Bandă largă: Prezentare generală a tehnologiei

Tehnologii în bandă largă cu fir

O gamă largă de tehnologii de comunicare cu capacități tehnice diferite sunt capabile să furnizeze internet de mare viteză gospodăriilor. Tehnologiile cu fir includ cablul de cupru (xDSL), cablul coaxial (de exemplu, HFC), banda largă prin linii electrice (BPL) și cablul din fibră optică (FTTx).

Fire de cupru

Firele de cupru sunt definite ca „pereche din cupru răsucit din cupru neetanșat”, oferind conexiuni în bandă largă utilizând tehnologii xDSL, cum ar fi ADSL/ADSL2 +(valoare maximă de 24/3 Mbps în jos/în amonte în intervalul de eficiență de maximum 0,3 km) sau VDSL2/VDSL2 -Vplus/VDSL2 vectoring/G.fast (cu o viteză de vectorizare de maximum 300/100 Mbps în jos/în amonte în intervalul de eficiență de 0,2 km).

• Pros: Acestea necesită investiții relativ scăzute necesare pentru infrastructura pasivă (o linie telefonică din cupru este deja prezentă în majoritatea gospodăriilor) și sunt cel mai puțin perturbatoare pentru utilizatorii finali.
• Contra: Vitezele mari (descărcare) depind de lungimea liniei de cupru. Tehnologia xDSL este puternic asimetrică: vitezele de încărcare sunt, în general, mult mai mici decât vitezele de descărcare; acest lucru ar putea împiedica noi servicii (de exemplu, cloud computing, videoconferințe, telemuncă, teleprezență). Sunt necesare investiții mai mari în echipamente active (cu o durată de viață de 5-10 ani). Aceasta ar putea fi o soluție intermediară, dar, cel mai probabil, investițiile în infrastructura de fibră optică ar fi amânate doar cu 10-15 ani.
• Sustenabilitate: Tehnologii mai noi pe bază de cupru (de exemplu: Vectoring, G.fast) poate oferi viteze mai mari, dar suferă de aceleași limitări. Acestea demonstrează tehnologii de corelare către infrastructuri complete de cabluri cu fibră optică.

Cabluri coaxiale

Conexiunea clasică prin cablu ar fi cele două fire ale unei linii telefonice („pereche răsucită”), cele mai predispuse la efecte perturbatoare, cum ar fi interferențele. Internetul în bandă largă prin cablu coaxial este de obicei oferit clienților prin rețeaua de televiziune prin cablu (CATV) existentă. Cablul coaxial constă dintr-un miez de cupru și un strat de protecție din cupru. Prin urmare, rețelele de cablu TV sunt mult mai eficiente decât rețelele de telefonie tradiționale.

• Pros: Acest lucru necesită investiții relativ scăzute necesare pentru infrastructura pasivă și este, de asemenea, cel mai puțin perturbator pentru utilizatorii finali. Această infrastructură oferă ușor mai multe oportunități de a furniza viteze mai mari în bandă largă decât pe liniile telefonice. Sunt posibile viteze ultra-rapide, în cazul în care infrastructura este modernizată în mod corespunzător și distanțele sunt scurte.
• Contra: Lățimea de bandă este împărțită între mai mulți utilizatori, reducându-i disponibilitatea în perioadele de trafic de vârf ale zilei. Imposibilitatea separării face ca concurența serviciilor să lipsească practic pe piața cablurilor; rareori sunt prezente în zonele de diviziune digitală. O soluție intermediară de a investi în infrastructura de fibră optică ar fi, cel mai probabil, amânată cu 10-15 ani, la fel ca în cazul firelor de cupru.
• Sustenabilitate: Punerea în aplicare a noilor standarde (DOCSIS 3.1, 3.1 full duplex) permite o lățime de bandă mai mare pentru utilizatorii finali de până la 10 Gbps.

Bandă largă peste linia electrică (BPL)

Banda largă poate fi livrată prin rețelele existente de distribuție a energiei electrice de joasă și medie tensiune. Vitezele BPL sunt comparabile cu cele ale cablurilor xDSL și coaxiale.

