Interferenze: veicoli in rapido movimento, muri e edifici solidi e condizioni meteorologiche avverse possono ostacolare la trasmissione del segnale wireless in ambienti esterni. La riduzione dell'intensità del segnale diminuirà le prestazioni del sistema, poiché il sistema wireless ridurrà la velocità di trasmissione per mantenere la connessione.

Utenti multipli: la tecnologia wireless è fondamentalmente un mezzo condiviso (via etere). La larghezza di banda totale disponibile da un singolo punto di accesso o stazione base deve essere condivisa tra più utenti, con conseguente riduzione della velocità effettiva. Nelle aree più trafficate, come i centri città e gli stadi di calcio, la capacità di rete può essere facilmente sovraccaricata dall'elevato numero di utenti, a meno che l'operatore non installi un maggior numero di trasmettitori mobili per far fronte alla domanda eccezionale.

Nonostante i loro limiti, le reti wireless sono diventate una parte essenziale delle comunicazioni moderne. Hanno rivoluzionato il modo in cui utilizziamo computer e dispositivi mobili, sia a casa che in ufficio, così come quando siamo fuori casa.

Tuttavia, riteniamo che le reti wireless debbano essere promosse principalmente per i loro vantaggi – la capacità di fornire connettività Internet in mobilità – e non come sostituzione diretta delle reti ad accesso fisso.

Queste ipotesi presuppongono anche la disponibilità di reti ad alta capacità, il che potrebbe non essere sempre vero. Le reti mobili più veloci hanno una copertura geografica limitata. Le reti LTE sono state implementate principalmente in alcune grandi città; sebbene l'implementazione sia iniziata 10 anni fa, le reti 3G non hanno ancora raggiunto molte aree rurali.
In alcuni paesi, l'implementazione dell'LTE è stata lenta perché è necessario prima allocare uno spettro adeguato. Lo spettro è una risorsa scarsa (una singola fibra ottica ha una capacità maggiore di un intero spettro radio) e le autorità di regolamentazione nazionali sono spesso costrette a rimuovere porzioni di spettro per fare spazio a nuove tecnologie e servizi.

La sfida del backhaul mobile:
una rete wireless è tale solo alle sue estremità.
Il backhaul si riferisce al trasporto del traffico di comunicazione da un nodo distribuito, come un punto di accesso Wi-Fi o una stazione base mobile, a un nodo più centralizzato. Nel settore della telefonia mobile, il backhaul corrisponde alla porzione di rete tra le stazioni base e il punto di aggregazione più vicino, in genere un controller di rete radio.

Con l'aumento delle velocità di trasmissione dati mobili, è necessario un corrispondente aumento della capacità di backhaul mobile. Come mostrato nella tabella sottostante, una cella che trasporta solo voce GSM richiede in genere una larghezza di banda di circa 1,3 Mbps. I requisiti di larghezza di banda per una cella basata sull'architettura EDGE a 2,75 GHz aumenterebbero a circa 6 Mbps, il 3G richiede circa 21 Mbps e l'LTE ne richiederebbe addirittura 80 Mbps. Se un operatore di telefonia mobile ha a disposizione più spettro o utilizza antenne MIMO per aumentare la capacità, i requisiti di backhaul aumenterebbero ulteriormente.

Tradizionalmente, le stazioni base sono collegate alle loro reti centrali tramite linee T1/E1 dedicate (la velocità T1 nordamericana è equivalente a 1,544 Mbps e la velocità E1 europea è equivalente a 2,048 Mbps). Per molti anni, quando un operatore necessitava di maggiore capacità, si limitava ad attivare più linee dedicate. Con l'LTE, questo approccio non sarà più sufficiente.

Gli operatori di rete mobile sono già sotto pressione finanziaria. Nell'ultimo decennio hanno investito ingenti somme nello sviluppo delle reti 3G. È naturale che cerchino di ridurre al minimo ulteriori investimenti nello sviluppo delle reti LTE per soddisfare la crescente domanda di larghezza di banda mobile. Pertanto, gli operatori di rete mobile dovranno sfruttare al massimo le infrastrutture esistenti, ove possibile.

