Breedband: Technologie overzicht

Bedrade breedbandtechnologieën

Een groot scala aan communicatietechnologieën met verschillende technische capaciteiten is in staat om huishoudens snel internet te bieden. Bekabelde technologieën omvatten koperkabel (xDSL), coaxiale kabel (bv. HFC), breedband over elektriciteitsleidingen (BPL) en optische vezelkabel (FTTx).

Koperdraden

Koperdraden worden gedefinieerd als „legacy phone unshielded copper twisted pair”, die breedbandverbindingen biedt met behulp van xDSL-technologieën, zoals ADSL/ADSL2 +(max. 24/3 Mbps down-/upstream rate binnen maximaal 0,3 km efficiëntiebereik) of VDSL/VDSL2/VDSL2-Vplus/VDSL2 vectoring/G.fast (met vectoring max. 300/100 Mbps down-/upstream rate binnen 0,2 km efficiëntiebereik).

• Voordelen: Ze vereisen relatief lage investeringen die nodig zijn voor passieve infrastructuur (een koperen telefoonlijn is al aanwezig in de meeste huishoudens) en zijn het minst storend voor de eindgebruikers.
• Nadelen: De hoge (download) snelheden zijn afhankelijk van de lengte van de koperlijn. De xDSL-technologie is zeer asymmetrisch: uploadsnelheden zijn over het algemeen veel lager dan downloadsnelheden; dit kan nieuwe diensten belemmeren (bv. cloud computing, videoconferenties, telewerken, tele-aanwezigheid). Er is meer geïnvesteerd in actieve apparatuur (met een levensduur van 5-10 jaar). Dit kan een tijdelijke oplossing zijn, maar de investering in glasvezelinfrastructuur zou hoogstwaarschijnlijk slechts met 10-15 jaar worden uitgesteld.
• Duurzaamheid: Nieuwere op koper gebaseerde technologieën (bv.: Vectoring, G.fast) kan hogere snelheden leveren, maar lijden aan dezelfde beperkingen. Ze demonstreren overbruggingstechnologieën naar complete glasvezelkabelinfrastructuren.

Coaxiale kabels

De klassieke kabelverbinding zou de twee draden van een telefoonlijn („twisted pair”) zijn, die het meest vatbaar zijn voor verstoringseffecten zoals storingen. Breedbandinternet via coaxiale kabel wordt meestal aangeboden aan klanten via het bestaande kabel-tv-netwerk (CATV). De coaxiale kabel bestaat uit een koperen kern en een koperafschermende laag. De tv-kabelnetwerken zijn daardoor veel efficiënter dan de traditionele telefoonnetwerken.

• Voordelen: Dit vereist relatief lage investeringen die nodig zijn voor passieve infrastructuur en is ook het minst verstorend voor de eindgebruikers. Deze infrastructuur biedt iets meer mogelijkheden om hogere breedbandsnelheden te leveren dan op telefoonlijnen. Ultrasnelle snelheden zijn mogelijk, als de infrastructuur goed wordt opgewaardeerd en de afstanden kort worden gehouden.
• Nadelen: De bandbreedte wordt gedeeld door verschillende gebruikers, waardoor de beschikbaarheid tijdens piekverkeersperioden van de dag wordt verminderd. De onmogelijkheid van ontvlechting maakt dat dienstenconcurrentie op de kabelmarkt in principe afwezig is; zelden aanwezig in de digitale-divide gebieden. Een tussentijdse oplossing om te investeren in glasvezelinfrastructuur zou hoogstwaarschijnlijk slechts met 10-15 jaar worden uitgesteld, zoals bij koperdraad.
• Duurzaamheid: De implementatie van nieuwe standaarden( docSIS 3.1, 3.1 full duplex) zorgt voor hogere bandbreedtes voor eindgebruikers tot 10 Gbps.

Breedband over power line (BPL)

Breedband kan worden geleverd via bestaande laag- en middenspanningsdistributienetwerken. BPL snelheden zijn vergelijkbaar met die van xDSL en coaxiale kabels.