• Pros: Nu este necesar să se instaleze noi infrastructuri, deoarece pot fi utilizate liniile electrice existente. BPL are un mare potențial viitor, deoarece liniile electrice există aproape peste tot.
• Contra: În zonele slab populate, tehnologia este viabilă din punct de vedere economic pentru utilizatorul final numai dacă 4-6 locuințe sunt echipate cu transformatoare pentru a pune banda largă la dispoziție pe liniile electrice. În caz contrar, prețurile utilizatorilor finali pentru accesul la internet le depășesc pe cele pentru soluțiile de cablu xDSL și coaxial. Există provocări tehnice din cauza faptului că liniile electrice sunt un mediu foarte „zgomot” și interferează cu comunicațiile radio de înaltă frecvență și cu radiodifuziunea.

Fibră optică

Liniile de fibră optică constau în cabluri din fibră de sticlă conectate la locuințele utilizatorilor finali (FTTH), clădiri (FTTB) sau dulapuri stradale (FTTC). Acestea permit viteze de transmisie foarte ridicate de 100 Gbps și mai mult în intervalul de eficiență foarte larg (10-60 km). Aceasta este soluția cea mai orientată spre viitor, dar necesită investiții mari în infrastructura pasivă.

• Pros: Nivel extrem de ridicat de rate de transmisie și simetrie (lățimi de bandă Gbps și Tbps posibile), mai puțin sensibile la interferențe și aproape orice scădere de putere la distanțe mai mari față de distribuitor, spre deosebire de DSL sau VDSL și suficiente rezerve de energie, de asemenea, pentru gospodăriile cu mai multe persoane solicitante.
• Contra: Costuri ridicate de investiții în infrastructura pasivă din cauza costurilor ridicate ale ingineriei civile pentru excavare și conducte; infrastructura implementată nu poate fi localizată și necesită o documentație exactă.
• Sustenabilitate: Tehnologie de generație următoare, cu capacități de a satisface cerințele de lățime de bandă ridicate așteptate în viitorul apropiat. 

Metode de implementare

Implementarea infrastructurii de bandă largă prin cablu este o opțiune care necesită costuri și resurse. Reducerea costurilor va încuraja investițiile în extinderea benzii largi și va reduce pragul de intrare pe piață. Acest lucru poate fi facilitat prin accesarea unor infrastructuri și rețele de utilități alternative și prin utilizarea unor strategii de implementare cu impact redus (de exemplu, tranșee).

Instalare în sol (prin trencher)

Construcția șanțului deschis este o metodă de implementare a conductelor de alimentare și eliminare. Suprafața pământului este deschisă și un șanț este excavat. Pentru montarea liniilor de telecomunicații, se utilizează săpături manuale, precum și echipamente de construcție.

• Pros: Construcția șanțuluideschis este utilizată în toate scenariile topologice și este, în general, fezabilă pentru toate tipurile de suprafețe. Durabilitatea este foarte mare și nu există nicio restricție pentru utilizarea țevilor și componentelor. Costurile potențiale pot fi economisite de la adâncimea obișnuită, desfășurându-se pe trasee de mers pe jos sau ciclism sau folosind un șanț.
• Contra: Abaterea de la adâncimea normală crește riscul de posibile deteriorări ale cablurilor în cursul lucrărilor de construcție și reparații ale infrastructurilor adiacente sau suprapuse. Restaurarea suprafețelor este destul de complexă, iar mediul clădirii este afectat de poluarea fonică și perturbarea traficului. Metoda este costisitoare și prezintă timpi de construcție lungi.

Șanțuri

O fantă este măcinată într-un capac de drum, o pasarelă de asfalt sau o pistă de ciclism, în care se introduc microtuburi și apoi se închid imediat după aceea cu o umplutură. Se face o distincție între nanotrenching (până la 2 cm), micro-(8 cm până la 12 cm), mini-(12 cm până la 20 cm) sau macrotrenching (20 cm până la 30 cm) și tehnica de tăiere sau frezare utilizată.

