Bredband: Tekniköversikt

Trådbunden bredbandsteknik

Ett stort utbud av kommunikationsteknik med olika teknisk kapacitet kan ge hushållen höghastighetsinternet. Trådbunden teknik inkluderar kopparkabel (xDSL), koaxialkabel (t.ex. HFC), bredband över kraftledningar (BPL) och optisk fiberkabel (FTTx).

Koppartrådar

Koppartrådar definieras som ”legacy telefon oskärmade koppar vridna par”, som tillhandahåller bredbandsanslutningar med hjälp av xDSL-teknik, såsom ADSL/ADSL2 +(max 24/3 Mbps ned-/uppströms hastighet inom max. 0,3 km effektivitetsområde) eller VDSL/VDSL2/VDSL2/VDSL2-Vplus/VDSL2 vektoring/G.fast (med vektorisering max. 300/100 Mbps ned/uppströms hastighet inom 0,2 km effektivitetsområde).

• Fördelar: De kräver relativt låga investeringar som behövs för passiv infrastruktur (en koppartelefonlinje finns redan i de flesta hushåll) och är minst störande för slutanvändarna.
• Minus: De höga (nedladdning) hastigheterna beror på längden på kopparlinjen. XDSL-tekniken är starkt asymmetrisk: uppladdningshastigheter är i allmänhet mycket lägre än nedladdningshastigheter; detta kan hindra nya tjänster (t.ex. datormoln, videokonferenser, distansarbete och närvaro på distans). Större investeringar krävs i aktiv utrustning (med en livslängd på 5–10 år). Detta kan vara en tillfällig lösning, men investeringen i fiberinfrastruktur skulle sannolikt bara skjutas upp med 10–15 år.
• Hållbarhet: Nyare kopparbaserad teknik (t.ex. Vectoring, G.fast) kan leverera högre hastigheter, men lider av samma begränsningar. De demonstrerar överbryggande teknik mot kompletta fiberoptiska kabelinfrastrukturer.

Koaxialkablar

Den klassiska kabelanslutningen skulle vara de två kablarna i en telefonlinje (”twisted pair”), som är mest benägna att störa störningar såsom störningar. Bredbandsinternet via koaxialkabel erbjuds vanligtvis till kunder via det befintliga kabel-TV-nätet (CATV). Koaxialkabeln består av en kopparkärna och en kopparsköldpadda. TV-kabelnäten är därför mycket effektivare än de traditionella telefonnäten.

• Fördelar: Detta kräver relativt låga investeringar i passiv infrastruktur och är också minst störande för slutanvändarna. Denna infrastruktur erbjuder något fler möjligheter att leverera högre bredbandshastigheter än på telefonlinjer. Ultrasnabba hastigheter är möjliga, om infrastrukturen uppgraderas ordentligt och avstånden hålls korta.
• Minus: Bandbredden delas mellan flera användare och minskar tillgängligheten under dagens topptrafikperioder. Den omöjliga åtskillnaden gör att tjänstekonkurrens i princip saknas på kabelmarknaden. sällan förekommer i de digitala områdena. En tillfällig lösning för investeringar i fiberinfrastruktur skulle sannolikt bara skjutas upp med 10–15 år som med koppartrådar.
• Hållbarhet: Införandet av nya standarder (DOCSIS 3.1, 3.1 full duplex) möjliggör högre bandbredd för slutanvändare på upp till 10 Gbps.

Bredband över kraftledning (BPL)

Bredband kan levereras via befintliga låg- och medelspänningsnät för elkraft. BPL hastigheter är jämförbara med xDSL och koaxialkablar.

• Fördelar: Det är inte nödvändigt att installera ny infrastruktur eftersom befintliga kraftledningar kan användas. BPL har stor framtidspotential eftersom kraftledningar finns nästan överallt.
• Minus: I lågbefolkade områden är tekniken endast ekonomiskt lönsam för slutanvändaren om 4–6 bostäder är utrustade med transformatorer för att göra bredband tillgängligt över kraftledningar. I annat fall överträffar slutanvändarpriserna för internetanslutning dem för xDSL- och koaxialkabellösningar. Det finns tekniska utmaningar på grund av att kraftledningar är en mycket ”bullrig” miljö och störningar i högfrekvent radiokommunikation och radiosändningar.

