Banda larga: Panorâmica tecnológica

Tecnologias de banda larga com fios

Fios de cobre

Os fios de cobre são definidos como «par trançado de cobre não blindado de telefone antigo», fornecendo ligações de banda larga utilizando tecnologias xDSL, tais como a vetorização ADSL/ADSL2+ (taxa máxima de 24/3 Mbps a jusante/a montante dentro da gama de eficiência máxima de 0,3 km) ou VDSL/VDSL2/VDSL2-Vplus/VDSL2(com vetorização máxima de 300/100 Mbps a jusante/a montante dentro da gama de eficiência máxima de 0,2 km) ou G.fast com até 1 Gbps em circuitos de cobre muito curtos (normalmente abaixo de 0,1 km).

• Prós: Exigem investimentos relativamente baixos necessários para infraestruturas passivas (uma linha telefónica de cobre já está presente na maioria dos agregados familiares) e são menos perturbadores para os utilizadores finais.
• Contras: As altas velocidades (download) dependem do comprimento da linha de cobre e degradam-se exponencialmente com a distância do nó, o desempenho sofre em ambientes barulhentos. A tecnologia xDSL é altamente assimétrica: as velocidades de carregamento são geralmente muito inferiores às velocidades de descarregamento; o que pode dificultar novos serviços (por exemplo, computação em nuvem, videoconferência, teletrabalho, telepresença). É necessário um maior investimento em equipamento ativo (com uma vida útil de 5 a 10 anos). Esta pode ser uma solução provisória, mas é muito provável que o investimento em infraestruturas de fibra ótica só seja adiado por 10-15 anos.
• Sustentabilidade: Em muitos países da UE, a infraestrutura de cobre está a envelhecer e a ser gradualmente eliminada. Novas tecnologias à base de cobre (por exemplo: Vectoring, G.fast) pode fornecer velocidades mais altas, mas sofrem das mesmas limitações. Demonstram tecnologias de ligação para infraestruturas completas de cabos de fibra ótica.

A Internet de banda larga através de cabo coaxial é geralmente oferecida aos clientes através da rede de televisão por cabo (CATV) existente. O cabo coaxial é composto por um condutor central de cobre, uma camada isolante, um escudo metálico (tipicamente cobre ou alumínio) e uma jaqueta de proteção exterior. Por conseguinte, as redes de televisão por cabo são mais eficientes do que as redes telefónicas tradicionais, uma vez que suportam uma largura de banda muito mais elevada, uma gama mais longa e eficaz e são menos suscetíveis a interferências, permitindo assim um melhor desempenho para os serviços de banda larga.

• Prós: Tal exige um investimento relativamente baixo necessário para as infraestruturas passivas e é também menos perturbador para os utilizadores finais. Esta infraestrutura oferece um pouco mais de oportunidades para oferecer velocidades de banda larga mais elevadas do que nas linhas telefónicas. Velocidades ultra-rápidas são possíveis, se a densidade do nó for aumentada e os padrões DOCSIS forem implementados.
• Contras: A largura de banda é partilhada entre vários utilizadores, reduzindo a sua disponibilidade durante os períodos de pico de tráfego do dia. A impossibilidade de desagregação faz com que a concorrência em matéria de serviços praticamente não exista no mercado do cabo; Raramente presentes nas áreas de divisão digital. Uma solução provisória para investir em infra-estruturas de fibra só seria provavelmente adiada por 10-15 anos, tal como acontece com os fios de cobre.
• Sustentabilidade: A aplicação de novas normas (DOCSIS 3.1 e DOCSIS 4.0) permite larguras de banda mais elevadas para os utilizadores finais até 10 Gbps e um melhor desempenho de carregamento.

A banda larga pode ser fornecida através das redes de distribuição de energia elétrica de baixa e média tensão existentes. As velocidades BPL são comparáveis às do xDSL inicial. Atualmente, a BPL é, em grande medida, obsoleta na maioria dos países da UE e já não está a ser amplamente utilizada.

