirezionale ad alta velocità stabilita tramite satelliti per le comunicazioni situati nell'orbita geostazionaria (GEO) o non geostazionaria (NGSO). I satelliti NGSO possono essere posizionati in orbita terrestre media (MEO) o in orbita terrestre bassa (LEO). Il cliente finale invia e riceve dati tramite un'antenna parabolica situata, ad esempio, sul tetto.

• Punti positivi: Richiede bassi investimenti per le infrastrutture passive in quanto non sono necessarie dorsali regionali e reti di area. 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 una 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 destinate agli utenti finali. Il maltempo e la linea di vista limitata possono ridurre la qualità del segnale. Il traffico dati è in genere limitato mensilmente o giornalmente nelle attuali offerte commerciali.
• Sostenibilità: La larghezza di banda disponibile dipende in particolare dalla quantità di utenti che richiedono la tecnologia satellitare. A seconda delle ulteriori potenzialità di sviluppo (ad esempio i metodi di trasmissione, la costellazione satellitare), la tecnologia svolgerà un ruolo significativo nel coprire aree che non sono ancora collegate in altro modo.

I satelliti che circolano più vicino alla terra (l'orbita terrestre bassa varia da circa 160 a 2000 km sopra la terra) consentono velocità di trasmissione dati più elevate, coprono ampie aree e consentono un accesso a banda larga a prezzi accessibili. I terminali piccoli e a basso costo comunicano con i satelliti e forniscono 5G, LTE e WiFi alle aree circostanti.

SpaceX ha messo in orbita migliaia di piccoli satelliti usa e getta a basso costo (progettoStarlink). I satelliti orbitano in tre gusci orbitali (1.110, 550 e 340 km) per consentire un servizio Internet più veloce. SpaceX fornisce connettività Internet satellitare alle aree sottoservite del pianeta, nonché un servizio a prezzi competitivi per le aree urbane. I test della tecnologia sono iniziati nel 2018. A partire da marzo 2024, Starlink è costituito da oltre 6.000 piccoli satelliti prodotti in serie in orbita terrestre bassa (LEO) che comunicano con i ricetrasmettitori a terra designati.

• Punti positivi: I satelliti Medium Earth Orbit (MEO) e Low Earth Orbit (LEO) hanno una latenza inferiore. Possono coprire vaste 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 vaste aree / la maggior parte del pianeta. Questo a sua volta produce costi elevati per le società fornitrici, anche in termini di controllo da parte delle necessarie stazioni di terra di satelliti volanti non stazionari.

Stazioni di piattaforma ad alta altitudine come stazioni base IMT (HIBS)

Le High Altitude Platform Stations (HAPS) come International Mobile Telecommunications (IMT) Base Stations (HIBS) sono piattaforme aeree che possono funzionare come stazioni base volanti. HIBS può essere integrato con la nuova radio 5G (NR) come asset di rete non terrestre. L'HIBS consente di utilizzare HAPS per integrare la copertura terrestre IMT, sfruttando le piattaforme situate nella stratosfera, consentendo una copertura molto più ampia rispetto alle soluzioni terrestri convenzionali. HIBS fornisce connettività agli stessi dispositivi mobili delle reti terrestri, il che aumenta la copertura globale ed espande la connettività mobile. 

• Punti positivi: L'HIBS estende la copertura delle comunicazioni affrontando le lacune digitali esistenti, in particolare nelle comunità non servite o scarsamente servite.
• Punti negativi: È difficile per HIBS raggiungere i rigorosi obiettivi di affidabilità operativa e disponibilità delle reti di telecomunicazione legacy. Mentre il tempo medio tra un guasto e l'altro (MTBF) sta migliorando, le operazioni di telecomunicazione richiedono prestazioni di affidabilità e disponibilità ancora più elevate.

I palloncini di Internet vengono inviati per 20 km nella stratosfera. Un 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 palloni 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 nelle aree rurali e remote.

• Punti positivi: I pallonciniInternet 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 sfruttino i flussi di vento ottimali per rimanere più a lungo nell'aria.
• Punti negativi: L'enorme freddezza si aggiunge al materiale di nylon del palloncino 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 necessarie stazioni a terra di palloni volanti non stazionari è molto impegnativo.

LiFi è una tecnologia di comunicazione wireless bidirezionale ad alta velocità. Utilizza la comunicazione della luce visibile o lo spettro infrarosso e vicino all'ultravioletto (invece delle onde a radiofrequenza). La luce dei diodi emettitori di luce (LED) serve come mezzo per fornire 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: Il LiFi è 100 volte più veloce del WiFi, raggiungendo velocità di 224 Gbps. La tecnologia è utile in aree sensibili all'elettromagnetismo come cabine di aeromobili, ospedali e centrali nucleari senza causare interferenze elettromagnetiche. Inoltre, il LiFi dovrebbe essere dieci volte più economico del WiFi.
• Punti negativi: La tecnologia offre solo comunicazioni a breve raggio. 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.

La ricerca e lo sviluppo si concentrano sempre più sulla All-internet Protocol Network (AIPN). Ciò consente di migliorare la comunicazione e la trasmissione dei dati tramite tecnologie e servizi di rete basati sul protocollo Internet (IP) che includono la telefonia via Internet o il 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 tipico esempio della convergenza delle tecnologie di comunicazione mobile e delle reti a banda larga parallele esistenti.

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

I recenti sviluppi prevedono che le infrastrutture di rete siano integrate da reti interamente ottiche, che consentiranno l'instradamento e la commutazione delle applicazioni e dei contenuti.

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

• Nuova architettura con capacità di gestione a supporto di più domini;
• Nuovi protocolli wireless-friendly (efficienza energetica e spettrale) in grado di supportare una varietà di reti wireless, dalle reti di sensori a bassissima potenza alle reti mobili wide area.

Le velocità di trasmissione esistenti e future, i metodi innovativi di compressione dei dati e i miglioramenti degli standard di trasmissione soddisferanno i servizi e le applicazioni ad alta intensità di larghezza di banda. Va notato che la compressione causa sempre perdite in termini di qualità dei dati (ad esempio formati TV, videoconferenze).

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