Širokopasovna povezava: Pregled tehnologije

Žične širokopasovne tehnologije

Široka paleta komunikacijskih tehnologij z različnimi tehničnimi zmogljivostmi lahko gospodinjstvom zagotovi visokohitrostni internet. Žične tehnologije vključujejo bakreni kabel (xDSL), koaksialni kabel (npr. HFC), širokopasovno povezavo prek električnih vodov (BPL) in kabel iz optičnih vlaken (FTTx).

Bakrene žice

Bakrene žice so opredeljene kot „nezaščiteni bakreni zvit par“, ki zagotavlja širokopasovne povezave z uporabo tehnologij xDSL, kot sta ADSL/ADSL2 +(največ 24/3 Mbps navzdol/navzvodna hitrost v območju učinkovitosti največ 0,3 km) ali VDSL2/VDSL2 -Vplus/VDSL2/G.fast (z vektorsko hitrostjo največ 300/100 Mbps navzdol/navzvodno hitrostjo v območju učinkovitosti 0,2 km).

• Strani, ki se povezujejo na: Za pasivno infrastrukturo so potrebne razmeroma nizke naložbe (v večini gospodinjstev je že prisotna bakrena telefonska linija) in najmanj moteče za končne uporabnike.
• Strani, ki se povezujejo na: Visoke hitrosti (prenos) so odvisne od dolžine bakrene linije. XDSL tehnologija je zelo asimetrična: hitrosti nalaganja so na splošno veliko nižje od hitrosti prenosa; 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 na osnovi bakra (npr.: Vektorstvo, G.fast) lahko prinese višje hitrosti, vendar trpi zaradi enakih omejitev. Predstavljajo premostitvene tehnologije za popolno kabelsko infrastrukturo iz optičnih vlaken.

Koaksialni kabli

Klasična kabelska povezava bi bila dve žici telefonske linije („twisted par“), ki sta najbolj nagnjeni k motnjam, kot so motnje. Širokopasovni internet prek koaksialnega kabla je strankam običajno na voljo prek obstoječega omrežja kabelske televizije (CATV). Koaksialni kabel je sestavljen iz bakrovega jedra in bakrene obloge. Televizijska kabelska omrežja so zato veliko bolj učinkovita od tradicionalnih telefonskih omrežij.

• Strani, ki se povezujejo na: 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 povezavah. Ultra hitre hitrosti so možne, če je infrastruktura ustrezno nadgrajena in so razdalje kratke.
• Strani, ki se povezujejo na: Pasovno širino si deli več uporabnikov, kar zmanjšuje njeno razpoložljivost v prometnih konicah dneva. Nezmožnost ločevanja povzroča, da na trgu kablov v bistvu ni konkurence na področju storitev; redko se pojavljajo na digitalnih področjih. Začasna rešitev za naložbe v optično infrastrukturo bi bila najverjetneje odložena le za 10–15 let kot pri bakrenih žicah.
• Trajnost: Uvedba novih standardov (DOCSIS 3.1, 3.1 Full Duplex) omogoča večje pasovne širine končnim uporabnikom do 10 Gbps.

Širokopasovna povezava prek daljnovoda (BPL)

Širokopasovna omrežja se lahko zagotavljajo prek obstoječih nizkonapetostnih in srednjenapetostnih distribucijskih omrežij električne energije. Hitrosti BPL so primerljive s hitrostmi xDSL in koaksialnih kablov.

• Strani, ki se povezujejo na: Nove infrastrukture ni treba vzpostaviti, saj se lahko uporabljajo obstoječi električni vodi. BPL ima velik potencial za prihodnost, saj električni vodi obstajajo skoraj povsod.
• Strani, ki se povezujejo na: Na redko poseljenih območjih je tehnologija za končnega uporabnika ekonomsko upravičena le, če so 4 do 6 domov opremljeni s transformatorji, ki omogočajo širokopasovno povezavo prek električnih vodov. V nasprotnem primeru cene za končne uporabnike za dostop do interneta presegajo cene za xDSL in koaksialne kabelske rešitve. Obstajajo tehnični izzivi zaradi elektrovodov, ki so zelo „hrupno“ okolje in motenje visokofrekvenčnih radijskih komunikacij in radiodifuzije.