• Prós: Não é necessário implantar novas infraestruturas, uma vez que podem ser utilizadas as linhas elétricas existentes.
• Contras: Nas zonas de baixa densidade populacional, a tecnologia só é economicamente viável para o utilizador final se as habitações estiverem equipadas com transformadores para disponibilizar banda larga através de linhas elétricas. Caso contrário, os preços no utilizador final para o acesso à Internet ultrapassam os das soluções xDSL e de cabo coaxial. Existem desafios técnicos devido ao facto de as linhas elétricas serem um ambiente muito «ruidoso» e à interferência com as comunicações e a radiodifusão de rádio de alta frequência.

Optical fibre lines consist of cables of glass fibre connected to end-users’ homes (FTTH), buildings (FTTB) or street cabinets (FTTC). Permitem débitos de transmissão muito elevados (1-10 Gbps para redes de acesso, 100 Gbps ou mais em redes de base ou de nível empresarial) numa gama de eficiência muito ampla (10-60 km). Esta é a solução mais orientada para o futuro, mas exige um elevado investimento em infraestruturas passivas.

• Prós: Nível extremamente elevado de taxas de transmissão e simetria (larguras de banda Gbps e Tbps possíveis), menos suscetível a interferências e quase nenhuma queda de energia a distâncias maiores para o distribuidor, ao contrário do xDSL, e reservas de energia suficientes também para agregados familiares multipessoais exigentes.
• Contras: Elevados custos de investimento em infraestruturas passivas devido aos elevados custos da engenharia civil para escavações e tubagens; a infraestrutura implantada não é localizável e exige documentação precisa para a manutenção e futuras atualizações.
• Sustentabilidade: Tecnologia de próxima geração com capacidades para satisfazer as exigências de elevada largura de banda esperadas num futuro próximo. 

A implantação de infraestruturas de banda larga com fios é uma opção com utilização intensiva de custos e recursos. A redução dos custos incentivará os investimentos na implantação da banda larga e reduzirá o limiar de entrada no mercado. Tal pode ser facilitado através do acesso a infraestruturas e redes de utilidade pública alternativas e da utilização de estratégias de implantação de baixo impacto (por exemplo, trincheiras).

A construção de trincheiras abertas é um método para a implantação de tubos de abastecimento e eliminação. A superfície da terra é aberta e uma trincheira é escavada. Para a instalação de linhas de telecomunicações, escavação manual, bem como equipamentos de construção são usados.

• Prós: A construção de trincheiras abertas é utilizada em todos os cenários topológicos e é geralmente viável para todos os tipos de superfícies. A durabilidade é muito alta e não há restrição para a utilização de tubos e componentes. Os potenciais custos podem ser economizados desviando-se da profundidade regular, implantando-se em percursos pedestres ou cicláveis ou usando uma trincheira.
• Contras: Desviar-se da profundidade normal aumenta o risco de possíveis danos no cabo durante os trabalhos de construção e reparação de infraestruturas adjacentes ou sobrepostas. A recuperação das superfícies é bastante complexa e o ambiente do edifício é prejudicado pela poluição sonora e pelas perturbações do tráfego. O método é dispendioso e mostra longos tempos de construção.

Uma fenda é moída em uma cobertura de estrada, uma passarela de asfalto ou ciclovia, na qual microtubos são inseridos e, em seguida, imediatamente depois fechados com um enchimento. É feita uma distinção entre nanotrenching (até 2 cm), micro-(8 cm a 12 cm), mini-(12 cm a 20 cm) ou macrotrenching (20 cm a 30 cm) e a técnica de corte ou moagem utilizada.

• Prós: A trincheira promete tempos de construção curtos e custos de construção significativamente mais baixos. O processo tem uma alta produção de construção de cerca de 600 m por dia e leva a muito poucas deficiências de tráfego devido ao rápido reabastecimento da carroçaria da estrada.
• Contras: As fendas moídas podem causar danos na superfície do asfalto sob a forma de fissuras, sedimentação ou danos por geada. O nível adicional de assentamento na estrada pode tornar os trabalhos de engenharia civil subsequentes - particularmente no interior da cidade - mais difíceis e levar a construções mais longas e mais caras.

A técnica de perfuração direcional permite a colocação de tubos de proteção de cabos sem trincheiras, por exemplo, utilizados para atravessar obstáculos como rios, avenidas (proteção de árvores) e vias férreas. Um furo piloto controlável é realizado entre dois poços de escavação. O efeito da rotação, dos movimentos do curso e do impacto e da liquefação permite uma propulsão numa grande variedade de condições do solo. Através de um fluido de perfuração de bentonite (suspensão de perfuração), o solo é solto e extraído (lavado). Depois disso, a cabeça de broca expande o canal existente.

