Banda larga: Visão geral da tecnologia

Tecnologias de banda larga com fios

Uma vasta gama de tecnologias de comunicação com diferentes capacidades técnicas é capaz de fornecer Internet de elevado débito aos agregados familiares. As tecnologias com fios incluem o cabo de cobre (xDSL), o cabo coaxial (por exemplo, HFC), o cabo de banda larga sobre linhas elétricas (BPL) e o cabo de fibra ótica (FTTx).

Fios de cobre

Os fios de cobre são definidos como «par trançado de cobre não blindado por telefone predefinido», fornecendo ligações de banda larga utilizando tecnologias xDSL, tais como ADSL/ADSL2 +(taxa máxima de 24/3 Mbps descendente/upstream dentro da gama de eficiência máxima de 0,3 km) ou VDSL/VDSL2/VDSL2-VPLUS/VDSL2 vetoring/G.fast (com uma taxa máxima de 300/100 Mbps a jusante/a montante dentro da gama de eficiência de 0,2 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. A tecnologia xDSL é fortemente assimétrica: as velocidades de carregamento são geralmente muito inferiores às velocidades de descarregamento; tal pode dificultar novos serviços (por exemplo, computação em nuvem, videoconferência, teletrabalho, telepresença). É necessário um maior investimento em equipamentos ativos (com um tempo de vida de 5 a 10 anos). Esta pode ser uma solução provisória, mas, muito provavelmente, o investimento em infraestruturas de fibra só seria adiado por 10 a 15 anos.
• Sustentabilidade: Tecnologias mais recentes à base de cobre (p. ex.: Vetorização, G.fast) pode fornecer velocidades mais altas, mas sofre das mesmas limitações. Demonstram tecnologias de ligação para infraestruturas completas de cabos de fibra ótica.

Cabos coaxiais

A conexão clássica por cabo seria os dois fios de uma linha telefônica («par torcido»), mais propensos a efeitos de perturbação, como interferências. A Internet de banda larga via cabo coaxial é geralmente oferecida aos clientes através da rede de televisão por cabo (CATV) existente. O cabo coaxial consiste em um núcleo de cobre e um revestimento de cobre. As redes de televisão por cabo são, por conseguinte, muito mais eficientes do que as redes telefónicas tradicionais.

• 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 oportunidades de oferecer velocidades de banda larga mais elevadas do que nas linhas telefónicas. Velocidades ultrarrápidas são possíveis, se a infraestrutura estiver devidamente atualizada e as distâncias forem mantidas curtas.
• Contras: A largura de banda é compartilhada entre vários utentes reduzindo sua disponibilidade durante os períodos de tráfego de pico do dia. A impossibilidade de desagregação faz com que a concorrência no setor dos serviços seja essencialmente inexistente no mercado do cabo; raramente presente nas áreas de divisão digital. Muito provavelmente, uma solução provisória para investir em infraestruturas de fibra só seria adiada por 10 a 15 anos, tal como acontece com os fios de cobre.
• Sustentabilidade: A implementação de novas normas (DOCSIS 3.1, 3.1 full duplex) permite maiores larguras de banda para os utilizadores finais de até 10 Gbps.

Banda larga sobre linha elétrica (BPL)

A banda larga pode ser fornecida através de redes de distribuição de energia elétrica de baixa e média tensão existentes. As velocidades BPL são comparáveis às dos cabos xDSL e coaxiais.

• Prós: Não é necessário implantar novas infraestruturas, uma vez que as linhas elétricas existentes podem ser utilizadas. A BPL tem um grande potencial futuro, já que as linhas de energia existem em quase todos os lugares.
• Contras: Em zonas de baixa densidade populacional, a tecnologia só é economicamente viável para o utilizador final se 4 a 6 casas estiverem equipadas com transformadores para disponibilizar banda larga através de linhas elétricas. Caso contrário, os preços dos utilizadores finais para o acesso à Internet ultrapassam os das soluções xDSL e de cabos coaxiais. Existem desafios técnicos devido ao facto de as linhas elétricas serem um ambiente muito «ruído» e de interferências nas radiocomunicações de alta frequência e na radiodifusão.