Optisk fiber

Optiska fiberledningar består av kablar av glasfiber som är anslutna till slutanvändarnas hem (FTTH), byggnader (FTTB) eller gatuskåp (FTTC). De möjliggör mycket höga överföringshastigheter på 100 Gbps och mer inom mycket brett (10–60 km) effektivitetsområde. Detta är den mest framtidsorienterade lösningen, men kräver stora investeringar i passiv infrastruktur.

• Fördelar: Extremt hög nivå av överföringshastigheter och symmetri (Gbps och Tbps-bandbredder möjliga), mindre känsliga för störningar och knappast något strömfall på större avstånd till distributören till skillnad från DSL eller VDSL och tillräckligt med kraftreserver också för krävande flerpersonshushåll.
• Minus: Höga investeringskostnader i passiv infrastruktur på grund av de höga kostnaderna för anläggningsarbeten för brytning och rörledningar. utplacerad infrastruktur är inte tillgänglig och kräver exakt dokumentation.
• Hållbarhet: Nästa generations teknik med kapacitet för att möta höga bandbreddskrav förväntas inom en snar framtid. 

Driftsättningsmetoder

Utbyggnad av trådbunden bredbandsinfrastruktur är ett kostnads- och resursintensivt alternativ. Minskade kostnader kommer att uppmuntra investeringar i bredbandsutbyggnad och sänka tröskeln för marknadsinträde. Detta kan underlättas genom tillgång till alternativa infrastrukturer och nät för allmännyttiga tjänster och genom att man använder strategier för utbyggnad med låga effekter (t.ex. dikning).

Installation i marken (vid trencher)

Den öppna dikeskonstruktionen är en metod för utbyggnad av försörjnings- och avfallshanteringsrör. Jordens yta öppnas och ett dike grävs ut. För läggning av telekommunikationsledningar används manuell grävning samt byggutrustning.

• Fördelar: Den öppna dikeskonstruktionen används i alla topologiska scenarier och är generellt genomförbar för alla typer av ytor. Hållbarheten är mycket hög och det finns inga begränsningar för användningen av rör och komponenter. Potentiella kostnader kan sparas som avviker från det vanliga djupet, distribueras i gång- eller cykelvägar eller med hjälp av en trencher.
• Minus: Avvikelse från det normala djupet ökar risken för eventuella kabelskador i samband med konstruktion och reparation av närliggande eller överlappande infrastrukturer. Restaureringen av ytorna är ganska komplex och byggmiljön försämras av buller och trafikstörningar. Metoden är kostsam och visar långa byggtider.

Trenchning

En slits mals in i ett vägskydd, en asfalterad gångväg eller cykelväg, där mikrorör sätts in och sedan omedelbart därefter stängs med en fyllning. En åtskillnad görs mellan nanotrenching (upp till 2 cm), mikro-(8 cm till 12 cm), mini-(12 cm till 20 cm) eller makrotrenching (20 cm till 30 cm) och den använda skär- eller frästekniken.

• Fördelar: Trenching lovar korta byggtider och betydligt lägre byggkostnader. Processen har en hög byggeffekt på ca 600 m per dag och leder till mycket små trafikstörningar på grund av den snabba påfyllningen av vägkroppen.
• Minus: De frästa slitsarna kan leda till skador på asfaltytan i form av sprickor, sedimentering eller frostskador. Den extra läggningsnivån i vägen kan försvåra efterföljande anläggningsarbete – särskilt i innerstadsområdet – och leda till längre och dyrare konstruktioner.

Horisontell riktningsborrning

Den riktade borrtekniken gör det möjligt att lägga dikesfria kabelskyddsrör, t.ex. för att korsa hinder som flod, vägar (trädskydd) och järnvägar. Ett styrbart pilothål utförs mellan två utgrävningsgropar. Effekten av rotation, slag och slagrörelser och kondensering möjliggör en framdrivning vid en mängd olika jordförhållanden. Med hjälp av en bentonitborrvätska (borrningsupphängning) lossas jorden och extraheras (sköljd). Därefter expanderar borrhuvudet den befintliga kanalen.

• Fördelar: Metoden erbjuder ett alternativ när öppen grävning inte är möjlig (t.ex. korsning av hinder som järnvägar eller floder) eller ekonomiskt genomförbart.
• Minus: Vid lågt djup och lös mark kan borrupphängningen fly från ytan under borrningsprocessen (utblåsning). Dessutom kan kontrollfel orsaka avvikelser i den längsgående gradienten.

Borrning

Denna teknik är en markförskjutningsprocess där en pneumatiskt driven markförskjutningshammare (raket) drivs genom marken av tryckluft. Ett skyddsrör dras in i det skapade jordröret i samma operation. Tekniken används särskilt för att ansluta byggnader.