• Prós: O método oferece uma alternativa quando a trincheira aberta não é possível (por exemplo, atravessar obstáculos como caminhos de ferro ou rios) ou economicamente viável.
• Contras: A baixa profundidade e terrenos soltos, a suspensão de perfuração pode escapar na superfície durante o processo de perfuração (explodir). Além disso, as imprecisões de controlo podem causar desvios no gradiente longitudinal.

Esta tecnologia é um processo de deslocamento do solo em que um martelo de deslocamento do solo pneumático (rocket) é conduzido através do solo por ar comprimido. Um tubo de proteção é puxado para o tubo de terra criado na mesma operação. A tecnologia é especialmente utilizada para ligar edifícios.

• Prós: Os custos de escavação e restauração são poupados, as restrições de tráfego ou as barreiras rodoviárias muitas vezes não são necessárias. O método poupa tempo à medida que os tubos são alimentados diretamente com o foguete. Pode ser utilizado mesmo em solos extremos e a distâncias mais longas.
• Contras: A profundidade de implantação deve ser pelo menos dez vezes o diâmetro do foguete, a fim de evitar o abaulamento da superfície do terreno. É adequado apenas para distâncias relativamente curtas e não pode ser utilizado em turfeiras ou solos muito rochosos.

Durante o processo de lavoura, um arado de implantação é puxado através do entulho com a ajuda de um trator. Uma conduta flexível (compostos de micro cabos) é colocada no sulco resultante, particularmente adequado para a lavoura direta.

• Prós: O procedimento é relativamente barato e permite o encaminhamento de longas distâncias com pouco esforço.
• Contras: Só pode ser utilizado em superfícies não vedadas, limitadas a terrenos macios, pelo que não é adequado para estradas asfálticas.

Um robô de montagem é usado em dutos não acessíveis, enquanto em áreas andáveis, o trabalho é realizado por técnicos. Os itinerários devem ser instalados de modo a não dificultar o serviço e a limpeza do operador de esgotos e a garantir a segurança a todo o momento. O espaço necessário no sistema de tubos é mínimo e não representa um obstáculo significativo às condições de fluxo. O respetivo operador pode avaliar se esta instalação pode ser aplicada. Além disso, a situação local no que diz respeito ao estado do canal, à tendência para o entupimento, às tecnologias de limpeza, aos aspetos de saúde e segurança no trabalho deve ser tida em conta antes da tomada de decisões.

• Prós: Através da utilização das infraestruturas existentes, evitam-se instalações terrestres dispendiosas e longas. A instalação em sistemas de esgotos é uma boa alternativa sempre que as deficiências do tráfego e do ambiente devam ser minimizadas.
• Contras: A situação local tem de ser devidamente analisada e os eventuais obstáculos resolvidos antes da aplicação desta tecnologia. Uma desvantagem é que, até agora, não podiam ser feitas ligações domésticas. Existem agora diferentes sistemas que evoluem para a implementação de ligações domésticas.

Os cabos de fibra óptica são colocados sobre mastros de madeira ou mastros de rua existentes. Este método é utilizado principalmente em rotas de ligação em linhas de alta e alta tensão. É particularmente adequado para edifícios remotos fora da zona de povoamento, para os quais outras ligações não seriam economicamente viáveis.

• Prós: Em comparação com a instalação subterrânea, a instalação acima do solo torna possível uma instalação inicial económica.
• Contras: O sistema de cabos está exposto a influências externas mais fortes, o que aumenta a suscetibilidade. Como a instalação requer pessoal especialmente treinado e ferramentas adequadas, a instalação dos cabos é, portanto, dispendiosa.

As tecnologias de banda larga sem fios incluem soluções de rádio móveis (por exemplo, 3G (HSPA), 4G (LTE), 5G), soluções de rádio fixas (por exemplo, WiMAX ou 5G FWA) e soluções de satélite.

Uma conectividade terrestre em banda larga sem fios é normalmente fornecida por soluções 5G FWA, WiMAX (gama de eficiência até 60 km), Wi-Fi (gama de eficiência até 300 m) ou 5G/4G (gama de eficiência até 3-6 km).