• Pros: Trenching promite timpi de construcție scurti și costuri de construcție semnificativ mai mici. Procesul are un randament ridicat de construcție de aproximativ 600 m pe zi și duce la foarte puține deficiențe de trafic din cauza reumplerii rapide a caroseriei.
• Contra: Fantele măcinate pot duce la deteriorarea suprafeței asfaltului sub formă de fisuri, decantare sau deteriorare a înghețului. Nivelul suplimentar de stabilire a drumurilor poate face ca lucrările ulterioare de inginerie civilă – în special în zona interioară a orașului – să fie mai dificile și să conducă la construcții mai lungi și mai costisitoare.

Foraj direcțional orizontal

Tehnica de foraj direcțional permite montarea conductelor de protecție a cablurilor fără șanțuri, de exemplu, utilizate pentru traversarea obstacolelor, cum ar fi râurile, bulevardele (protecția arborilor) și căile ferate. O gaură pilot controlabilă este efectuată între două gropi de excavare. Efectul mișcărilor de rotație, accident vascular cerebral și de impact și lichefiere permite o propulsie într-o mare varietate de condiții de sol. Cu ajutorul unui lichid de foraj bentonit (suspensie de foraj), solul este slăbit și extras (clătit). După aceea, capul de foraj extinde canalul existent.

• Pros: Metoda oferă o alternativă atunci când șanțurile deschise nu sunt posibile (de exemplu, traversarea obstacolelor, cum ar fi căile ferate sau râurile) sau sunt fezabile din punct de vedere economic.
• Contra: La adâncime scăzută și la soluri libere, suspensia de foraj poate scăpa la suprafață în timpul procesului de foraj (exploatare). În plus, inexactitățile de control pot provoca abateri în gradientul longitudinal.

Foraj

Această tehnologie este un proces de deplasare a solului în care un ciocan de deplasare a solului acționat pneumatic (rachetă) este condus prin sol de aer comprimat. Un tub de protecție este tras în tubul de sol creat în aceeași operație. Tehnologia este folosită în special pentru conectarea clădirilor.

• Pros: Costurile de excavare și restaurare sunt economisite, restricțiile de trafic sau barierele rutiere nu sunt adesea necesare. Metoda economisește timp, deoarece țevile sunt alimentate direct cu racheta. Poate fi folosit chiar și pe soluri extreme și la distanțe mai lungi.
• Contra: Adâncimea de desfășurare trebuie să fie de cel puțin zece ori diametrul rachetei pentru a evita umflarea suprafeței terenului. Este potrivit numai pentru distanțe relativ scurte și nu poate fi utilizat în mlaștini sau soluri foarte stâncoase.

Tehnici de arare

În timpul procesului de arat, un plug de instalare este tras prin prada cu ajutorul unui tractor. O conductă flexibilă (compuși microcablu) este așezată în brazda rezultată, potrivită în special pentru aratul direct.

• Pros: Procedura este relativ ieftină și permite rutarea distanțelor lungi cu puțin efort.
• Contra: Acesta poate fi utilizat numai pe suprafețe nesigilate și, prin urmare, nu este potrivit pentru drumurile de asfalt.

Instalarea în sistemele de canalizare

Un robot de asamblare este utilizat în conducte inaccesibile, în timp ce în zonele pietonale, lucrările sunt efectuate de tehnicieni. Rutele trebuie instalate astfel încât să nu fie împiedicate serviciile și lucrările de curățare ale operatorului de canalizare, iar siguranța să fie asigurată în orice moment. Spațiul necesar în sistemul de conducte este minim și nu reprezintă un obstacol semnificativ în calea condițiilor de curgere. Operatorul respectiv poate evalua dacă această instalație poate fi aplicată. De asemenea, situația locală în ceea ce privește starea canalului, tendința de înfundare, tehnologiile de curățare, aspectele legate de sănătatea și securitatea la locul de muncă ar trebui luate în considerare înainte de luarea deciziilor.

• Pros: Prin utilizarea infrastructurii existente, sunt evitate instalațiile terestre costisitoare și de lungă durată. Instalarea în sistemele de canalizare este o alternativă bună ori de câte ori trebuie reduse la minimum deteriorarea traficului și a mediului.
• Contra: Situația locală trebuie analizată în mod corespunzător și eventualele obstacole trebuie rezolvate înainte de punerea în aplicare a acestei tehnologii. Un dezavantaj este că până acum nu s-a putut face nici o legătură cu casa. În prezent, există diferite sisteme care evoluează pentru implementarea conexiunii la domiciliu.