Optična vlakna

Linije iz optičnih vlaken so sestavljene iz kablov iz steklenih vlaken, povezanih z domovi končnih uporabnikov (FTTH), zgradb (FTTB) ali uličnih omar (FTTC). Omogočajo zelo visoke hitrosti prenosa 100 Gb/s in več v zelo širokem (10–60 km) območju učinkovitosti. To je najbolj v prihodnost usmerjena rešitev, vendar zahteva visoke naložbe v pasivno infrastrukturo.

• Strani, ki se povezujejo na: Izjemno visoka stopnja hitrosti prenosa in simetrije (možne pasovne širine Gbps in Tbps), manj dovzetna za motnje in skoraj vsak padec moči na večjih razdaljah do distributerja za razliko od DSL ali VDSL in dovolj rezerv energije tudi za zahtevna gospodinjstva z več osebami.
• Strani, ki se povezujejo na: Visoki stroški naložb v pasivno infrastrukturo zaradi visokih stroškov gradbeništva za izkopavanje in cevovode; vzpostavljena infrastruktura ni dosegljiva in zahteva natančno dokumentacijo.
• Trajnost: Tehnologija naslednje generacije z zmogljivostmi za izpolnjevanje zahtev po visoki pasovni širini, ki se pričakujejo v bližnji prihodnosti. 

Metode uvajanja

Postavitev žične širokopasovne infrastrukture je stroškovno intenzivna možnost. Zmanjšanje stroškov bo spodbudilo naložbe v izgradnjo širokopasovnih povezav in znižalo prag za vstop na trg. To je mogoče olajšati z dostopom do alternativnih infrastruktur in komunalnih omrežij ter z uporabo strategij uvajanja z majhnim učinkom (npr. izkopavanje).

Namestitev v tla (z jarkom)

Gradnja odprtega jarka je metoda za uporabo cevi za dobavo in odstranjevanje. Zemeljsko površje se odpre in izkoplje se jarek. Za polaganje telekomunikacijskih vodov se uporabljajo ročno kopanje in gradbena oprema.

• Strani, ki se povezujejo na: Konstrukcija odprtega 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 komponent. Morebitne stroške je mogoče prihraniti pri odstopanju od običajne globine, uvajanju na sprehajalne ali kolesarske poti ali z uporabo jarka.
• Strani, ki se povezujejo na: Odstopanje od normalne globine povečuje tveganje za morebitno poškodbo kabla med gradnjo in popravilom sosednjih ali prekrivajočih se infrastruktur. Obnova površin je precej zapletena, stavbno okolje pa slabijo obremenitev s hrupom in prometne motnje. Metoda je draga in kaže dolge čase gradnje.

Izkopavanje

Rezina se zmelje v cestno prevleko, asfaltno pešpot ali kolesarsko pot, v katero se vstavijo mikrocevke, nato pa se takoj zatem zapre z nadevom. Razlikujemo med nanotrenchingom (do 2 cm), mikro-(8 cm do 12 cm), mini-(12 cm do 20 cm) ali makrotrčenjem (20 cm do 30 cm) in uporabljeno tehniko rezanja ali rezkanja.

• Strani, ki se povezujejo na: Jarki obljubljajo kratke čase gradnje in bistveno nižje stroške gradnje. Proces ima visoko gradbeno zmogljivost približno 600 m na dan in vodi do zelo malo prometnih motenj zaradi hitrega polnjenja cestnega telesa.
• Strani, ki se povezujejo na: Rezkane reže lahko povzročijo poškodbe asfaltne površine v obliki razpok, usedanja ali poškodb zaradi zmrzali. Dodatna raven polaganja na cesti lahko oteži nadaljnja gradbena dela – zlasti v mestnem jedru – in vodi do daljših in dražjih konstrukcij.

Vodoravno usmerjeno vrtanje

Tehnika usmerjenega vrtanja omogoča polaganje cevi za zaščito kablov brez jarkov, npr. za prečkanje ovir, kot so reke, avenije (zaščita dreves) in železnice. Pilotska luknja, ki jo je mogoče nadzorovati, se izvaja med dvema izkopavanjema. Učinek vrtenja, gibov udarcev in utekočinjanja omogoča pogon pri najrazličnejših pogojih tal. S pomočjo bentonitne vrtalne tekočine (vrtalna suspenzija) se zemlja zrahlja in ekstrahira (izpere). Po tem, vrtalna glava razširi obstoječi kanal.