Fibra ótica

As linhas de fibra ótica consistem em cabos de fibra de vidro ligados a habitações dos utilizadores finais (FTTH), edifícios (FTTB) ou armários de rua (FTTC). Eles permitem taxas de transmissão muito altas de 100 Gbps e mais dentro de uma faixa 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 (possibilidade de larguras de banda Gbps e Tbps), menos suscetível a interferências e dificilmente qualquer queda de energia em distâncias maiores para o distribuidor, ao contrário de DSL ou VDSL e reservas de energia suficientes também para famílias multipessoas 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 requer documentação exata.
• Sustentabilidade: Tecnologia de próxima geração com capacidades para atender às altas necessidades de largura de banda esperadas em um futuro próximo. 

Métodos de implantação

A implantação de infraestruturas de banda larga com fios é uma opção intensiva em termos 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 alternativas e redes de serviços públicos e da utilização de estratégias de implantação de baixo impacto (por exemplo, trincheiras).

Instalação no solo (por trincheira)

A construção de trincheiras abertas é um método para a implantação de tubos de fornecimento e eliminação. A superfície da terra é aberta e uma trincheira é escavada. Para a colocação de linhas de telecomunicações, são utilizados escavações manuais, bem como equipamentos de construção.

• Prós: A construção de trincheiras abertas é usada 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 o uso de tubos e componentes. Os custos potenciais podem ser poupados desviando-se da profundidade regular, implantando em percursos peões ou ciclistas ou usando uma trincheira.
• Contras: O desvio da profundidade normal aumenta o risco de eventuais danos nos cabos durante a construção e reparação de infraestruturas adjacentes ou sobrepostas. A recuperação das superfícies é bastante complexa e o ambiente da construção é prejudicado pela poluição sonora e pelas perturbações do tráfego. O método é caro e mostra longos tempos de construção.

Trincheiras

Uma fenda é moída em uma cobertura de estrada, uma passarela de asfalto ou ciclovia, na qual microtubos são inseridos e, em seguida, imediatamente 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 poucos problemas de tráfego devido ao rápido reabastecimento da carroçaria da estrada.
• Contras: As fendas moídas podem levar a danos na superfície do asfalto sob a forma de fissuras, assentamento ou danos à geada. O nível de assentamento adicional na estrada pode dificultar o trabalho de engenharia civil subsequente — especialmente no centro da cidade — e conduzir a construções mais longas e onerosas.

Perfuração direcional horizontal

A técnica de perfuração direcional permite a colocação de tubos de proteção de cabos sem valas, por exemplo, utilizados para atravessar obstáculos como rios, avenidas (proteção de árvores) e ferrovias. Um orifício piloto controlável é realizado entre dois poços de escavação. O efeito de rotação, curso e movimentos de impacto e liquefação permite uma propulsão em uma ampla variedade de condições do solo. Por meio de um fluido de perfuração de bentonite (suspensão de perfuração), o solo é solto e extraído (enxaguado). 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 solos soltos, a suspensão de perfuração pode escapar na superfície durante o processo de perfuração (blow-out). Além disso, as imprecisões de controle podem causar desvios no gradiente longitudinal.

Perfuração

Esta tecnologia é um processo de deslocamento do solo no qual um martelo de deslocamento do solo (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 usada especialmente para conectar edifícios.

• Prós: Os custos de escavação e restauro são poupados, as restrições de trânsito ou as barreiras rodoviárias muitas vezes não são necessárias. O método economiza tempo como tubos são alimentados diretamente com o foguete. Pode ser usado mesmo em solos extremos e a distâncias mais longas.
• Contras: A profundidade de implantação deve ser pelo menos dez vezes superior ao diâmetro do foguete, a fim de evitar o abaulamento da superfície do terreno. É adequado apenas para distâncias relativamente curtas e não pode ser usado em pântanos ou solos muito rochosos.

