Širokopasovne povezave: Pregled tehnologije

Žične širokopasovne tehnologije

Bakrene žice

Bakrene žice so opredeljene kot „stari telefonski nezaščiteni bakreno zaviti par“, ki zagotavlja širokopasovne povezave z uporabo tehnologij xDSL, kot sta ADSL/ADSL2+ (največ 24/3 Mbps hitrost navzdol/navzgor v območju učinkovitosti največ 0,3 km) ali VDSL/VDSL2/VDSL2-Vplus/VDSL2vektoring/G.fast (z vektorizacijo največ 300/100 Mbps hitrost navzdol/navzgor v območju učinkovitosti 0,2 km).

• Prednosti: Zahtevajo razmeroma nizke naložbe, potrebne za pasivno infrastrukturo (bakrena telefonska linija je že prisotna v večini gospodinjstev), in so najmanj moteče za končne uporabnike.
• Slabosti: Visoke (prenosne) hitrosti so odvisne od dolžine bakrene linije. Tehnologija xDSL je zelo asimetrična: hitrosti nalaganja so na splošno veliko nižje od hitrosti nalaganja; to lahko ovira nove storitve (npr. računalništvo v oblaku, videokonference, delo na daljavo, prisotnost na daljavo). Potrebne so večje naložbe v aktivno opremo (z življenjsko dobo 5–10 let). To je lahko začasna rešitev, vendar bi se naložbe v optično infrastrukturo najverjetneje odložile le za 10–15 let.
• Trajnost: Novejše tehnologije, ki temeljijo na bakru (npr. Vektoring, G.fast) lahko prinese višje hitrosti, vendar trpijo zaradi enakih omejitev. Prikazujejo premostitvene tehnologije za popolno kabelsko infrastrukturo iz optičnih vlaken.

Klasična kabelska povezava bi bili dve žici telefonske linije (twisted pair), ki sta najbolj dovzetni za motnje, kot so motnje. Širokopasovni internet prek koaksialnega kabla je strankam običajno na voljo prek obstoječega omrežja kabelske televizije (CATV). Koaksialni kabel je sestavljen iz bakrenega jedra in bakrenega zaščitnega plašča. Televizijska kabelska omrežja so zato veliko učinkovitejša od tradicionalnih telefonskih omrežij.

• Prednosti: To zahteva razmeroma nizke naložbe, potrebne za pasivno infrastrukturo, in je tudi najmanj moteče za končne uporabnike. Ta infrastruktura ponuja nekoliko več možnosti za zagotavljanje višjih širokopasovnih hitrosti kot na telefonskih linijah. Izjemno hitre hitrosti so mogoče, če je infrastruktura ustrezno nadgrajena in razdalje kratke.
• Slabosti: Pasovna širina se deli med več uporabnikov, kar zmanjšuje njeno razpoložljivost v času prometnih konic v dnevu. Zaradi nezmožnosti ločevanja na kabelskem trgu praktično ni konkurence na področju storitev; Redko je prisoten na področjih digitalne delitve. Vmesna rešitev za naložbe v optično infrastrukturo bi bila najverjetneje preložena le za 10–15 let, tako kot pri bakrenih žicah.
• Trajnost: Izvajanje novih standardov (DOCSIS 3.1, 3.1 full duplex) omogoča večje pasovne širine za končne uporabnike do 10 Gb/s.

Širokopasovne povezave se lahko zagotavljajo prek obstoječih nizko- in srednjenapetostnih distribucijskih omrežij električne energije. Hitrosti BPL so primerljive s hitrostmi xDSL in koaksialnih kablov.

• Prednosti: Uvedba nove infrastrukture ni potrebna, saj se lahko uporabljajo obstoječi električni vodi. BPL ima velik potencial za prihodnost, saj električni vodi obstajajo skoraj povsod.
• Slabosti: Na redko poseljenih območjih je tehnologija ekonomsko izvedljiva za končnega uporabnika le, če je 4 do 6 domov opremljenih s transformatorji, ki omogočajo širokopasovno povezavo prek električnih vodov. V nasprotnem primeru cene za dostop do interneta za končne uporabnike presegajo cene za rešitve xDSL in koaksialnih kablov. Obstajajo tehnični izzivi zaradi zelo „hrupnega“ okolja električnih vodov ter motenj pri visokofrekvenčnih radijskih komunikacijah in radiodifuziji.