• Fördelar: Kostnader för utgrävning och restaurering sparas, trafikbegränsningar eller väghinder är ofta inte nödvändiga. Metoden sparar tid eftersom rören matas direkt med raketen. Den kan användas även i extrema jordar och på längre avstånd.
• Minus: Utplaceringsdjupet måste vara minst tiofaldigt raketens diameter för att undvika utbuktning av terrängytan. Den är lämplig endast för relativt korta avstånd och kan inte användas i mossar eller mycket stenig jord.

Plöjningsteknik

Under plogningsprocessen dras en utplaceringsplog genom bytet med hjälp av en traktor. En flexibel ledning (mikrokabelföreningar) läggs i den resulterande fåran, särskilt lämplig för direkt plöjning.

• Fördelar: Förfarandet är relativt billigt och tillåter dirigering av långa avstånd med liten ansträngning.
• Minus: Den kan endast användas på öppna ytor och lämpar sig därför inte för asfalterade vägar.

Installation i avloppssystem

En monteringsrobot används i icke-tillgängliga kanaler, medan arbetet utförs av tekniker i gångbara områden. Vägar ska installeras på ett sådant sätt att avloppsoperatörens service- och rengöringsarbete inte hindras och säkerheten säkerställs hela tiden. Det nödvändiga utrymmet i rörsystemet är minimalt och utgör inte ett betydande hinder för flödesförhållandena. Respektive operatör kan bedöma om denna anläggning kan tillämpas. Även den lokala situationen när det gäller kanalens tillstånd, täppningstendens, rengöringsteknik, arbetsmiljöaspekter bör beaktas innan beslut fattas.

• Fördelar: Genom användning av befintlig infrastruktur undviks dyra och långa markinstallationer. Installationen i avloppssystem är ett bra alternativ där trafik- och miljöskador ska minimeras.
• Minus: Den lokala situationen måste analyseras ordentligt och eventuella hinder måste lösas innan denna teknik genomförs. En nackdel är att inga husanslutningar hittills har kunnat göras. Det finns nu olika system som utvecklas för att implementera husanslutning.

Överjordisk installation

Optiska fiberkablar läggs över upplagda trämaster eller befintliga gatumaster. Denna metod används främst vid anslutningsvägar på hög- och högspänningsledningar. Det är särskilt lämpligt för avlägsna byggnader utanför bosättningsområdet, för vilka andra anslutningar inte skulle vara ekonomiskt bärkraftiga.

• Fördelar: I jämförelse med den underjordiska installationen möjliggör den ovanjordiska installationen en kostnadseffektiv inledande installation.
• Minus: Kabelsystemet utsätts för starkare yttre påverkan, vilket ökar känsligheten. Eftersom installationen kräver specialutbildad personal och lämpliga verktyg är installationen av kablarna därför kostnadskrävande.

Trådlös bredbandsteknik

Trådlös bredbandsteknik omfattar mobila radiolösningar (t.ex. HSPA, LTE), fasta radiolösningar (t.ex. WiMAX) och satellitlösningar.

Antennplatser för trådlösa anslutningar

En markbunden trådlös bredbandsanslutning tillhandahålls vanligtvis av WiMAX (upp till 60 km effektivitetsområde), Wi-Fi (upp till 300 m effektivitetsområde) eller 4G/LTE/LTE Advanced (upp till 3–6 km effektivitetsområde). Ytterligare förbättringar kommer att inriktas på nya standarder med ytterligare funktioner och tillhandahållande av ytterligare frekvensspektrum (5G).

När det inte är möjligt att uppgradera den trådbundna infrastrukturen och medel för FTTB/FTTH inte är tillgängliga för ett visst område, är ett alternativ att bygga infrastruktur för markbundet trådlöst bredband, främst antennplatser för punkt-till-multipunktsanslutningar (t.ex. WiMax, Wi-Fi, 4G/LTE).

• Fördelar: Första milen trådanslutningar behövs inte. Infrastrukturen kan också användas för kommersiella mobila tjänster.
• Minus: Eftersom bandbredden kan delas mellan flera användare, kommer topptrafikperioder på dagen att minska den tillgängliga bandbredden för varje användare. Signalstyrkan minskar snabbt med avstånd, och påverkas av väder; störd synlinje kan minska signalkvaliteten. Tillfällig lösning: investeringar i fiberinfrastruktur kommer att vara nödvändiga inom 10–15 år.
• Hållbarhet: För att få tillgång till framtida NGA-tjänster kräver bandbreddsbehov ytterligare frekvenser. det tillgängliga spektrumet är dock begränsat.