Sempre que a modernização da infraestrutura com fios não seja possível, uma opção consiste em construir infraestruturas para banda larga sem fios terrestre, principalmente antenas para ligações ponto-a-multiponto (por exemplo, WiMax, Wi-Fi, 5G).

• Prós: Não são necessárias ligações de arame na primeira milha. A infraestrutura também pode ser utilizada para serviços móveis comerciais.
• Contras: Uma vez que a largura de banda pode ser partilhada entre vários utilizadores, os períodos de tráfego de pico do dia reduzirão a largura de banda disponível para cada utilizador. A intensidade do sinal diminui rapidamente com a distância e é afetada pelas condições meteorológicas; A perturbação da linha de visão pode reduzir a qualidade do sinal. Solução provisória: o investimento em infra-estruturas de fibra será necessário no prazo de 10 a 15 anos.
• Sustentabilidade: Para aceder a serviços futuros, as necessidades de largura de banda exigem frequências adicionais; no entanto, o espetro disponível é limitado.

O 5G descreve os padrões de telecomunicações móveis além do 4G. O 5G permite uma latência de 4 a 1 milissegundos, de acordo com a União Internacional de Telecomunicações (UIT). A tecnologia é capaz de, pelo menos, 10 Gbps de upload e 20 Gbps de download de transmissão de dados. Os dispositivos e aplicações selecionarão automaticamente a rede que melhor se adequa às suas necessidades.

As tecnologias 6G estão agora a começar em todo o mundo, esperando-se os primeiros produtos e infraestruturas para o final desta década. Os sistemas 6G passarão das capacidades Gigabit para as capacidades Terabit e tempos de resposta submilisegundo. Tal permitirá novas aplicações, como a automatização em tempo real ou a deteção de realidade alargada («Internet dos Sentidos»), recolhendo dados para um gémeo digital do mundo físico.

Mais informações sobre os últimos desenvolvimentos políticos em matéria de 5G na UE.

• Prós: O 5G oferece melhorias na cobertura, na eficiência da sinalização, nas taxas de transmissão e na redução da latência. A tecnologia 5G inclui diferentes tecnologias de rádio — cada uma otimizada para uma necessidade específica (por exemplo, Internet das Coisas, comunicações críticas, automóveis de ligação, habitações e infraestruturas energéticas).
• Contras: Muitos dos serviços atuais ainda não necessitam dessas taxas de transmissão de dados de alta velocidade. No entanto, prevê-se que a procura aumente rapidamente à medida que forem sendo desenvolvidas novas aplicações que necessitam de enormes capacidades (por exemplo, realidade alargada, cirurgia remota, automatização industrial, jogos em nuvem em tempo real).

A banda larga por satélite, também designada por Internet por satélite, é uma ligação bidirecional de alta velocidade à Internet estabelecida através de satélites de comunicações localizados na órbita geoestacionária (GEO) ou não geoestacionária (NGSO). Os satélites NGSO podem estar localizados em órbita média da Terra (MEO) ou órbita baixa da Terra (LEO). O cliente final envia e recebe dados através de uma antena parabólica localizada, por exemplo, no telhado.

• Prós: Exige um baixo investimento em infraestruturas passivas, uma vez que não são necessárias redes regionais de base e de zonas. É fácil ligar utilizadores dispersos por uma área relativamente vasta (regional, macrorregional ou mesmo nacional).
• Contras: O número total de utilizadores pode ser limitado numa região. A sua latência de sinal inerentemente elevada (GEO ~600 ms, LEO ~20–40 ms) devido ao tempo de propagação de e para satélite dificulta determinadas aplicações. É necessário um investimento relativamente elevado em equipamento ativo destinado ao utilizador final. O mau tempo e a linha de visão limitada podem reduzir a qualidade do sinal. O tráfego de dados é normalmente limitado mensalmente ou diariamente nas ofertas comerciais atuais.
• Sustentabilidade: A largura de banda disponível depende especialmente da quantidade de utilizadores que exigem a tecnologia de satélite. Dependendo de outros potenciais de desenvolvimento (por exemplo, métodos de transmissão, constelação de satélites), a tecnologia desempenhará um papel significativo na cobertura de áreas que ainda não estão ligadas de outra forma.