Vodi iz optičnih vlaken so sestavljeni iz kablov iz steklenih vlaken, priključenih na domove končnih uporabnikov (FTTH), stavbe (FTTB) ali ulične omarice (FTTC). Omogočajo zelo visoke hitrosti prenosa 100 Gbps in več v zelo širokem (10-60 km) območju učinkovitosti. To je najbolj v prihodnost usmerjena rešitev, vendar zahteva velike naložbe v pasivno infrastrukturo.

• Prednosti: Izjemno visoka stopnja prenosa in simetrije (Gbps in Tbps pasovne širine mogoče), manj dovzetna za motnje in skoraj nobenega padca moči na večjih razdaljah do distributerja za razliko od DSL ali VDSL in dovolj rezerv energije tudi za zahtevna gospodinjstva z več osebami.
• Slabosti: visoki stroški naložb v pasivno infrastrukturo zaradi visokih stroškov gradbeništva za izkopavanje in cevovode; nameščene infrastrukture ni mogoče najti in zahteva natančno dokumentacijo.
• Trajnost: Tehnologija naslednje generacije z zmogljivostmi za zadovoljitev potreb po visoki pasovni širini, ki se pričakujejo v bližnji prihodnosti. 

Vzpostavitev žične širokopasovne infrastrukture je možnost, ki zahteva veliko stroškov in virov. Znižanje stroškov bo spodbudilo naložbe v postavitev širokopasovnih omrežij in znižalo prag za vstop na trg. To je mogoče olajšati z dostopom do alternativnih infrastruktur in komunalnih omrežij ter z uporabo strategij za uvedbo z majhnim vplivom (npr. jarki).

Odprta konstrukcija jarka je metoda za uvajanje cevi za oskrbo in odstranjevanje. Zemljino površje se odpre in izkoplje jarek. Za polaganje telekomunikacijskih vodov se uporabljajo ročno kopanje in gradbena oprema.

• Prednosti: Odprta konstrukcija jarka se uporablja v vseh topoloških scenarijih in je na splošno izvedljiva za vse vrste površin. Trajnost je zelo visoka in ni omejitev za uporabo cevi in sestavnih delov. Potencialne stroške je mogoče prihraniti z odmikom od običajne globine, uporabo sprehajalnih ali kolesarskih poti ali uporabo jarkov.
• Slabosti: Odstopanje od običajne globine povečuje tveganje za morebitno poškodbo kabla med gradnjo in popravili sosednjih ali prekrivajočih se infrastruktur. Obnova površin je precej zapletena, gradbeno okolje pa je oslabljeno zaradi obremenitve s hrupom in prometnih motenj. Metoda je draga in kaže dolge čase gradnje.

Razrez se zmelje v cestno prevleko, asfaltno pešpot ali kolesarsko stezo, v katero se vstavijo mikroepruvete, ki se takoj zatem zaprejo s polnilom. Razlikujemo med nanotrenchingom (do 2 cm), mikro(8 cm do 12 cm), mini-(12 cm do 20 cm) ali makrotrenchingom (20 cm do 30 cm) in uporabljeno tehniko rezanja ali rezkanja.

• Prednosti: Trening obljublja kratek čas gradnje in bistveno nižje stroške gradnje. Postopek ima visoko gradbeno zmogljivost približno 600 m na dan in vodi do zelo malo prometnih motenj zaradi hitrega polnjenja cestne karoserije.
• Slabosti: Rezkane reže lahko povzročijo poškodbe na asfaltni površini v obliki razpok, usedlin ali poškodb zaradi zmrzali. Dodatna raven polaganja na cesti lahko oteži nadaljnja gradbena dela - zlasti v središču mesta - in vodi do daljših in dražjih gradenj.

Tehnika usmerjenega vrtanja omogoča polaganje cevi za zaščito kablov brez jarkov, npr. za prečkanje ovir, kot so reka, poti (zaščita dreves) in železnice. Med dvema izkopnima jamama se izvede pilotna luknja, ki jo je mogoče nadzorovati. Učinek vrtenja, gibov in udarcev ter utekočinjanja omogoča pogon v najrazličnejših pogojih tal. Z bentonitno vrtalno tekočino (vrtalna suspenzija) se zemlja zrahlja in ekstrahira (izpere). Po tem vrtalna glava razširi obstoječi kanal.