• Voordelen: Het is niet nodig om nieuwe infrastructuur in te zetten, aangezien bestaande elektriciteitsleidingen kunnen worden gebruikt. BPL heeft een groot toekomstpotentieel omdat elektriciteitsleidingen bijna overal bestaan.
• Nadelen: In laagbevolkte gebieden is de technologie alleen economisch levensvatbaar voor de eindgebruiker als 4 tot 6 woningen zijn uitgerust met transformatoren om breedband beschikbaar te maken via elektriciteitsleidingen. Anders overtreffen de eindgebruikersprijzen voor internettoegang die voor xDSL en coaxiale kabeloplossingen. Er zijn technische uitdagingen als gevolg van elektriciteitsleidingen zijn een zeer „ruchtige” omgeving en interferentie met hoogfrequente radiocommunicatie en omroep.

Optische vezel

Optische vezellijnen bestaan uit kabels van glasvezel die zijn aangesloten op woningen van eindgebruikers (FTTH), gebouwen (FTTB) of straatkasten (FTTC). Ze zorgen voor zeer hoge transmissiesnelheden van 100 Gbps en meer binnen zeer breed (10-60 km) efficiëntiebereik. Dit is de meest toekomstgerichte oplossing, maar vereist hoge investeringen in passieve infrastructuur.

• Voordelen: Extreem hoge transmissiesnelheden en symmetrie (Gbps- en Tbps-bandbreedtes mogelijk), minder gevoelig voor interferentie en nauwelijks stroomdaling op grotere afstanden tot de distributeur in tegenstelling tot DSL of VDSL en voldoende stroomreserves ook voor veeleisende meerpersoonshuishoudens.
• Nadelen: Hoge investeringskosten in passieve infrastructuur als gevolg van de hoge kosten van civiele techniek voor graaf- en leidingen; geïmplementeerde infrastructuur is niet locatable en vereist exacte documentatie.
• Duurzaamheid: Technologie van de volgende generatie met capaciteiten om te voldoen aan hoge bandbreedtevereisten die in de nabije toekomst worden verwacht. 

Implementatiemethoden

De uitrol van bekabelde breedbandinfrastructuur is een kosten- en middelenintensieve optie. Het verlagen van de kosten zal investeringen in de uitrol van breedband stimuleren en de drempel voor markttoegang verlagen. Dit kan worden vergemakkelijkt door toegang te krijgen tot alternatieve infrastructuren en nutsnetwerken en door gebruik te maken van low-impact implementatiestrategieën (bv. trenching).

Installatie in de grond (door trencher)

De open geulconstructie is een methode voor het inzetten van leverings- en verwijderingspijpen. Het aardoppervlak wordt geopend en een geul wordt uitgegraven. Voor het leggen van telecommunicatielijnen worden zowel handmatig graven als bouwapparatuur gebruikt.

• Voordelen: De open geulconstructie wordt gebruikt in alle topologische scenario’s en is over het algemeen haalbaar voor alle soorten oppervlakken. De duurzaamheid is zeer hoog en er is geen beperking voor het gebruik van leidingen en componenten. Potentiële kosten kunnen worden bespaard, afwijkend van de reguliere diepte, inzet in wandel- of fietspaden of met behulp van een trencher.
• Nadelen: Afwijkend van de normale diepte vergroot het risico op mogelijke kabelschade bij de bouw en reparatie van aangrenzende of overlappende infrastructuren. De restauratie van de oppervlakken is vrij complex en de bouwomgeving wordt belemmerd door geluidsoverlast en verkeersstoringen. De methode is duur en laat lange bouwtijden zien.

Sleuven

Een spleet wordt gefreesd in een wegdek, een asfaltpad of fietspad, waarin microbuisjes worden ingebracht en daarna onmiddellijk met een vulling worden afgesloten. Er wordt onderscheid gemaakt tussen nanotrenching (tot 2 cm), micro (8 cm tot 12 cm), mini (12 cm tot 20 cm) of macrotrenching (20 cm tot 30 cm) en de gebruikte snij- of freestechniek.

• Voordelen: Trenching belooft korte bouwtijden en aanzienlijk lagere bouwkosten. Het proces heeft een hoge bouwopbrengst van ongeveer 600 m per dag en leidt tot zeer weinig verkeersstoringen als gevolg van de snelle bijvulling van het weglichaam.
• Nadelen: De gefreesde spleten kunnen leiden tot schade in het asfaltoppervlak in de vorm van scheuren, bezinking of vorstschade. Het extra legniveau in de weg kan de daaropvolgende civieltechnische werkzaamheden — met name in de binnenstad — moeilijker maken en tot langere en duurdere constructies leiden.