Os satélites que circulam mais perto da Terra (a órbita terrestre baixa varia de cerca de 160 a 2000 km acima da Terra) permitem velocidades de transmissão de dados mais elevadas, cobrem vastas áreas e permitem o acesso em banda larga a preços acessíveis. Os terminais de utilizadores pequenos e de baixo custo comunicam com satélites e fornecem redes 4G, 5G e Wi-Fi às áreas circundantes.

Existem várias iniciativas europeias LEO que reforçam a base de inovação e a autonomia estratégica da Europa no espaço. A IRIS2, a constelação emblemática de satélites da UE, visa proporcionar comunicações governamentais seguras e banda larga em toda a Europa, utilizando uma abordagem multiórbita, com uma forte ênfase na LEO. A Eutelsat OneWeb opera uma rede global de satélites LEO para fornecer banda larga e conectividade para regiões remotas, aviação e utilizadores empresariais. A SES mPOWER integra colaborações LEO para fornecer serviços de alta capacidade e baixa latência para o governo, as empresas e os setores marítimos. Ele enfatiza a flexibilidade através de uma estratégia de órbita híbrida. A iniciativa LEO-PNT da ESA explora a utilização de satélites LEO para melhorar os serviços de posicionamento e cronometria como complemento do Galileo. A missão Heinrich Hertz, liderada pela agência espacial alemã DLR, centra-se no ensaio de tecnologias avançadas de comunicação no espaço e no apoio a ligações governamentais seguras, incluindo componentes GEO e LEO. Várias start-ups europeias da NewSpace estão a desenvolver propulsão, nanosats e edge computing no LEO.

A SpaceX (EUA) colocou em órbita milhares de pequenos satélites descartáveis e de baixo custo (projetoStarlink). Os satélites orbitam em três conchas orbitais (1,110, 550 e 340 km) para permitir um serviço de Internet mais rápido. A SpaceX fornece conectividade à Internet via satélite para áreas mal servidas do planeta, bem como serviços a preços competitivos para áreas urbanas. Os testes da tecnologia começaram em 2018. A partir de março de 2024, a Starlink consiste em mais de 6 000 pequenos satélites produzidos em massa em órbita terrestre baixa (LEO) que comunicam com transcetores terrestres designados.

• Prós: Os satélites Medium Earth Orbit (MEO) e Low Earth Orbit (LEO) apresentam menor latência. Podem abranger vastas zonas e, assim, facilitar a cobertura de banda larga em zonas muito rurais e remotas.  
• Contras: Uma grande rede de satélites lançados na órbita é necessária para cobrir vastas áreas / a maior parte do planeta. Isto, por sua vez, gera custos elevados para as empresas fornecedoras, também em termos de controlo, pelas estações terrestres necessárias, de satélites voadores não estacionários. Além disso, o risco de detritos espaciais e os desafios regulamentares estão a surgir preocupações.

Estações de Plataforma de Alta Altitude como Estações Base IMT (HIBS)

Estações de Plataforma de Alta Altitude (HAPS) como Estações de Base de Telecomunicações Móveis Internacionais (IMT) (HIBS) são plataformas aéreas que podem funcionar como estações de base voadoras. A HIBS pode ser integrada com a nova rádio 5G (NR) como um recurso de rede não-terrestre. O HIBS permite utilizar o HAPS para complementar a cobertura terrestre do IMT, beneficiando das plataformas localizadas na estratosfera, permitindo uma cobertura muito mais ampla em comparação com as soluções terrestres convencionais. Os HIBS fornecem conectividade aos mesmos dispositivos móveis que as redes terrestres, o que aumenta a cobertura global e expande a conectividade móvel. 

• Prós: A HIBS alarga a cobertura das comunicações para colmatar as lacunas digitais existentes, especialmente em comunidades não servidas ou mal servidas.
• Contras: É um desafio para a HIBS cumprir os rigorosos objetivos de confiabilidade operacional e disponibilidade das redes de telecomunicações antigas. Enquanto o tempo médio entre a falha (MTBF) está a melhorar, as operações de telecomunicações exigem desempenhos de confiabilidade e disponibilidade ainda maiores.

Balões de Internet são enviados até 18-20 km para a estratosfera. Software específico move-os para cima ou para baixo para encontrar os ventos certos para direcioná-los para a posição. Cada balão transporta uma ligação à Internet até às antenas no solo.