5G och 6G – konvergerade nät

5G beskriver nästa fas av mobila telekommunikationsstandarder utöver 4G/LTE. Den femte mobila radiogenerationen utvecklas på grundval av International Mobile Telecommunication-2020 Conference. 5G tillåter en applikation end-to-end latens på 4 till 1 millisekunder, enligt Internationella teleunionen (ITU). Tekniken kan minst 10 Gbps uppladdning och 20 Gbit/s ladda ner dataöverföringshastigheter. Enheter och applikationer väljer automatiskt det nätverk som bäst passar deras behov.

6G-teknik börjar nu runt om i världen, med de första produkterna och infrastrukturerna som förväntas i slutet av detta årtionde. 6G-system kommer att flytta från Gigabit till Terabit kapacitet och sub-millisecond svarstider. Detta kommer att möjliggöra nya applikationer som realtidsautomation eller utökad verklighetsavkänning (”Internet of Senses”), samla in data för en digital tvilling av den fysiska världen.

Läs mer om den senaste policyutvecklingen inom 5G i EU.

• Fördelar: 5G erbjuder förbättringar i täckning, signaleffektivitet, överföringshastigheter och minskad latens. Till skillnad från befintliga nät kommer 5G att omfatta många olika radiotekniker – var och en optimerad för ett specifikt behov (t.ex. sakernas internet, kritisk kommunikation, sammankoppling av bilar, hus och energiinfrastrukturer).
• Minus: De flesta av de nuvarande tjänsterna är ännu inte i behov av sådana höghastighetsdataöverföringshastigheter. Detta kommer att förändras i takt med att nya tillämpningar i behov av enorm kapacitet utvecklas.

Satellitbredband

Satellitbredband, även kallat internet-by-satellit, är en höghastighets dubbelriktad internetanslutning som upprättas via kommunikationssatelliter i geostationär bana. Slutkunden skickar och tar emot data via en parabol som t.ex. ligger på taket.

• Fördelar: Det kräver låga investeringar för passiv infrastruktur eftersom regionala ryggrads- och områdesnät inte behövs. Det är lätt att ansluta användare utspridda över ett relativt stort område (regionalt, makroregionalt eller till och med nationellt).
• Minus: Ett begränsat antal användare kan täckas i en region. Dess inneboende höga signal latens på grund av spridningstiden till och från satellit hämmar vissa tillämpningar. En relativt hög investering för aktiv slutanvändarutrustning är nödvändig. Dåligt väder och begränsad siktlinje kan minska signalkvaliteten. Datatrafiken är vanligtvis begränsad varje månad eller dagligen i aktuella kommersiella erbjudanden.
• Hållbarhet: Den tillgängliga bandbredden beror särskilt på hur många användare som kräver satellittekniken. Beroende på ytterligare utvecklingspotential (t.ex. överföringsmetoder, satellitkonstellation) kommer tekniken att spela en viktig roll för att täcka områden som ännu inte är anslutna på annat sätt.

Låg jordomloppsbana (LEO) satelliter

Satelliter som cirkulerar närmare jorden (låg bana varierar mellan 160 och 2 000 km ovanför jorden) möjliggör bättre webbprestanda, täcker breda områden och möjliggör tillgång till bredband till överkomliga priser. Små, billiga användarterminaler kommunicerar med satelliter och levererar LTE, 3G och WiFi till de omgivande områdena.

SpaceX satte tusentals små, billiga engångssatelliter i omloppsbana (projektet Starlink). Satelliterna kretsar i tre omloppsskal (1,110, 550 och 340 km) för att möjliggöra snabbare internettjänst. SpaceX tillhandahåller satellitinternetanslutning till underbetjänade områden på planeten, samt ger konkurrenskraftigt prissatta tjänster till stadsområden. Testningen av tekniken inleddes 2018. Från och med maj 2022 består Starlink av över 2 400 massproducerade små satelliter i låg jordomloppsbana (LEO) som kommunicerar med utsedda marksändtagare.

• Fördelar: Medium Earth Orbit (MEO) och Low Earth Orbit (LEO) satelliter har lägre latens. De kan täcka stora områden och därmed underlätta bredbandstäckning i mycket landsbygdsområden och avlägsna områden.  
• Minus: Ett stort nätverk av satelliter som skjuts upp i omloppsbanan är nödvändigt för att täcka breda områden/de flesta av planeten. Detta leder i sin tur till höga kostnader för leverantörsföretagen, även när det gäller de nödvändiga markstationernas kontroll av icke-stationära flygsatelliter.