Instalare supraterană

Cablurile din fibre optice sunt așezate peste catarguri din lemn sau stâlpi stradali existente. Această metodă este utilizată în principal la rutele de conectare pe linii de înaltă și înaltă tensiune. Este adecvat în special pentru clădirile îndepărtate din afara zonei de așezare, pentru care alte conexiuni nu ar fi viabile din punct de vedere economic.

• Pros: În comparație cu instalația subterană, instalația de suprafață face posibilă o instalare inițială rentabilă.
• Contra: Sistemul de cabluri este expus la influențe externe mai puternice, ceea ce crește sensibilitatea. Deoarece instalația necesită personal special instruit și instrumente adecvate, instalarea cablurilor este, prin urmare, costisitoare.

Tehnologii wireless în bandă largă

Tehnologiile wireless în bandă largă includ soluții radio mobile (de exemplu, HSPA, LTE), soluții radio fixe (de exemplu, WiMAX) și soluții prin satelit.

Site-uri de antenă pentru conexiuni wireless

O conectivitate terestră wireless în bandă largă este asigurată, de obicei, de soluții WiMAX (până la 60 km de eficiență), Wi-Fi (interval de eficiență de până la 300 m) sau 4G/LTE/LTE Advanced (interval de eficiență de până la 3-6 km). Îmbunătățirile suplimentare se vor axa pe noi standarde cu caracteristici suplimentare și pe furnizarea de frecvențe suplimentare (5G).

Ori de câte ori modernizarea infrastructurii cu fir nu este posibilă, iar fondurile pentru FTTB/FTTH nu sunt disponibile pentru o anumită zonă, o opțiune este de a construi infrastructură pentru banda largă terestră fără fir, în principal site-uri de antenă pentru conexiuni punct-la-multipunct (de exemplu, WiMax, Wi-Fi, 4G/LTE).

• Pros: Nu sunt necesare conexiuni de sârmă de la primul kilometru. Infrastructura poate fi utilizată și pentru servicii mobile comerciale.
• Contra: Deoarece lățimea de bandă poate fi partajată între mai mulți utilizatori, perioadele de trafic de vârf ale zilei vor reduce lățimea de bandă disponibilă pentru fiecare utilizator. Puterea semnalului scade rapid cu distanța și este afectată de vreme; perturbarea liniei de vedere poate reduce calitatea semnalului. Soluție intermediară: investițiile în infrastructura de fibră optică vor fi necesare în termen de 10-15 ani.
• Sustenabilitate: Pentru a accesa viitoarele servicii NGA, nevoile de lățime de bandă necesită frecvențe suplimentare; cu toate acestea, spectrul disponibil este limitat.

5G și 6G – rețele convergente

5G descrie următoarea etapă a standardelor de telecomunicații mobile dincolo de 4G/LTE. Cea de-a cincea generație de radio mobil este în curs de dezvoltare pe baza Conferinței Internaționale de Telecomunicații Mobile-2020. 5G permite o latență end-to-end de 4 până la 1 milisecunde, potrivit Uniunii Internaționale a Telecomunicațiilor (UIT). Tehnologia este capabilă să încarce cel puțin 10 Gbps și o rată de transmitere a datelor de descărcare de 20 Gbps. Dispozitivele și aplicațiile vor selecta automat rețeaua care se potrivește cel mai bine nevoilor lor.

Tehnologiile 6G încep acum în întreaga lume, primele produse și infrastructuri fiind așteptate pentru sfârșitul acestui deceniu. Sistemele 6G vor trece de la capacitățile Gigabit la Terabit și timpii de răspuns sub-milisecunde. Acest lucru va permite noi aplicații, cum ar fi automatizarea în timp real sau detectarea extinsă a realității („Internet of Senses”), colectarea de date pentru un geamăn digital al lumii fizice.

Citiți mai multe despre cele mai recente evoluții în materie de politici privind tehnologia 5G în UE.