• Strani, ki se povezujejo na: Metoda ponuja alternativo, kadar odprti jarki niso mogoči (npr. prečkanje ovir, kot so železnice ali reke) ali ekonomsko izvedljivi.
• Strani, ki se povezujejo na: Na nizki globini in ohlapnih tleh lahko vrtalno vzmetenje med postopkom vrtanja pobegne na površino (blow-out). Poleg tega lahko netočnosti kontrole povzročijo odstopanja v vzdolžnem gradientu.

Vrtanje

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

• Strani, ki se povezujejo na: 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.
• Strani, ki se povezujejo na: Globina razporeditve mora biti vsaj desetkrat večja od premera rakete, da se prepreči izbočenje površine terena. Primeren je le za relativno kratke razdalje in se ne more uporabljati v barjih ali zelo skalnatih tleh.

Tehnike oranja

Med oranjem se s pomočjo traktorja skozi jalovino potegne plug za uporabo. V nastalo brazdo je položen fleksibilen vodnik (mikro kabelske spojine), ki je še posebej primeren za neposredno oranje.

• Strani, ki se povezujejo na: Postopek je razmeroma poceni in omogoča usmerjanje na dolge razdalje z malo truda.
• Strani, ki se povezujejo na: Uporablja se lahko samo na nezatesnjenih površinah in zato ni primeren za asfaltne ceste.

Namestitev v kanalizacijske sisteme

Robot za sestavljanje se uporablja v nedostopnih kanalih, medtem ko na sprehajalnih območjih delo opravljajo tehniki. Poti morajo biti nameščene tako, da ni ovirano servisiranje in čiščenje upravljavca kanalizacije, varnost pa je vedno 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 bi bilo treba upoštevati tudi lokalne razmere v zvezi s stanjem kanala, tendenco zamašitve, tehnologijami čiščenja, vidiki zdravja in varnosti pri delu.

• Strani, ki se povezujejo na: Z uporabo obstoječe infrastrukture se izognemo dragim in dolgotrajnim zemeljskim objektom. Namestitev v kanalizacijskih sistemih je dobra alternativa, kjer je treba čim bolj zmanjšati škodo na področju prometa in okolja.
• Strani, ki se povezujejo na: Pred uvedbo te tehnologije je treba ustrezno analizirati lokalne razmere in odpraviti morebitne ovire. Pomanjkljivost je, da doslej ni bilo mogoče vzpostaviti nobenih hišnih povezav. Zdaj obstajajo različni sistemi, ki se razvijajo za izvajanje hišne povezave.

Nadzemna namestitev

Kabli iz optičnih vlaken so položeni nad postavljenimi 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 območja naselja, za katere druge povezave ne bi bile ekonomsko upravičene.

• Strani, ki se povezujejo na: V primerjavi s podzemno instalacijo nadzemna instalacija omogoča stroškovno učinkovito začetno namestitev.
• Strani, ki se povezujejo na: Kabelski sistem je izpostavljen močnejšim zunanjim vplivom, kar povečuje občutljivost. Ker namestitev zahteva posebej usposobljeno osebje in ustrezna orodja, je namestitev kablov zato stroškovno intenzivna.

Brezžične širokopasovne tehnologije

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

Antena mesta za brezžične povezave

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

Kadar nadgradnja žične infrastrukture ni mogoča in sredstva za FTTB/FTTH za določeno območje niso na voljo, je mogoče zgraditi infrastrukturo za prizemne brezžične širokopasovne povezave, predvsem antene za povezave od točke do več točk (npr. WiMax, Wi-Fi, 4G/LTE).