Técnicas de lavoura

Durante o processo de lavoura, um charrua de implantação é puxado através do despojo com a ajuda de um trator. Um conduíte flexível (compostos de microcabos) é colocado no sulco resultante, particularmente adequado para a lavoura direta.

• Prós: O procedimento é comparativamente barato e permite o encaminhamento de longas distâncias com pouco esforço.
• Contras: Só pode ser utilizado em superfícies não seladas e, por conseguinte, não é adequado para estradas de asfalto.

Instalação em sistemas de esgotos

Um robô de montagem é usado em dutos não acessíveis, enquanto em áreas pedoáveis, o trabalho é realizado por técnicos. Os itinerários devem ser instalados de modo a que o serviço e o trabalho de limpeza do operador de esgotos não sejam dificultados e a segurança seja sempre assegurada. O espaço necessário no sistema de tubulação é mínimo e não representa um obstáculo significativo às condições de fluxo. O respetivo operador pode avaliar se esta instalação pode ser aplicada. Também a situação local em relação ao estado do canal, tendência de entupimento, tecnologias de limpeza, saúde e segurança no trabalho devem ser consideradas antes da tomada de decisão.

• Prós: Através da utilização das infraestruturas existentes, evitam-se instalações terrestres dispendiosas e morosas. A instalação em sistemas de esgotos é uma boa alternativa sempre que as deficiências do tráfego e do ambiente sejam minimizadas.
• Contras: A situação local deve ser devidamente analisada e os eventuais obstáculos resolvidos antes da implementação desta tecnologia. Uma desvantagem é que até agora nenhuma conexão de casa poderia ser feita. Existem agora diferentes sistemas em evolução para a implementação de conexões domésticas.

Instalação no solo

Os cabos de fibra ótica são colocados sobre mastros de madeira acondicionados ou mastros de rua existentes. Este método é usado principalmente em rotas de conexão em linhas de alta e alta tensão. É particularmente adequado para edifícios remotos fora da área de assentamento, para os quais outras conexões não seriam economicamente viáveis.

• Prós: Em comparação com a instalação subterrânea, a instalação acima do solo torna possível uma instalação inicial econômica.
• Contras: O sistema de cabos é 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, onerosa.

Tecnologias de banda larga sem fios

As tecnologias de banda larga sem fios incluem soluções de rádio móvel (por exemplo, HSPA, LTE), soluções fixas de rádio (por exemplo, WiMAX) e soluções por satélite.

Locais de antena para conexões sem fio

Uma conectividade de banda larga sem fio terrestre é geralmente fornecida por soluções WiMAX (até 60 km de eficiência), Wi-Fi (até 300 m de eficiência) ou 4G/LTE/LTE Advanced (até 3-6 km de alcance de eficiência). Outras melhorias centrar-se-ão em novas normas com características adicionais e no fornecimento de espetros de frequências adicionais (5G).

Sempre que a modernização da infraestrutura com fio não seja possível e os fundos para FTTB/FTTH não estejam disponíveis para uma determinada área, uma opção é a construção de infraestruturas para banda larga sem fios terrestre, principalmente locais de antenas para ligações ponto a ponto (por exemplo, WiMax, Wi-Fi, 4G/LTE).

• Prós: Conexões de fio de primeira milha não são necessárias. A infraestrutura também pode ser utilizada para serviços móveis comerciais.
• Contras: Como a largura de banda pode ser compartilhada entre vários utentes, os períodos de pico de tráfego do dia reduzirão a largura de banda disponível para cada utente. A força do sinal diminui rapidamente com a distância, e é afetada pelo tempo; a linha de visão perturbada pode reduzir a qualidade do sinal. Solução provisória: será necessário investir em infraestruturas de fibra ótica num prazo de 10 a 15 anos.
• Sustentabilidade: Para aceder a futuros serviços NGA, as necessidades de largura de banda exigem frequências adicionais; no entanto, o espetro disponível é limitado.