Horizontale richting boren

De directionele boortechniek maakt het leggen van geulloze kabelbeschermingspijpen mogelijk, bijv. gebruikt voor het oversteken van obstakels zoals rivier, lanen (boombescherming) en spoorwegen. Een controleerbaar pilootgat wordt uitgevoerd tussen twee opgravingsputten. Het effect van rotatie-, slag- en impactbewegingen en liquefactie maakt een voortstuwing bij een breed scala aan bodemcondities mogelijk. Door middel van een bentoniet boorvloeistof (boren suspensie), wordt de grond losgemaakt en geëxtraheerd (gespoeld). Daarna breidt de boorkop het bestaande kanaal uit.

• Voordelen: De methode biedt een alternatief wanneer open sleuven niet mogelijk is (bijvoorbeeld het oversteken van obstakels zoals spoorwegen of rivieren) of economisch haalbaar is.
• Nadelen: Bij lage diepte en losse gronden kan de boorophanging tijdens het boorproces aan het oppervlak ontsnappen (blow-out). Bovendien kunnen controleonnauwkeurigheden afwijkingen in de longitudinale gradiënt veroorzaken.

Boren

Deze technologie is een grondverplaatsingsproces waarbij een pneumatisch aangedreven grondverplaatsingshamer (rocket) door de grond wordt gedreven door perslucht. In dezelfde operatie wordt een beschermende buis in de gecreëerde grondbuis getrokken. De technologie wordt vooral gebruikt voor het verbinden van gebouwen.

• Voordelen: Kosten van opgraving en restauratie worden bespaard, verkeersbeperkingen of wegbarrières zijn vaak niet nodig. De methode bespaart tijd omdat leidingen rechtstreeks met de raket worden gevoed. Het kan zelfs in extreme bodems en op langere afstanden worden gebruikt.
• Nadelen: De inzetdiepte moet ten minste tienvoudig de diameter van de raket zijn om uitpuilen van het terreinoppervlak te voorkomen. Het is alleen geschikt voor relatief korte afstanden en kan niet worden gebruikt in moerassen of zeer rotsachtige bodems.

Ploegtechnieken

Tijdens het ploegproces wordt met behulp van een tractor een inzetploeg door de buit getrokken. In de resulterende groef wordt een flexibele leiding (microkabelverbindingen) gelegd, met name geschikt voor direct ploegen.

• Voordelen: De procedure is relatief goedkoop en maakt het mogelijk lange afstanden met weinig moeite te routeren.
• Nadelen: Het kan alleen op onverzegelde oppervlakken worden gebruikt en is daarom niet geschikt voor asfaltwegen.

Installatie in rioolsystemen

Een assemblagerobot wordt gebruikt in niet-toegankelijke kanalen, terwijl in beloopbare gebieden het werk wordt uitgevoerd door technici. Routes moeten zodanig worden geïnstalleerd dat de onderhouds- en reinigingswerkzaamheden van de rioolbeheerder niet worden belemmerd en de veiligheid te allen tijde gewaarborgd is. De benodigde ruimte in het leidingsysteem is minimaal en vormt geen significante belemmering voor de doorstromingsomstandigheden. De betreffende exploitant kan beoordelen of deze installatie kan worden toegepast. Ook moet vóór de besluitvorming rekening worden gehouden met de lokale situatie met betrekking tot de toestand van het kanaal, de tendens tot verstopping, schoonmaaktechnologieën, gezondheid en veiligheid op het werk.

• Voordelen: Door het gebruik van bestaande infrastructuur worden dure en langdurige grondinstallaties vermeden. De installatie in rioolsystemen is een goed alternatief waar verkeers- en milieuproblemen tot een minimum moeten worden beperkt.
• Nadelen: De lokale situatie moet goed worden geanalyseerd en eventuele obstakels moeten worden opgelost voordat deze technologie wordt geïmplementeerd. Een nadeel is dat tot nu toe geen huisverbindingen konden worden gemaakt. Er zijn nu verschillende systemen evolueren voor het implementeren van huisaansluiting.