• Prednosti: Metoda je alternativa, kadar odprti jarki niso mogoči (npr. prečkanje ovir, kot so železnice ali reke) ali ekonomsko izvedljivi.
• Slabosti: Pri nizki globini in ohlapnih podlagah lahko vrtalno vzmetenje med postopkom vrtanja (izpihovanje) uide na površino. Poleg tega lahko nenatančnost nadzora povzroči odstopanja v vzdolžnem naklonu.

Ta tehnologija je postopek premikanja tal, pri katerem pnevmatsko gnano tlačno kladivo (raketa) poganja stisnjen zrak skozi tla. Zaščitna cev se v isti operaciji potegne v ustvarjeno ozemljitveno cev. Tehnologija se uporablja predvsem za povezovanje stavb.

• Prednosti: Stroški izkopavanja in obnove se prihranijo, prometne omejitve ali cestne ovire pogosto niso potrebne. Metoda prihrani čas, saj se cevi napajajo neposredno z raketo. Uporablja se lahko tudi v ekstremnih tleh in na daljših razdaljah.
• Slabosti: Globina namestitve mora biti vsaj desetkrat večja od premera rakete, da se prepreči izbočenje površine terena. Primeren je le za razmeroma kratke razdalje in ga ni mogoče uporabljati na barjih ali zelo skalnatih tleh.

Med oranjem se s pomočjo traktorja skozi jašek potegne razkladalni plug. V nastalo brazdo se položi fleksibilen kanal (mikrokabelske spojine), ki je še posebej primeren za neposredno oranje.

• Prednosti: Postopek je razmeroma poceni in omogoča usmerjanje dolgih razdalj z malo truda.
• Slabosti: Uporablja se lahko le na netesnjenih površinah in zato ni primeren za asfaltne ceste.

Montažni robot se uporablja v nedostopnih kanalih, medtem ko na prehodnih območjih delo opravljajo tehniki. Poti morajo biti nameščene tako, da servisna in čistilna dela upravljavca kanalizacije niso ovirana in da je varnost ves čas zagotovljena. Zahtevani prostor v cevnem sistemu je minimalen in ne predstavlja pomembne ovire za pogoje pretoka. Zadevni upravljavec lahko oceni, ali se ta naprava lahko uporabi. Pred odločanjem je treba upoštevati tudi lokalne razmere v zvezi s stanjem kanala, nagnjenostjo k zamašitvi, tehnologijami čiščenja ter vidiki zdravja in varnosti pri delu.

• Prednosti: Z uporabo obstoječe infrastrukture se izognemo dragim in dolgotrajnim zemeljskim napravam. Namestitev v kanalizacijske sisteme je dobra alternativa, kjer je treba čim bolj zmanjšati prometne in okoljske ovire.
• Slabosti: Pred uvedbo te tehnologije je treba ustrezno analizirati lokalne razmere in odpraviti morebitne ovire. Pomanjkljivost je, da doslej ni bilo mogoče vzpostaviti hišnih povezav. Zdaj se razvijajo različni sistemi za izvajanje hišne povezave.

Kabli iz optičnih vlaken so položeni nad lesenimi drogovi ali obstoječimi uličnimi drogovi. Ta metoda se uporablja predvsem na povezovalnih poteh na visokonapetostnih in visokonapetostnih vodih. Primeren je zlasti za oddaljene stavbe zunaj poselitvenega območja, za katere druge povezave ne bi bile ekonomsko upravičene.

• Prednosti: V primerjavi s podzemno napravo nadzemna naprava omogoča stroškovno učinkovito začetno namestitev.
• Slabosti: Kabelski sistem je izpostavljen močnejšim zunanjim vplivom, kar povečuje dovzetnost. Ker namestitev zahteva posebej usposobljeno osebje in ustrezna orodja, je namestitev kablov zato draga.