O projeto Loon, encerrado em 2021 devido à inviabilidade económica e não a uma falha técnica, era uma rede de balões movidos a energia solar que transmitiam sinais de Internet para estações terrestres, residências, locais de trabalho ou diretamente para dispositivos pessoais que utilizavam tecnologia LTE. Os balões navegam na estratosfera a uma altitude de cerca de 18 km, especificamente concebidos para ligar pessoas em zonas rurais e remotas.

• Prós: Os balões de Internet são capazes de levar o acesso à Internet para as partes mais remotas do planeta. Os algoritmos de IA garantem que os balões encontrem e explorem os fluxos de vento ideais para permanecerem mais tempo no ar.
• Contras: A enorme frieza aumenta o material de nylon do balão e torna-o frágil. Os lubrificantes tornam-se resistentes a estas temperaturas. Os balões estão expostos a fortes radiações ultravioletas e cósmicas e a acentuadas diferenças de pressão ao longo da viagem. O controlo, pelas estações terrestres necessárias, de balões voadores não estacionários é muito difícil.

LiFi é uma tecnologia de comunicação sem fios bidirecional de alta velocidade. Utiliza o espetro de comunicações de luz visível ou infravermelho e próximo do ultravioleta (em vez de ondas de radiofrequência). A luz dos díodos emissores de luz (LED) serve como meio de comunicação. A PureLiFi demonstrou o primeiro sistema LiFi comercialmente disponível, o Li-1st. Há agora um número de empresas que desenvolvem esta tecnologia.

• Prós: O LiFi pode ser mais rápido do que o WiFi, atingindo velocidades de 224 Gbps em condições de laboratório. A tecnologia é útil em áreas eletromagnéticas sensíveis, como cabines de aeronaves, hospitais e centrais nucleares, sem causar interferência eletromagnética.
• Contras: A tecnologia só fornece comunicação num curto espaço de tempo. A baixa confiabilidade e os altos custos de instalação são outras desvantagens potenciais. As velocidades do mundo real são mais baixas do que (centenas de Mbps a Gbps baixos) os registros de laboratório, os limites de cobertura da linha de visão facial e as implantações atuais são mais caras do que o WiFi.

Uma comparação das tecnologias de banda larga dá uma visão geral e ajuda a escolher a melhor tecnologia.

A investigação e o desenvolvimento centram-se cada vez mais na Rede de Protocolos All-Internet (AIPN). Tal permite melhorar a comunicação e a transmissão de dados através de tecnologias e serviços de rede baseados no Protocolo Internet (IP), que incluem a telefonia através da Internet ou o VoIP (Voice-over Internet Protocol).

A transmissão de pacotes de dados com base em IP permite o desenvolvimento de serviços e aplicações inovadores independentemente da infra-estrutura de rede subjacente. A tecnologia 5G é um exemplo típico da convergência das comunicações móveis e das tecnologias de rede de banda larga paralelas existentes.

A conversão completa para infra-estruturas de rede com base no Protocolo Internet (Migração All-IP) constitui a base para a realização de um serviço convergente na sociedade a gigabits e para a utilização de várias combinações de tecnologias individuais de acesso à rede.

Os desenvolvimentos recentes envolvem infra-estruturas de rede a serem complementadas por redes totalmente ópticas, o que permitirá o encaminhamento e a comutação de aplicações e conteúdos.

Uma quarta vertente de investigação inclui os modelos de transmissão de dados pós-PI. Explora a Rede Central de Informação (ICN) e a Rede de Dados Nomeados (NDN) como alternativas ao IP, que se caracterizam por:

• Nova arquitetura com capacidade de gestão de apoio a vários domínios, por exemplo, corte em rede, computação periférica multiacesso, SDN (Software Defined Networking) e NFV (Network Function Virtualization),
• Novos protocolos sem fios (energia e eficiência espectral) capazes de suportar uma variedade de redes sem fios, desde redes de sensores de muito baixa potência a redes móveis de área alargada.

As taxas de transmissão existentes e futuras, os métodos inovadores de compressão de dados e a melhoria das normas de transmissão corresponderão a serviços e aplicações com utilização intensiva de largura de banda. Note-se que a compressão provoca frequentemente perdas em termos de qualidade dos dados (por exemplo, formatos de televisão, videoconferências).