L'opzione più economica è quella di utilizzare le proprie connessioni già installate, ma, come abbiamo visto, il drastico aumento dei requisiti di backhaul generato dall'LTE rende questa una politica impraticabile.

Alcuni operatori utilizzano già la fibra ottica per connettere le stazioni base mobili. Quando è necessaria una nuova connessione, l'installazione della fibra ottica è la soluzione più logica. La fibra ottica ha una capacità praticamente illimitata e può supportare futuri aggiornamenti senza bisogno di nuovi cavi.

Le reti in fibra ottica utilizzano una delle due architetture di base: sistemi punto-punto (P2P) o sistemi punto-multipunto (P2MP), comunemente noti come reti ottiche passive (PON).

Le reti peer-to-peer (P2P) sono generalmente reti basate su Ethernet con una capacità bidirezionale di 100 Mbps o 1 Gbps.
Esistono diversi standard PON. La scelta principale a livello mondiale è il Gigabit Passive Optical Network (GPON), che offre una larghezza di banda in downstream di 2,488 Gbps e una larghezza di banda in upstream di 1,244 Gbps. È disponibile anche un aggiornamento a 10 Gbps del GPON, chiamato XG-PON1, che offre 10 Gbps di larghezza di banda in downstream e 2,488 Gbps di larghezza di banda in upstream sulla stessa configurazione. Gli standard futuri consentiranno a questi sistemi di operare a 40 Gbps. La fibra ottica supporta anche la tecnologia Radio over Fiber (ROF), che consente l'utilizzo di stazioni base piccole ed economiche nei sistemi cellulari. I sistemi ROF sono ora ampiamente utilizzati per migliorare la copertura cellulare all'interno degli edifici, come palazzi per uffici, centri commerciali e terminal aeroportuali.

Nei sistemi ROF, i segnali wireless vengono trasportati otticamente tra la stazione centrale e la stazione base prima di essere irradiati nell'aria. La luce viene modulata direttamente da un segnale radio e quindi trasmessa attraverso la fibra ottica. (Sebbene la trasmissione radio su fibra possa essere utilizzata per altri scopi, come nelle reti televisive via cavo, il termine RoF viene generalmente applicato quando questa tecnica è utilizzata per l'accesso wireless.).

L'architettura RoF utilizza un segnale a radiofrequenza (RF) ad alta frequenza (tipicamente superiore a 10 GHz) sovrapposto a un'onda luminosa. Ciò consente di distribuire i segnali wireless otticamente direttamente alle stazioni base ad alte frequenze e di convertirli dal dominio ottico a quello elettrico presso le stazioni base, prima di amplificarli e irradiarli tramite un'antenna. Non è necessaria alcuna conversione di frequenza in salita o in discesa presso le varie stazioni base, il che si traduce in un'implementazione semplice ed economica delle stazioni base.

RoF è fondamentalmente un sistema di trasmissione analogico, in quanto distribuisce la forma d'onda radio direttamente alla frequenza portante da un'unità centrale a un punto di accesso radio. RoF supporta segnali a banda larga come UMTS e WiMAX. (Si noti che, sebbene questo sistema di trasmissione sia analogico, i segnali radio sono comunque digitali.).

Il ruolo della tecnologia Wi-Fi in questo nuovo mondo.
Finora abbiamo parlato di comunicazioni mobili e, in particolare, della crescita della rete mobile. Qual è dunque il ruolo della tecnologia Wi-Fi in questo nuovo scenario?
È evidente che il Wi-Fi riveste un ruolo importante, soprattutto negli edifici, dove viene utilizzato per distribuire segnali a banda larga residenziali e aziendali a case e uffici. Studi sull'utilizzo dei dati mobili dimostrano che un gran numero di persone utilizza il proprio telefono anche a casa. Per questo motivo, l'industria ha sviluppato software che consentono agli utenti di passare senza soluzione di continuità tra reti mobili e Wi-Fi, permettendo ai consumatori di beneficiare di costi di utilizzo dei dati inferiori e al contempo di ridurre il carico sulla rete mobile.