Brezžične širokopasovne tehnologije vključujejo mobilne radijske rešitve (npr. HSPA, LTE), fiksne radijske rešitve (npr. WiMAX) in satelitske rešitve.

prizemno brezžično širokopasovno povezljivost običajno zagotavljajo rešitve WiMAX (domet učinkovitosti do 60 km), Wi-Fi (domet učinkovitosti do 300 m) ali 4G/LTE/LTE Advanced (domet učinkovitosti do 3–6 km). Nadaljnje izboljšave bodo osredotočene na nove standarde z dodatnimi funkcijami in zagotavljanje dodatnih frekvenčnih spektrov (5G).

Kadar nadgradnja žične infrastrukture ni mogoča in za določeno območje niso na voljo sredstva za FTTB/FTTH, se lahko zgradi infrastruktura za prizemne brezžične širokopasovne povezave, zlasti antenske lokacije za povezave od točke do več točk (npr. WiMax, Wi-Fi, 4G/LTE).

• Prednosti: Prvi kilometrski priključki niso potrebni. Infrastruktura se lahko uporablja tudi za komercialne mobilne storitve.
• Slabosti: Ker je pasovno širino mogoče deliti med več uporabnikov, bodo obdobja prometnih konic v dnevu zmanjšala razpoložljivo pasovno širino za vsakega uporabnika. Moč signala se z razdaljo hitro zmanjšuje in nanjo vpliva vreme; Motena vidna linija lahko zmanjša kakovost signala. Začasna rešitev: naložbe v optično infrastrukturo bodo potrebne v 10–15 letih.
• Trajnost: Za dostop do prihodnjih storitev NGAso za pasovno širino potrebne dodatne frekvence; vendar je razpoložljivi spekter omejen.

5G opisuje naslednjo fazo mobilnih telekomunikacijskih standardov, ki presegajo 4G / LTE. Peta generacija mobilnega radia se razvija na podlagi Mednarodne konference o mobilnih telekomunikacijah 2020. 5G omogoča zakasnitev od konca do konca aplikacije od 4 do 1 milisekunde, v skladu z Mednarodno telekomunikacijsko zvezo (ITU). Tehnologija omogoča hitrost prenosa podatkov najmanj 10 Gb/s in 20 Gb/s. Naprave in aplikacije bodo samodejno izbrale omrežje, ki najbolj ustreza njihovim potrebam.

Tehnologije 6G se zdaj začenjajo po vsem svetu, prvi izdelki in infrastruktura pa se pričakujejo konec tega desetletja. Sistemi 6G bodo prešli z gigabitnih na terabitne zmogljivosti in podmilisekundne odzivne čase. To bo omogočilo nove aplikacije, kot sta avtomatizacija v realnem času ali zaznavanje razširjene resničnosti („internet čutov“), zbiranje podatkov za digitalnega dvojčka fizičnega sveta.

Preberite več o najnovejšem razvoju politike v zvezi s 5G v EU.

• Prednosti: 5G ponuja izboljšave pokritosti, učinkovitosti signalizacije, stopnje prenosa in zmanjšano latenco. Za razliko od obstoječih omrežij bo 5G vključeval številne različne radijske tehnologije, od katerih bo vsaka optimizirana za posebne potrebe (npr. internet stvari, kritične komunikacije, povezovanje avtomobilov, hiš in energetske infrastrukture).
• Slabosti: Večina sedanjih storitev še ne potrebuje takih hitrosti prenosa podatkov z visoko hitrostjo. To se bo spremenilo z razvojem novih aplikacij, ki potrebujejo ogromne zmogljivosti.

Satelitska širokopasovna povezava, imenovana tudi internet po satelitu, je visokohitrostna dvosmerna internetna povezava, vzpostavljena prek komunikacijskih satelitov, ki se nahajajo v geostacionarni (GEO) ali negeostacionarni (NGSO) orbiti. NGSO sateliti se lahko nahajajo na srednji Zemljini orbiti (MEO) ali nizki Zemljini orbiti (LEO). Končni odjemalec pošilja in prejema podatke prek satelitskega krožnika, ki se nahaja npr. na strehi.