• Pros: 5G oferă îmbunătățiri în ceea ce privește acoperirea, eficiența semnalizării, ratele de transmisie și latența redusă. Spre deosebire de rețelele existente, tehnologia 5G va include multe tehnologii radio diferite – fiecare optimizată pentru o anumită nevoie (de exemplu, internetul obiectelor, comunicațiile critice, conectarea autoturismelor, a caselor și a infrastructurilor energetice).
• Contra: Majoritatea serviciilor actuale nu au încă nevoie de astfel de rate de transmitere a datelor de mare viteză. Acest lucru se va schimba pe măsură ce se vor dezvolta noi aplicații care necesită capacități enorme.

Bandă largă prin satelit

Bandă largă prin satelit, de asemenea, cunoscut sub numele de internet-by-satellite, este o conexiune de internet bidirecțională de mare viteză stabilită prin intermediul sateliților de comunicații situate pe orbita geostaționară. Clientul final trimite și primește date printr-o antenă prin satelit, de exemplu, situată pe acoperiș.

• Pros: Este nevoie de investiții reduse pentru infrastructura pasivă, deoarece nu sunt necesare rețele regionale și regionale. Este ușor să se conecteze utilizatorii împrăștiați pe o suprafață relativ mare (regională, macroregională sau chiar națională).
• Contra: Numărul total limitat de utilizatori poate fi acoperit într-o singură regiune. Latența sa inerent ridicată a semnalului datorită timpului de propagare către și de la satelit împiedică anumite aplicații. Este necesară o investiție relativ ridicată pentru echipamentele active ale utilizatorilor finali. Vremea rea și linia de vizibilitate limitată pot reduce calitatea semnalului. Traficul de date este de obicei limitat lunar sau zilnic în ofertele comerciale curente.
• Sustenabilitate: Lățimea de bandă disponibilă depinde în special de numărul de utilizatori care solicită tehnologia prin satelit. În funcție de potențialul de dezvoltare (de exemplu, metodele de transmisie, constelația prin satelit), tehnologia va juca un rol semnificativ în acoperirea zonelor care nu sunt încă conectate.

Sateliți cu orbită joasă (LEO)

Sateliții care circulă mai aproape de Pământ (o orbită joasă a Pământului de la aproximativ 160 la 2 000 km deasupra Pământului) permit o performanță web mai bună, acoperă zone largi și permit accesul în bandă largă la prețuri accesibile. Terminalele mici, low-cost, comunică cu sateliții și livrează LTE, 3G și WiFi în zonele înconjurătoare.

SpaceX a pus pe orbită mii de sateliți mici, low-cost, de unică folosință (proiectul Starlink). Sateliții orbitează în trei cochilii orbitale (1,110, 550 și 340 km) pentru a permite un serviciu de internet mai rapid. SpaceX oferă conectivitate la internet prin satelit în zonele insuficient deservite ale planetei, precum și oferă servicii la prețuri competitive pentru zonele urbane. Testarea tehnologiei a început în 2018. Începând cu mai 2022, Starlink este format din peste 2.400 de sateliți mici produși în masă pe orbita joasă a Pământului (LEO), care comunică cu transmițătoarele terestre desemnate.

• Pros: Orbita Pământului mediu (MEO) și orbita joasă a Pământului (LEO) au o latență mai mică. Acestea pot acoperi zone largi și, astfel, pot facilita acoperirea în bandă largă pentru zonele foarte rurale și îndepărtate.  
• Contra: O rețea mare de sateliți lansați pe orbită este necesară pentru a acoperi zone largi/cea mai mare parte a planetei. Acest lucru, la rândul său, generează costuri ridicate pentru companiile furnizoare, inclusiv în ceea ce privește controlul de către stațiile terestre necesare a sateliților de zbor nestaționari.

Baloane pe Internet

Baloanele de internet sunt trimise la 20 km în stratosferă. Software-ul specific le mută în sus sau în jos pentru a găsi vânturile potrivite pentru a le direcționa în poziție. Fiecare balon fasciculează o conexiune la internet până la antenele de la sol.