Bovengrondse installatie

Optische vezelkabels worden gelegd over opgezette houten masten of bestaande straatmasten. Deze methode wordt voornamelijk gebruikt bij verbindingsroutes op hoog- en hoogspanningslijnen. Het is bijzonder geschikt voor afgelegen gebouwen buiten het nederzettingsgebied, waarvoor andere verbindingen economisch niet haalbaar zouden zijn.

• Voordelen: In vergelijking met de ondergrondse installatie maakt de bovengrondse installatie een kosteneffectieve initiële installatie mogelijk.
• Nadelen: Het kabelsysteem wordt blootgesteld aan sterkere externe invloeden, wat de gevoeligheid verhoogt. Aangezien de installatie speciaal opgeleid personeel en geschikte gereedschappen vereist, is de installatie van de kabels dus kostenintensief.

Draadloze breedbandtechnologieën

Draadloze breedbandtechnologieën omvatten mobiele radiooplossingen (bv. HSPA, LTE), vaste radiooplossingen (bv. WiMAX) en satellietoplossingen.

Antenne plaatsen voor draadloze verbindingen

Een terrestrische draadloze breedbandconnectiviteit wordt meestal geleverd door WiMAX (tot 60 km efficiëntiebereik), Wi-Fi (tot 300 m efficiëntiebereik) of 4G/LTE/LTE Advanced (tot 3-6 km efficiëntiebereik). Verdere verbeteringen zullen gericht zijn op nieuwe normen met extra functies en het aanbieden van extra frequentiespectrums (5G).

Wanneer de upgrade van de bekabelde infrastructuur niet mogelijk is en er geen middelen voor FTTB/FTTH beschikbaar zijn voor een bepaald gebied, is een optie om infrastructuur te bouwen voor terrestrische draadloze breedband, voornamelijk antennesites voor point-to-multipoint verbindingen (bijvoorbeeld WiMax, Wi-Fi, 4G/LTE).

• Voordelen: De eerste mijl draadverbindingen zijn niet nodig. De infrastructuur kan ook worden gebruikt voor commerciële mobiele diensten.
• Nadelen: Omdat de bandbreedte kan worden gedeeld tussen verschillende gebruikers, zal piekverkeersperioden van de dag de beschikbare bandbreedte voor elke gebruiker verminderen. Signaalsterkte vermindert snel met afstand, en wordt beïnvloed door het weer; verstoorde zichtlijn kan de signaalkwaliteit verminderen. Tijdelijke oplossing: investeringen in glasvezelinfrastructuur zullen binnen 10-15 jaar nodig zijn.
• Duurzaamheid: Om toegang te krijgen tot toekomstige NGA-diensten, vereisen bandbreedtebehoeften extra frequenties; het beschikbare spectrum is echter beperkt.

5G en 6G — geconvergeerde netwerken

5G beschrijft de volgende fase van mobiele telecommunicatienormen buiten de 4G/LTE. De vijfde generatie mobiele radio’s wordt ontwikkeld op basis van de International Mobile Telecommunication-2020 Conference. 5G maakt een applicatie end-to-end latency van 4 tot 1 milliseconden mogelijk, volgens de International Telecommunication Union (ITU). De technologie kan ten minste 10 Gbps uploaden en 20 Gbps gegevensoverdrachtssnelheden downloaden. Apparaten en toepassingen selecteren automatisch het netwerk dat het beste bij hun behoeften past.

6G-technologieën beginnen nu over de hele wereld, met de eerste producten en infrastructuren die voor het einde van dit decennium worden verwacht. 6G-systemen gaan van Gigabit naar Terabit-capaciteiten en sub-milliseconde responstijden. Dit zal nieuwe toepassingen mogelijk maken, zoals real-time automatisering of extended reality sensing („Internet of Senses”), het verzamelen van gegevens voor een digitale tweeling van de fysieke wereld.

Lees meer over de laatste beleidsontwikkelingen met betrekking tot 5G in de EU.