• Prednosti: Za pasivno infrastrukturo so potrebne majhne naložbe, saj regionalna hrbtenična in območna omrežja niso potrebna. Uporabnike, razpršene po razmeroma velikem območju (regionalnem, makroregionalnem ali celo nacionalnem), je enostavno povezati.
• Slabosti: Omejeno skupno število uporabnikov je mogoče zajeti v eni regiji. Njegova sama po sebi visoka zakasnitev signala zaradi časa širjenja do satelita in od njega ovira nekatere aplikacije. Potrebna je razmeroma velika naložba v opremo za aktivne končne uporabnike. Slabo vreme in omejena vidljivost lahko zmanjšata kakovost signala. Podatkovni promet je običajno omejen mesečno ali dnevno v trenutnih komercialnih ponudbah.
• Trajnost: Razpoložljiva pasovna širina je še posebej odvisna od števila uporabnikov, ki zahtevajo satelitsko tehnologijo. Glede na nadaljnje razvojne možnosti (npr. metode prenosa, satelitska konstelacija) bo imela tehnologija pomembno vlogo pri pokrivanju območij, ki sicer še niso povezana.

Sateliti, ki krožijo bližje Zemlji (nizka zemeljska orbita sega od približno 160 do 2000 km nad Zemljo), omogočajo višje hitrosti prenosa podatkov, pokrivajo široka območja in omogočajo cenovno ugoden širokopasovni dostop. Majhni, poceni uporabniški terminali komunicirajo s sateliti in dostavljajo 5G, LTE in WiFi na okoliška območja.

SpaceX je v orbito poslal na tisoče majhnih, poceni satelitov za enkratno uporabo (projektStarlink). Sateliti krožijo v treh orbitalnih lupinah (1.110, 550 in 340 km), da bi omogočili hitrejšo internetno storitev. SpaceX zagotavlja satelitsko internetno povezljivost za nezadostno pokrita območja planeta, kot tudi konkurenčne cene storitev za mestna območja. Testiranje tehnologije se je začelo leta 2018. Od marca 2024 je Starlink sestavljen iz več kot 6.000 množično proizvedenih majhnih satelitov v nizki zemeljski orbiti (LEO), ki komunicirajo z določenimi zemeljskimi oddajniki.

• Prednosti: Sateliti srednje zemeljske orbite (MEO) in nizke zemeljske orbite (LEO) imajo nižjo latenco. Pokrivajo lahko široka območja in tako olajšajo širokopasovno pokritost zelo podeželskih in oddaljenih območij.  
• Slabosti: Velika mreža satelitov, izstreljenih v orbito, je potrebna za pokrivanje širokih območij / večine planeta. To pa povzroča visoke stroške za dobaviteljska podjetja, tudi v smislu nadzora nestacionarnih letečih satelitov s strani potrebnih zemeljskih postaj.

Postaje platforme za visoke višine kot bazne postaje IMT (HIBS)

Postaje na ploščadi za visoke višine (HAPS) kot bazne postaje za mednarodne mobilne telekomunikacije (IMT) (HIBS) so zračne ploščadi, ki lahko delujejo kot letalske bazne postaje. HIBS je mogoče integrirati z novim radijskim omrežjem 5G (NR) kot nezemeljskim omrežnim sredstvom. HIBS omogočajo uporabo HAPS za dopolnitev prizemne pokritosti IMT, pri čemer imajo koristi od platform, ki se nahajajo v stratosferi, kar omogoča veliko širšo pokritost v primerjavi s konvencionalnimi prizemnimi rešitvami. HIBS zagotavlja povezljivost z istimi mobilnimi napravami kot prizemna omrežja, kar povečuje globalno pokritost in širi mobilno povezljivost. 

• Prednosti: HIBS razširja komunikacijsko pokritost, ki obravnava obstoječe digitalne vrzeli, zlasti v nezagotovljenih ali slabo pokritih skupnostih.
• Slabosti: Za družbo HIBS je doseganje strogih ciljev glede operativne zanesljivosti in razpoložljivosti starih telekomunikacijskih omrežij izziv. Medtem ko se povprečni čas med okvarami (MTBF) izboljšuje, telekomunikacijske operacije zahtevajo še večjo zanesljivost in razpoložljivost.

Internetni baloni so poslani 20 km v stratosfero. Specifična programska oprema jih premakne navzgor ali navzdol, da najde prave vetrove, da jih usmeri v položaj. Vsak balon oddaja internetno povezavo do anten na tleh.