• Strani, ki se povezujejo na: Prvi kilometrski priključki niso potrebni. Infrastruktura se lahko uporablja tudi za komercialne mobilne storitve.
• Strani, ki se povezujejo na: Ker se pasovna širina lahko deli med več uporabniki, bo največja prometna obdobja dneva zmanjšala razpoložljivo pasovno širino za vsakega uporabnika. Moč signala se hitro zmanjšuje z razdaljo in nanj vpliva vreme; motnje vidnega polja lahko zmanjšajo kakovost signala. Vmesna rešitev: naložbe v optično infrastrukturo bodo potrebne v 10–15 letih.
• Trajnost: Za dostop do prihodnjih storitev omrežja NGAso za potrebe pasovne širine potrebne dodatne frekvence; vendar je razpoložljivi spekter omejen.

5G in 6G – konvergirana omrežja

5G opisuje naslednjo fazo standardov mobilnih telekomunikacij, ki presegajo 4G/LTE. Peta generacija mobilnih radijskih postaj se razvija na podlagi Mednarodne konference o mobilnih telekomunikacijah 2020. 5G omogoča uporabo od konca do konca zakasnitve od 4 do 1 milisekunde, v skladu z Mednarodno telekomunikacijsko zvezo (ITU). Tehnologija lahko naloži vsaj 10 Gbps in hitrost prenosa podatkov 20 Gbps. Naprave in aplikacije bodo samodejno izbrale omrežje, ki najbolj ustreza njihovim potrebam.

6G tehnologije se zdaj začenjajo po vsem svetu, prvi izdelki in infrastruktura pa se pričakujejo do konca tega desetletja. 6G sistemi se bodo premaknili iz gigabitnih na terabitne kapacitete in podmilisekundne odzivne čase. To bo omogočilo nove aplikacije, kot so avtomatizacija v realnem času ali razširjeno zaznavanje realnosti („internet senzorjev“), zbiranje podatkov za digitalni dvojček fizičnega sveta.

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

• Strani, ki se povezujejo na: 5G ponuja izboljšave pokritosti, učinkovitosti signalizacije, hitrosti prenosa in zmanjšane latence. Za razliko od obstoječih omrežij bo 5G vključeval veliko različnih radijskih tehnologij – vsaka je optimizirana za posebne potrebe (npr. internet stvari, kritične komunikacije, povezovanje avtomobilov, hiše in energetska infrastruktura).
• Strani, ki se povezujejo na: Večina sedanjih storitev še ne potrebuje takšnih hitrih prenosov podatkov. To se bo spremenilo z razvojem novih aplikacij, ki potrebujejo ogromne zmogljivosti.

Satelitska širokopasovna povezava

Satelitska širokopasovna povezava, imenovana tudi internet-by-satelit, je hitra dvosmerna internetna povezava, vzpostavljena prek komunikacijskih satelitov, ki se nahajajo v geostacionarni orbiti. Končni uporabnik pošlje in prejme podatke prek satelitskega krožnika, ki se nahaja na strehi.

• Strani, ki se povezujejo na: Zahteva nizke naložbe v pasivno infrastrukturo, saj regionalna hrbtenica in območna omrežja niso potrebna. Enostavno je povezati uporabnike, razpršene po razmeroma velikem območju (regionalnem, makroregionalnem ali celo nacionalnem).
• Strani, ki se povezujejo na: Omejeno skupno število uporabnikov je lahko pokrito v eni regiji. Njegova sama po sebi visoka zakasnitev signala zaradi časa širjenja v in iz satelita ovira nekatere aplikacije. Potrebna je razmeroma visoka naložba v aktivno opremo za 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 količine 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.

Nizkozemeljski orbitalni sateliti (LEO)

Sateliti, ki krožijo bližje Zemlji (nizka Zemljina orbita se giblje od približno 160 do 2 000 km nad zemljo), omogočajo boljše delovanje spleta, pokrivajo široka območja in omogočajo cenovno ugoden širokopasovni dostop. Majhni, poceni uporabniški terminali komunicirajo s sateliti in zagotavljajo LTE, 3G in WiFi v okolico.

SpaceX je v orbito postavil na tisoče majhnih, poceni satelitov za enkratno uporabo (projekt Starlink). Sateliti krožijo v treh orbitalnih lupinah (1,110, 550 in 340 km), da bi omogočili hitrejšo internetno storitev. SpaceX zagotavlja satelitsko internetno povezavo z manj pokritimi območji planeta in zagotavlja cenovno ugodne storitve za mestna območja. Testiranje tehnologije se je začelo leta 2018. Od maja 2022 je Starlink sestavljen iz več kot 2.400 masno proizvedenih majhnih satelitov v nizki zemeljski orbiti (LEO), ki komunicirajo z določenimi zemeljskimi oddajniki.