Affärshotell i Balloons

Internetballonger skickas upp 20 km in i stratosfären. Specifik programvara flyttar dem upp eller ner för att hitta rätt vindar för att styra dem i position. Varje ballong balkar en internetanslutning ner till antenner på marken.

Project Loon är ett nätverk av soldrivna ballonger som sänder internetsignaler till markstationer, hem, arbetsplatser eller direkt till personliga enheter med hjälp av LTE-teknik. Ballonger navigerar i stratosfären på en höjd av ca 18 km, speciellt utformade för att ansluta människor på landsbygden och avlägsna områden.

• Fördelar: Internetballonger kan ge tillgång till internet till de mest avlägsna delarna av planeten. AI-algoritmer säkerställer att ballongerna hittar och utnyttjar de optimala vindflödena för att stanna längre i luften.
• Minus: Den enorma kylan lägger till nylonmaterialet i ballongen och gör det sprött. Smörjmedel blir tuffa vid dessa temperaturer. Ballongerna utsätts för stark ultraviolett och kosmisk strålning och markanta tryckskillnader under hela resan. Kontroll av nödvändiga markstationer av icke-stationära flygballonger är mycket utmanande.

Lätt Fidelity (LiFi)

LiFi är en dubbelriktad, höghastighets trådlös kommunikationsteknik. Den använder synlig ljuskommunikation eller infraröd och nära ultraviolett (istället för radiofrekvensvågor) spektrum. Ljus från lysdioder (LED) fungerar som ett medium för kommunikation. PureLiFi demonstrerade det första kommersiellt tillgängliga LiFi-systemet, Li-1st. Det finns nu ett antal företag som utvecklar denna teknik.

• Fördelar: LiFi är 100 gånger snabbare än WiFi och når hastigheter på 224 Gbps. Tekniken är användbar i elektromagnetiska känsliga områden som i flygplanshytter, sjukhus och kärnkraftverk utan att orsaka elektromagnetiska störningar. Dessutom förväntas LiFi vara tio gånger billigare än WiFi.
• Minus: Tekniken levererar endast kommunikation över en kort räckvidd. Låg tillförlitlighet och höga installationskostnader är ytterligare potentiella nackdelar.

En jämförelse av bredbandstekniken ger en överblick och hjälper till att välja den bästa tekniken.

Framtida trender och utveckling

Forskning och utveckling fokuserar i allt högre grad på All-Internet Protocol Network (AIPN). Detta gör det möjligt att förbättra kommunikationen och dataöverföringen via Internet Protocol (IP)-baserade nätverkstekniker och -tjänster som omfattar internettelefoni eller VoIP (Voice-over Internet Protocol).

IP-baserad datapaketöverföring möjliggör utveckling av innovativa tjänster och applikationer oberoende av den underliggande nätverksinfrastrukturen. 5G är ett typiskt exempel på konvergens mellan mobil kommunikation och parallell befintlig bredbandsteknik.

Den fullständiga omvandlingen till nätverksinfrastrukturer som bygger på Internetprotokollet (All-IP Migration) är grunden för ett konvergerande förverkligande av tjänster i Gigabit-samhället och för användning av olika kombinationer av individuella nätverksåtkomsttekniker.

Den senaste tidens utveckling omfattar nätinfrastrukturer som ska kompletteras med alla optiska nätverk, vilket kommer att göra det möjligt att dirigera och byta program och innehåll.

En fjärde del av forskningen omfattar post-IP typ av dataöverföring, som kännetecknas av:

• Ny arkitektur med ledningskapacitet som stöder flera domäner.
• Nya trådlösa (energi- och spektral effektivitet) protokoll som kan stödja en mängd olika trådlösa nätverk, från mycket låg effekt sensornätverk till brett område mobila nätverk.

Befintliga och framtida överföringshastigheter, innovativa metoder för datakomprimering och förbättringar av överföringsstandarder kommer att uppfylla bandbreddsintensiva tjänster och tillämpningar. Det bör noteras att komprimeringen alltid orsakar förluster i fråga om datakvalitet (t.ex. TV-format, videokonferenser).

Intresserad av arkitektur och infrastruktur för bredbandsnät? Få detaljerad information om nätverk och topologi och beslutet om rätt infrastrukturval.