Un altro vantaggio integrato è per l'utente, che di fatto ha accesso mobile all'interno dell'edificio, anziché essere limitato da sistemi cablati fissi. Poiché sempre più dispositivi, come smartphone e tablet, dispongono solo di interfacce wireless, l'opzione di connettersi direttamente a una rete telefonica fissa non è più disponibile e, di conseguenza, il wireless diventa l'unica alternativa.

Gli operatori di telefonia mobile possono estendere la copertura anche all'interno degli edifici grazie alle femtocelle: minuscole stazioni base in grado di comunicare con un dispositivo mobile entro un raggio di 10 metri, con la rete a banda larga domestica che funge da backhaul. Un dispositivo ibrido che combina la tecnologia Wi-Fi e quella femtocella offre il meglio di entrambi i mondi.

Il Wi-Fi sta diventando sempre più diffuso al di fuori degli edifici, soprattutto nelle aree con un'elevata domanda di servizi mobili. Le reti wireless stanno comparendo in molte grandi città, offrendo agli utenti la possibilità di disattivare le reti mobili per ottenere velocità di download più elevate e a costi inferiori.
Anche le aree rurali, dove il costo di realizzazione di una rete FTTH/FTTB può essere proibitivo, beneficiano del Wi-Fi, mentre le apparecchiature Wi-Fi sono più economiche e relativamente facili da installare.

Tuttavia, come per qualsiasi rete di comunicazione mobile, le reti Wi-Fi necessitano comunque di un collegamento dati di backhaul alla rete primaria o centrale, e pertanto il problema di fornire una capacità di backhaul adeguata rimane attuale.

La capacità delle reti Wi-Fi sarà presto ridotta se si utilizzeranno reti telefoniche in rame per il backhaul. Un esempio tipico è quello di un bar cittadino che offre accesso internet gratuito, dove la rete Wi-Fi raggiunge i 54 Mbps, ma la connessione a banda larga dell'edificio arriva solo a 24 Mbps (in download). Le reti Wi-Fi avranno bisogno anche di un backhaul in fibra ottica per tenere il passo con la crescente domanda di dati da parte degli utenti.

Conclusioni:
I fornitori di servizi di telefonia mobile stanno assistendo a un'impennata del traffico dati sulle proprie reti da parte di utenti che si aspettano sempre più un accesso più semplice ai servizi online ad alta intensità di dati, senza essere vincolati a una posizione fissa. La maggiore disponibilità di servizi a banda larga mobile, unita alla proliferazione di smartphone dual-mode 3G e Wi-Fi, ai prezzi accessibili dei piani dati e ai nuovi servizi online, ha alimentato la crescita del traffico dati degli utenti wireless.
Le reti a banda larga mobile si sono evolute nel tempo, ma hanno ormai raggiunto il punto di saturazione, rendendo necessaria una profonda revisione per garantire che siano sufficientemente robuste da supportare la domanda futura. Ciò pone un dilemma: avendo investito così tanto in passato, gli operatori di rete mobile hanno pochi incentivi a intraprendere un'altra ondata di ingenti investimenti di capitale, eppure l'infrastruttura esistente faticherà a soddisfare la domanda.

La soluzione risiede nel miglioramento della rete e nello sfruttamento dell'infrastruttura in fibra ottica per il backhaul wireless, che può fornire la capacità di banda molto elevata necessaria per far fronte alla crescita continua, rendendola un mezzo ideale per una rete robusta e a prova di futuro.

Esistono evidenti sinergie tra la costruzione di reti di accesso in fibra ottica, la telefonia fissa e il backhaul wireless. Un esempio è la città svedese di Stoccolma, che già supporta due operatori di telefonia mobile LTE e ne avrà un terzo in arrivo, risultato che si ritiene sia una diretta conseguenza della disponibilità della fibra ottica in tutta la città.