Projekt Loon je mreža balonov na sončno energijo, ki prenašajo internetne signale zemeljskim postajam, domovom, delovnim mestom ali neposredno osebnim napravam z uporabo tehnologije LTE. Baloni plujejo po stratosferi na nadmorski višini približno 18 km, posebej zasnovani za povezovanje ljudi na podeželskih in oddaljenih območjih.

• Prednosti: Internetni baloni lahko prinesejo internetni dostop do najbolj oddaljenih delov planeta. Algoritmi umetne inteligence zagotavljajo, da baloni najdejo in izkoristijo optimalne tokove vetra, da ostanejo dlje v zraku.
• Slabosti: Ogromna hladnost dodaja najlonskemu materialu balona in ga naredi krhkega. Maziva pri teh temperaturah postanejo trda. Baloni so med potovanjem izpostavljeni močnemu ultravijoličnemu in kozmičnemu sevanju ter izrazitim razlikam v tlaku. Nadzor nad nestacionarnimi letečimi baloni na potrebnih zemeljskih postajah je zelo zahteven.

LiFi je dvosmerna, visokohitrostna brezžična komunikacijska tehnologija. Uporablja komunikacijo vidne svetlobe ali infrardeči in blizu ultravijoličnega (namesto radiofrekvenčnih valov) spektra. Svetloba iz svetlečih diod (LED) služi kot medij za komunikacijo. PureLiFi je predstavil prvi komercialno dostopen sistem LiFi, Li-1st. Obstaja veliko podjetij, ki razvijajo to tehnologijo.

• Prednosti: LiFi je 100-krat hitrejši od WiFi in dosega hitrosti 224 Gbps. Tehnologija je uporabna na elektromagnetno občutljivih področjih, kot so letalske kabine, bolnišnice in jedrske elektrarne, ne da bi povzročala elektromagnetne motnje. Poleg tega naj bi bil LiFi desetkrat cenejši od WiFi-ja.
• Slabosti: Tehnologija omogoča komunikacijo le na kratkih razdaljah. Nizka zanesljivost in visoki stroški namestitve so dodatne potencialne slabosti.

Primerjava širokopasovnih tehnologij daje pregled in pomaga izbrati najboljšo tehnologijo.

Raziskave in razvoj se vse bolj osredotočajo na vsesplošno internetno protokolno omrežje (AIPN). To omogoča izboljšanje komunikacije in prenosa podatkov prek omrežnih tehnologij in storitev na podlagi internetnega protokola (IP), ki vključujejo internetno telefonijo ali VoIP (internetni protokol za govor prek interneta).

Prenos podatkovnih paketov na podlagi IP omogoča razvoj inovativnih storitev in aplikacij neodvisno od osnovne omrežne infrastrukture. 5G je tipičen primer zbliževanja mobilnih komunikacij in vzporednih obstoječih širokopasovnih omrežnih tehnologij.

Popolna pretvorba v omrežne infrastrukture na podlagi internetnega protokola (vse-IP migracija) je osnova za konvergentno realizacijo storitev v gigabitni družbi in za uporabo različnih kombinacij posameznih tehnologij za dostop do omrežja.

Nedavni razvoj vključuje omrežne infrastrukture, ki jih bodo dopolnjevala vseoptična omrežja, kar bo omogočilo usmerjanje aplikacij in vsebin ter preklapljanje.

Četrti sklop raziskav vključuje vrsto prenosa podatkov po obdobju preiskave v zvezi s pregledom, za katero so značilni:

• nova arhitektura z zmogljivostjo upravljanja, ki podpira več področij;
• Novi brezžični protokoli (energijska in spektralna učinkovitost), ki lahko podpirajo različna brezžična omrežja, od senzorskih omrežij z zelo majhno močjo do širokopasovnih mobilnih omrežij.

Obstoječe in prihodnje stopnje prenosa, inovativne metode stiskanja podatkov in izboljšave standardov prenosa bodo ustrezale storitvam in aplikacijam z intenzivno pasovno širino. Opozoriti je treba, da stiskanje vedno povzroči izgubo kakovosti podatkov (npr. televizijskih formatov, videokonferenc).

Vas zanima arhitektura in infrastruktura širokopasovnih omrežij? Pridobite podrobne informacije o omrežju in topologiji ter odločitev o pravi izbiri infrastrukture.