Project Loon este o rețea de baloane solare care transmit semnale de internet către stații terestre, case, locuri de muncă sau direct către dispozitive personale care utilizează tehnologia LTE. Baloanele navighează în stratosferă la o altitudine de aproximativ 18 km, special concepute pentru a conecta oamenii din zonele rurale și îndepărtate.

• Pros: Baloanele deinternet sunt capabile să aducă acces la internet în cele mai îndepărtate părți ale planetei. Algoritmii AI asigură că baloanele găsesc și exploatează fluxurile optime ale vântului pentru a rămâne mai mult în aer.
• Contra: Răceala enormă se adaugă materialului din nailon al balonului și îl face fragil. Lubrifianții devin duri la aceste temperaturi. Baloanele sunt expuse la radiații ultraviolete și cosmice puternice și diferențe de presiune marcate pe parcursul călătoriei lor. Controlul de către stațiile terestre necesare a baloanelor zburătoare non-staționare este foarte dificil.

Fidelitatea luminii (LiFi)

LiFi este o tehnologie de comunicare wireless bidirecțională, de mare viteză. Utilizează comunicarea luminii vizibile sau spectrul infraroșu și aproape ultraviolet (în locul undelor de frecvență radio). Lumina diodelor emițătoare de lumină (LED-uri) servește ca mediu pentru a furniza comunicații. PureLiFi a demonstrat primul sistem LiFi disponibil comercial, Li-1st. În prezent, există o serie de companii care dezvoltă această tehnologie.

• Pros: LiFi este de 100 de ori mai rapid decât WiFi-ul, atingând viteze de 224 Gbps. Tehnologia este utilă în zonele sensibile electromagnetice, cum ar fi în cabinele aeronavelor, spitale și centrale nucleare, fără a provoca interferențe electromagnetice. În plus, LiFi este de așteptat să fie de zece ori mai ieftin decât WiFi.
• Contra: Tehnologia oferă comunicații doar pe o rază scurtă de acțiune. Fiabilitatea scăzută și costurile ridicate de instalare reprezintă și mai multe dezavantaje potențiale.

O comparație a tehnologiilor în bandă largă oferă o imagine de ansamblu și ajută la alegerea celei mai bune tehnologii.

Tendințe și evoluții viitoare

Cercetarea și dezvoltarea se concentrează din ce în ce mai mult pe rețeaua de protocol all-internet (AIPN). Acest lucru permite îmbunătățirea comunicațiilor și a transmisiei de date prin intermediul tehnologiilor și serviciilor de rețea bazate pe Internet Protocol (IP) care includ telefonie prin internet sau VoIP (Voice-over Internet Protocol).

Transmisia de pachete de date bazate pe IP permite dezvoltarea de servicii și aplicații inovatoare, independent de infrastructura de rețea de bază. 5G este un exemplu tipic de convergență a comunicațiilor mobile și a tehnologiilor de rețea în bandă largă existente în paralel.

Conversia completă la infrastructuri de rețea bazate pe Internet Protocol (All-IP Migration) este baza pentru realizarea unui serviciu convergent în societatea gigabiților și pentru utilizarea diferitelor combinații de tehnologii individuale de acces la rețea.

Evoluțiile recente implică completarea infrastructurilor de rețea cu rețele all-optical, ceea ce va permite redirecționarea și schimbarea aplicațiilor și a conținutului.

O a patra componentă de cercetare include transmiterea datelor post-IP, care se caracterizează prin:

• O nouă arhitectură cu capacități de gestionare care să sprijine mai multe domenii;
• Noi protocoale fără fir (energie și eficiență spectrală) capabile să susțină o varietate de rețele fără fir, de la rețele cu senzori de putere foarte mică la rețele mobile cu arie largă.

Ratele de transmisie existente și viitoare, metodele inovatoare de compresie a datelor și îmbunătățirea standardelor de transmisie vor respecta serviciile și aplicațiile care utilizează intensiv lățimea de bandă. Trebuie remarcat faptul că compresia cauzează întotdeauna pierderi în ceea ce privește calitatea datelor (de exemplu, formatele TV, videoconferințele).

Sunteți interesat de arhitectura și infrastructura rețelelor de bandă largă? Obțineți informații detaliate privind rețeaua și topologia și decizia cu privire la alegerea corectă a infrastructurii.