A nostro avviso, la tecnologia wireless dovrebbe essere considerata complementare alla fibra ottica, piuttosto che concorrente, tenendo conto dei seguenti aspetti:

• Le reti wireless in tutte le loro forme dovrebbero essere promosse per i loro punti di forza – elaborazione e rete nomade con requisiti limitati di servizio e velocità di trasmissione – e non come sostituti diretti delle connessioni residenziali e aziendali più esigenti. Le reti wireless tradizionali faticheranno a soddisfare le elevate richieste di trasmissione dati, soprattutto quando più utenti condividono la rete.
• Un'eccezione a questa regola generale è rappresentata dai servizi in aree scarsamente popolate, dove l'implementazione di nuove reti cablate potrebbe non essere commercialmente redditizia. In queste aree, la copertura con reti di accesso wireless può essere fornita in tempi relativamente brevi e a costi relativamente bassi, almeno durante un periodo di transizione.
• Se combinati con le reti wireless, i servizi cablati possono fornire capacità di backhaul alternative per soddisfare la crescente domanda di dati mobili.

La questione per gli operatori di rete mobile è come fornire un servizio che soddisfi la domanda del mercato della banda larga massimizzando al contempo il ritorno sull'investimento. Per rispondere a questa domanda, siamo tornati al punto di partenza: per fornire un servizio mobile che offra la massima larghezza di banda per il backhaul, è essenziale un'infrastruttura in fibra ottica.

Se l'infrastruttura in fibra ottica è già esistente, ha senso utilizzarla per minimizzare le spese in conto capitale. Se si tratta di una nuova costruzione, la realizzazione dell'infrastruttura in fibra richiederà ingenti investimenti, quindi è necessario procedere in modo da ridurre al minimo i costi. Esiste una valida argomentazione a favore della condivisione del capitale, implementando simultaneamente la FTTH per l'accesso a banda larga fissa e il backhaul mobile.

Riferimenti

1. Chris Ziegler (2011), 2G, 3G, 4G e tutto il resto: un'introduzione al wireless di Engadget: http://www.engadget.com/2011/01/17/2g-3g-4g-and-everything-in-between-an-engadget-wireless-prim/
2. Terrence P. McGarty (2005), Alternative alla banda larga, sinergie tra fibra e wireless: http://www.telmarc.com/Docu-ments/Papers/2005%2010%2006%20Broadband%20Alternatives%2002.pdf
3. Cisco e/o le sue affiliate (2011), Accesso a banda larga nel XXI secolo: applicazioni, servizi e tecnologie: Italiano: http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ns341/ns525/white_paper_c11-690395.html
4. Cisco (2012), Visual Networking Index: http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ns341/ns525/ns537/ns705/ns827/white_paper_c11481360_ns827_Networking_Solutions_White_Paper.html
5. IDATE Consulting (2012), FTTH: The Solution for Mobile Broadband, studio per conto dell'FTTH Council Europe e dell'FTTH Council APAC
6. Cisco (2012), 802.11ac: The Fifth Generation of Wi-Fi Technical White Paper Italiano: http://www.cisco.com/en/US/prod/collateral/wireless/ps5678/ps11983/white_paper_c11-713103.html
7. Fujitsu (2009), Impatti del 4G sul backhaul mobile: http://www.fujitsu.com/downloads/TEL/fnc/whitepapers/4Gimpacts.pdf
8. Rysavy Research per 4G Americas (2012), Esplosione della banda larga mobile: http://www.4gamericas.org/documents/4G%20Americas%20Mobile%20Broadband%20Explosion%20August%2020121.pdf

Autore:

Collaboratori: Stephen Hough - Sterlite Technologies Ltd, José Salgado - PT Inovação, Jim Crowfoot -
Senko Advanced Components, Didi Ivancovsky - Broadcom, Wolfgang Fischer -
Cisco, Pauline Rigby - redattrice freelance.

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