• Strani, ki se povezujejo na: Sateliti srednje zemeljske orbite (MEO) in Low Earth Orbit (LEO) imajo nižjo latenco. Pokrivajo lahko široka območja in tako omogočajo širokopasovno pokritost zelo podeželskih in oddaljenih območij.  
• Strani, ki se povezujejo na: Velika mreža satelitov, ki se izstrelijo v orbito, je potrebna za pokrivanje širokih območij/večine planeta. To povzroča visoke stroške za dobavitelje, tudi v smislu nadzora potrebnih zemeljskih postaj nad nestacionarnimi letečimi sateliti.

Internetni baloni

Internetni baloni so poslani 20 km v stratosfero. Posebna programska oprema jih premakne navzgor ali navzdol, da bi našli prave vetrove, da jih usmerijo v položaj. Vsak balon žari internetno povezavo do anten na tleh.

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

• Strani, ki se povezujejo na: Internetni baloni lahko omogočijo dostop do interneta do najbolj oddaljenih delov planeta. Algoritmi umetne inteligence zagotavljajo, da baloni najdejo in izkoriščajo optimalne tokove vetra, da ostanejo dlje v zraku.
• Strani, ki se povezujejo na: Ogromna hladnost dodaja najlonski material balona in ga naredi krhko. Maziva pri teh temperaturah postanejo trda. Baloni so izpostavljeni močnim ultravijoličnim in kozmičnim sevanjem ter izrazitim tlačnim razlikam med potovanjem. Nadzor nad potrebnimi zemeljskimi postajami nestacionarnih letečih balonov je zelo zahteven.

Svetlobna zvestoba (LiFi)

LiFi je dvosmerna, hitra brezžična komunikacijska tehnologija. Uporablja vidno komunikacijo svetlobe ali infrardeče in blizu ultravijoličnega spektra (namesto radiofrekvenčnih valov). Svetloba iz svetlečih diod (LED) služi kot medij za zagotavljanje komunikacije. PureLiFi je predstavil prvi komercialno dostopen LiFi sistem, Li-1st. Trenutno obstaja več podjetij, ki razvijajo to tehnologijo.

• Strani, ki se povezujejo na: LiFi je 100-krat hitrejši od WiFi in dosega hitrost 224 Gbps. Tehnologija je uporabna na elektromagnetnih občutljivih področjih, kot so letalske kabine, bolnišnice in jedrske elektrarne, brez povzročanja elektromagnetnih motenj. Poleg tega naj bi bil LiFi desetkrat cenejši od WiFi-ja.
• Strani, ki se povezujejo na: Tehnologija omogoča komunikacijo le v kratkem dosegu. Nizka zanesljivost in visoki stroški montaže so dodatne potencialne slabosti.

Primerjava širokopasovnih tehnologij daje pregled in pomaga pri izbiri najboljše tehnologije.

Prihodnji trendi in razvoj

Raziskave in razvoj se vse bolj osredotočajo na vse 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 (Voice-over Internet Protocol).

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 omrežij.

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

Nedavni razvoj vključuje omrežne infrastrukture, ki jih je treba dopolniti z optičnimi omrežji, kar bo omogočilo usmerjanje aplikacij in vsebin ter preklapljanje.

Četrti sklop raziskav vključuje vrsto prenosa podatkov po IP, za katero so značilni:

• Nova arhitektura z zmožnostjo upravljanja, ki podpira večpodročje;
• Novi brezžični (energetski in spektralni) protokoli, ki lahko podpirajo različna brezžična omrežja, od omrežij senzorjev z zelo nizko močjo do širokih mobilnih omrežij.

Obstoječe in prihodnje hitrosti prenosa, inovativne metode stiskanja podatkov in izboljšave standardov prenosa bodo ustrezale storitvam in aplikacijam z intenzivno pasovno širino. Opozoriti je treba, da stiskanje vedno povzroča izgube v smislu kakovosti podatkov (npr. TV-formati, video konference).

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