5G e 6G — redes convergentes

5G descreve a próxima fase das normas de telecomunicações móveis para além do 4G/LTE. A quinta geração de rádio móvel está a ser desenvolvida com base na Conferência Internacional de Telecomunicações Móveis-2020. 5G permite uma latência de ponta a ponta de aplicação de 4 a 1 milissegundos, de acordo com a União Internacional de Telecomunicações (ITU). A tecnologia é capaz de pelo menos 10 Gbps carregar e 20 Gbps baixar taxas de transmissão de dados. Dispositivos e aplicativos selecionarão automaticamente a rede que melhor se adapte às suas necessidades.

As tecnologias 6G estão agora começando em todo o mundo, com os primeiros produtos e infraestruturas esperados para o final desta década. Os sistemas 6G passarão das capacidades Gigabit para Terabit e dos tempos de resposta dos submilissegundos. Isso permitirá novas aplicações, como automação em tempo real ou sensoriamento de realidade estendida («Internet de Sentidos»), coletando dados para um gêmeo digital do mundo físico.

Leia mais sobre os últimos desenvolvimentos políticos em matéria de 5G na UE.

• Prós: 5G oferece melhorias na cobertura, eficiência de sinalização, taxas de transmissão e latência reduzida. Ao contrário das redes existentes, a 5G incluirá muitas tecnologias de rádio diferentes — cada uma otimizada para uma necessidade específica (por exemplo, Internet das Coisas, comunicações críticas, ligação de automóveis, casas e infraestruturas energéticas).
• Contras: A maioria dos serviços atuais ainda não necessita dessas taxas de transmissão de dados de alta velocidade. Isto mudará à medida que novas aplicações que necessitam de enormes capacidades se desenvolverem.

Banda larga via satélite

Satélite Banda Larga, também conhecida como internet por satélite, é uma conexão de internet bidirecional de alta velocidade estabelecida através de satélites de comunicações localizados na órbita geoestacionária. O cliente final envia e recebe dados através de uma antena parabólica, por exemplo, localizada no telhado.

• Prós: Exige um baixo investimento em infraestruturas passivas, uma vez que as redes regionais e regionais não são necessárias. É fácil ligar utilizadores espalhados por uma área relativamente grande (regional, macrorregional ou mesmo nacional).
• Contras: Um número total limitado de utilizadores pode ser coberto numa região. Sua latência de sinal inerentemente alta devido ao tempo de propagação de e para o satélite dificulta certas aplicações. É necessário um investimento relativamente elevado em equipamentos ativos para utilizadores finais. 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 utentes que exigem a tecnologia de satélite. Dependendo de novos 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 conectadas de outra forma.

Satélites de órbita baixa da Terra (LEO)

Os satélites que circulam mais perto da Terra (a órbita terrestre baixa varia de cerca de 160 a 2 000 km acima da Terra) permitem um melhor desempenho na Web, cobrem vastas áreas e permitem o acesso à banda larga a preços acessíveis. Terminais pequenos e de baixo custo comunicam-se com satélites e entregam LTE, 3G e WiFi para as áreas circundantes.

SpaceX colocar milhares de pequenos, de baixo custo, satélites descartáveis em órbita (projeto Starlink). Os satélites orbitam em três conchas orbitais (1.110, 550 e 340 km) para permitir um serviço de internet mais rápido. SpaceX fornece conectividade de internet via satélite para áreas carentes do planeta, bem como fornecer um serviço a preços competitivos para áreas urbanas. Os testes da tecnologia começaram em 2018. A partir de maio de 2022, Starlink consiste em mais de 2.400 pequenos satélites produzidos em massa em órbita terrestre baixa (LEO) que se comunicam com transcetores terrestres designados.

• Prós: Os satélites de órbita média terrestre (MEO) e de órbita baixa da Terra (LEO) estão apresentando mais pequeno latência. Podem abranger vastas zonas e, assim, facilitar a cobertura da banda larga para as 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 de voo não estacionários.