• Voordelen: 5G biedt verbeteringen in dekking, signaleringsefficiëntie, transmissiesnelheden en verminderde latentie. In tegenstelling tot bestaande netwerken zal 5G veel verschillende radiotechnologieën bevatten — elk geoptimaliseerd voor een specifieke behoefte (bijv. Internet of Things, kritische communicatie, het verbinden van auto’s, huizen en energie-infrastructuren).
• Nadelen: De meeste van de huidige diensten hebben nog geen behoefte aan dergelijke snelle datatransmissiesnelheden. Dit zal veranderen naarmate nieuwe toepassingen die enorme capaciteiten nodig hebben zich ontwikkelen.

Satellietbreedband

Satellietbreedband, ook wel „internet-by-satelliet” genoemd, is een snelle bidirectionele internetverbinding die wordt opgezet via communicatiesatellieten in de geostationaire baan. De eindklant verstuurt en ontvangt gegevens via een satellietschotel, bijvoorbeeld op het dak.

• Voordelen: Het vereist lage investeringen voor passieve infrastructuur, aangezien regionale backbone- en gebiedsnetwerken niet nodig zijn. Het is gemakkelijk om gebruikers die verspreid zijn over een relatief groot gebied (regionaal, macroregionaal of zelfs nationaal) met elkaar te verbinden.
• Nadelen: Beperkt totaal aantal gebruikers kan worden gedekt in één regio. De inherent hoge signaallatency als gevolg van de propagatietijd van en naar satelliet belemmert bepaalde toepassingen. Een relatief hoge investering voor actieve eindgebruikersapparatuur is noodzakelijk. Slecht weer en beperkte zichtlijn kunnen de signaalkwaliteit verminderen. Dataverkeer wordt meestal maandelijks of dagelijks ingeperkt in de huidige commerciële aanbiedingen.
• Duurzaamheid: De beschikbare bandbreedte is vooral afhankelijk van het aantal gebruikers dat de satelliettechnologie vereist. Afhankelijk van de mogelijkheden voor verdere ontwikkeling (bv. transmissiemethoden, satellietconstellatie) zal de technologie een belangrijke rol spelen bij het bestrijken van gebieden die anders nog niet met elkaar verbonden zijn.

Low Earth Orbit (LEO) satellieten

Satellieten die dichter bij de aarde circuleren (laagaardse baan varieert van ongeveer 160 tot 2 000 km boven de aarde) zorgen voor betere webprestaties, bestrijken brede gebieden en maken betaalbare breedbandtoegang mogelijk. Kleine, goedkope gebruikersterminals communiceren met satellieten en leveren LTE, 3G en WiFi aan de omliggende gebieden.

SpaceX zet duizenden kleine, goedkope, wegwerpsatellieten in een baan om de aarde (project Starlink). De satellieten draaien in drie orbitale schelpen (1.110, 550 en 340 km) om een snellere internetdienst mogelijk te maken. SpaceX biedt satellietinternetconnectiviteit aan onderbediende gebieden van de planeet en biedt concurrerende geprijsde diensten aan stedelijke gebieden. Het testen van de technologie is in 2018 van start gegaan. Vanaf mei 2022 bestaat Starlink uit meer dan 2.400 massa geproduceerde kleine satellieten in een lage baan om de aarde (LEO) die communiceren met aangewezen grondtransceivers.

• Voordelen: Medium Earth Orbit (MEO) en Low Earth Orbit (LEO) satellieten hebben een lagere latentie. Zij kunnen brede gebieden bestrijken en zo breedbanddekking voor zeer landelijke en afgelegen gebieden vergemakkelijken.  
• Nadelen: Een groot netwerk van satellieten gelanceerd in de baan is nodig om grote gebieden/de meeste van de planeet te bestrijken. Dit leidt op zijn beurt tot hoge kosten voor de bevoorradingsbedrijven, ook wat betreft de controle door de noodzakelijke grondstations van niet-stationaire vliegende satellieten.

Internetballonnen

Internetballonnen worden 20 km naar de stratosfeer gestuurd. Specifieke software beweegt hen omhoog of omlaag om de juiste winden te vinden om hen in positie te leiden. Elke ballon straalt een internetverbinding naar antennes op de grond.

Project Loon is een netwerk van ballonnen op zonne-energie die internetsignalen verzenden naar grondstations, huizen, werkplekken of rechtstreeks naar persoonlijke apparaten met behulp van LTE-technologie. Ballonnen navigeren in de stratosfeer op een hoogte van ongeveer 18 km, speciaal ontworpen om mensen in landelijke en afgelegen gebieden met elkaar te verbinden.