Balões da Internet

Balões de Internet são enviados 20 km para a estratosfera. Software específico move-os para cima ou para baixo para encontrar os ventos certos para dirigi-los para a posição. Cada balão transporta uma conexão de internet até antenas no chão.

Projeto Loon é uma rede de balões movidos a energia solar que transmitem sinais de internet para estações terrestres, casas, locais de trabalho ou diretamente para dispositivos pessoais usando a tecnologia LTE. Balões navegam na estratosfera a uma altitude de cerca de 18 km, projetado especificamente para conectar pessoas em áreas rurais e remotas.

• Prós: Balões deInternet são capazes de trazer 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 ficarem mais tempo no ar.
• Contras: A enorme frieza acrescenta ao material de nylon do balão e o torna frágil. Os lubrificantes tornam-se resistentes a estas temperaturas. Os balões são expostos a fortes radiações ultravioletas e cósmicas e a acentuadas diferenças de pressão ao longo de sua jornada. Controlar pelas estações terrestres necessárias de balões voadores não estacionários é muito desafiador.

Fidelidade da Luz (LiFi)

O LiFi é uma tecnologia de comunicação sem fio bidirecional de alta velocidade. Ele usa a comunicação de luz visível ou infravermelho e próximo do espetro ultravioleta (em vez de ondas de radiofrequência). A luz de diodos emissores de luz (LEDs) serve como um meio para fornecer comunicação. PureLiFi demonstrou o primeiro sistema LiFi disponível comercialmente, o Li-1st. Há agora uma série de empresas que desenvolvem esta tecnologia.

• Prós: OLiFi é 100 vezes mais rápido que o WiFi, atingindo velocidades de 224 Gbps. A tecnologia é útil em áreas sensíveis eletromagnéticas, como em cabines de aeronaves, hospitais e usinas nucleares sem causar interferência eletromagnética. Além disso, espera-se que o LiFi seja dez vezes mais barato do que o WiFi.
• Contras: A tecnologia só oferece comunicação em um curto alcance. Baixa confiabilidade e altos custos de instalação são potenciais desvantagens adicionais.

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

Tendências e desenvolvimentos futuros

A investigação e o desenvolvimento centram-se cada vez mais na Rede de Protocolos All-Internet (AIPN). Isto permite melhorar a comunicação e a transmissão de dados através de tecnologias de rede baseadas em Protocolo Internet (IP) e serviços que incluem telefonia pela Internet ou 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 infraestrutura de rede subjacente. A 5G é um exemplo típico da convergência das comunicações móveis e das tecnologias paralelas de redes de banda larga existentes.

A conversão completa para infraestruturas de rede com base no Protocolo Internet (All-IP Migration) é a base para uma realização de serviços convergente na sociedade a gigabits e para o uso de várias combinações de tecnologias individuais de acesso à rede.

Os desenvolvimentos recentes envolvem infraestruturas de rede que devem ser complementadas por redes totalmente óticas, que permitirão o encaminhamento e a comutação de aplicações e conteúdos.

Uma quarta vertente de investigação inclui o tipo de transmissão de dados pós-IP, que se caracteriza por:

• Nova arquitetura com capacidade de gestão de apoio a vários domínios;
• Novos protocolos sem fio (energia e eficiência espetral) capazes de suportar uma variedade de redes sem fio, desde redes de sensores de baixa potência até redes móveis de área ampla.

As taxas de transmissão atuais e futuras, os métodos inovadores de compressão de dados e a melhoria das normas de transmissão cumprirão os serviços e aplicações com utilização intensiva de largura de banda. Note-se que a compressão causa sempre perdas em termos de qualidade dos dados (por exemplo, formatos de televisão, videoconferência).

Interessado na arquitetura e infraestrutura das redes de banda larga? Obtenha informações detalhadas sobre a rede e topologia e a decisão sobre a escolha certa de infraestrutura.