• Voordelen: Internetballonnen zijn in staat om internet toegang te bieden tot de meest afgelegen delen van de planeet. AI-algoritmen zorgen ervoor dat de ballonnen de optimale windstromen vinden en benutten om langer in de lucht te blijven.
• Nadelen: De enorme kou draagt bij aan het nylon materiaal van de ballon en maakt het broos. Smeermiddelen worden bij deze temperaturen hard. De ballonnen worden tijdens hun reis blootgesteld aan sterke ultraviolette en kosmische straling en duidelijke drukverschillen. Het controleren door de noodzakelijke grondstations van niet-stationaire vliegende ballonnen is zeer uitdagend.

Licht Fidelity (LiFi)

LiFi is een bidirectionele, snelle draadloze communicatietechnologie. Het maakt gebruik van zichtbaar lichtcommunicatie of infrarood en nabij ultraviolet (in plaats van radiofrequentiegolven) spectrum. Licht van lichtgevende diodes (LED’s) dienen als een medium om communicatie te leveren. PureLiFi demonstreerde het eerste in de handel verkrijgbare LiFi-systeem, de Li-1st. Er zijn nu een aantal bedrijven die deze technologie ontwikkelen.

• Voordelen: LiFi is 100 keer sneller dan WiFi, met snelheden van 224 Gbps. De technologie is nuttig in elektromagnetische gevoelige gebieden zoals in vliegtuigcabines, ziekenhuizen en kerncentrales zonder elektromagnetische interferentie te veroorzaken. Daarnaast is LiFi naar verwachting tien keer goedkoper dan WiFi.
• Nadelen: De technologie levert alleen communicatie op korte afstand. Lage betrouwbaarheid en hoge installatiekosten zijn verdere potentiële nadelen.

Een vergelijking van de breedbandtechnologieën geeft een overzicht en helpt bij het kiezen van de beste technologie.

Toekomstige trends en ontwikkelingen

Onderzoek en ontwikkeling richten zich steeds meer op het All-internet Protocol Network (AIPN). Dit maakt het mogelijk om de communicatie en gegevensoverdracht via op Internet Protocol (IP) gebaseerde netwerktechnologieën en -diensten te verbeteren, waaronder internettelefonie of VoIP (Voice-over Internet Protocol).

IP-gebaseerde datapakkettransmissie maakt de ontwikkeling van innovatieve diensten en applicaties mogelijk onafhankelijk van de onderliggende netwerkinfrastructuur. 5G is een typisch voorbeeld van de convergentie van mobiele communicatie en parallelle bestaande breedbandnetwerktechnologieën.

De volledige conversie naar netwerkinfrastructuren op basis van het Internet Protocol (All-IP Migration) is de basis voor een convergente dienstverlening in de Gigabit samenleving en voor het gebruik van verschillende combinaties van individuele netwerktoegangstechnologieën.

Recente ontwikkelingen omvatten netwerkinfrastructuren die moeten worden aangevuld met all-optische netwerken, die applicatie- en contentrouting en overstap mogelijk maken.

Een vierde onderdeel van het onderzoek omvat het post-IP-type gegevensoverdracht, dat wordt gekenmerkt door:

• Nieuwe architectuur met beheerscapaciteit ter ondersteuning van multidomein;
• Nieuwe draadloze-vriendelijke (energie- en spectrale efficiëntie) protocollen die een verscheidenheid aan draadloze netwerken kunnen ondersteunen, van zeer laag vermogen sensornetwerken tot brede mobiele netwerken.

Bestaande en toekomstige transmissiesnelheden, innovatieve methoden voor gegevenscompressie en verbeteringen aan transmissienormen zullen voldoen aan bandbreedte-intensieve diensten en toepassingen. Opgemerkt moet worden dat de compressie altijd verlies veroorzaakt in termen van kwaliteit van gegevens (bijv. tv-formaten, videoconferenties).

Geïnteresseerd in de architectuur en infrastructuur van breedbandnetwerken? Krijg gedetailleerde informatie over netwerk en topologie en de beslissing over de juiste infrastructuurkeuze.