Connectivitat urbana 25 Gbps: tecnologies clau i usos reals

La carrera per la connectivitat urbana de 25 Gbps ja no és ciència ficció: operadors, fabricants i nous actors tecnològics estan posant sobre la taula solucions que van des de la fibra òptica més avançada fins a enllaços òptics sense fil i comunicacions làser a l'espai. Tot això amb un objectiu molt clar: oferir velocitats de diversos gigabits per segon, latències mínimes i desplegaments cada cop més ràpids i flexibles.

En aquest context, tecnologies com 25G-PON, XGS-PON, enllaços òptics de feix de llum tipus Taara Beam, WiFi 7 de 25 Gbps i comunicacions làser satelitals es combinen per cobrir tant l'entorn urbà com les zones remotes o orbitals. Alhora, es replanteja el paper de la xarxa d'accés, el middle-mile i les infraestructures de backbone, mentre es busca reduir costos, consum energètic i temps de desplegament.

Connectivitat urbana de 25 Gbps: molt més que fibra

Quan pensem en connectivitat d'alta velocitat solem imaginar-nos directament xarxes de fibra òptica fins a la llar (FTTH), però el salt als 25 Gbps està arribant per diversos fronts alhora. Tenim operadors que comencen a comercialitzar accés residencial i empresarial de 25 Gbps sobre fibra, fabricants que llancen routers WiFi 7 capaços de manejar fins a 25 Gbps de trànsit agregat, i solucions òptiques sense fil que ofereixen “velocitat de fibra” sense necessitat d'excavar una sola rasa.

En aquest nou escenari apareixen també xarxes satel·litals d'òrbita baixa amb enllaços làser de 25 Gbps, capaços d'interconnectar satèl·lits i estacions espacials entre si i amb la Terra. Alhora, tecnologies PON de nova generació (XGS-PON, 25G-PON, 50G-PON) apuntalen el creixement del trànsit a ciutats intel·ligents, backhaul 5G, AR/VR, IoT massiu o metavers.

La clau no és només pujar la xifra de megabits o gigabits, sinó aconseguir altes velocitats, latències molt baixes i gran fiabilitat amb un cost raonable per usuari i amb capacitat d'escalar any rere any, en un context en què el trànsit de dades segueix creixent al voltant d'un 20-30% anual.

Taara Beam: enllaços òptics de 25 Gbps per al “middle‑mile” urbà

Un dels enfocaments més cridaners per a la connectivitat urbana de 25 Gbps sense obra civil és el de Taara Beam. Es tracta d'un sistema de comunicacions òptiques en espai lliure que fa feixos de llum invisibles per unir dos punts amb línia de vista, aconseguint enllaços bidireccionals de fins a 25 Gbps amb latències per sota dels 100 microsegons i abasts aproximats de 10 km.

Aquesta solució està pensada sobretot per al segment “middle‑mile” dels operadors: el tram que connecta el nucli de xarxa amb els nodes de distribució propers a l'usuari final. A ciutats denses, campus, polígons industrials o zones amb regulacions complexes per obrir rases, aixecar fibra pot resultar caríssim o directament inviable, mentre que muntar enllaços òptics en terrats o pals es pot fer en qüestió d'hores.

Taara Beam es recolza en una matriu fotònica integrada en silici tipus “optical phased array”, una cosa comparable en concepte a les antenes per fases de ràdio, però aplicat a llum. En lloc de servos o peces mecàniques per orientar el feix, la direcció i forma del llamp es controla electrònicament des del xip, cosa que millora la fiabilitat, redueix el manteniment i agilitza el desplegament.

En no utilitzar espectre radioelèctric convencional, aquests enllaços gaudeixen de gran ample de banda agregat i mínima interferència. En una mateixa zona urbana poden coexistir múltiples enllaços òptics sense els problemes de saturació i llicències de l'espectre de ràdio, permetent dissenyar backbons urbans de molt alta capacitat amb un cost per quilòmetre inferior al de la fibra soterrada a molts escenaris.

Com funciona la transmissió per feixos de llum a la ciutat

L'essència d'aquests sistemes òptics sense fil és enviar dades mitjançant polsos de llum modulats que viatgen en línia de vista entre dos nodes perfectament alineats. A ulls humans el feix és invisible, però transporta paquets de dades de manera semblant a com ho fa una fibra, però a través de l'aire.

Gràcies a la modulació avançada i al control de fase de la matriu fotònica, s'aconsegueix multiplexar informació amb una eficiència propera a la fibra, mantenint latències ultrabaixes. És justament el que necessiten aplicacions sensibles al retard com a trading d'alta freqüència, realitat augmentada, coordinació de flotes autònomes o comunicacions màquina-màquina crítiques.

Taara ja havia provat abans aquest concepte amb el dispositiu Lightbridge, capaç d'enllaçar punts remots a 20 km amb velocitats de 20 Gbps. Amb Beam es fa un salt en integració i control electrònic de l'anvers, eliminant parts mòbils i enfocant l'ús a entorns urbans densos, amb enllaços de fins a 10 km muntats en teulades, torres o infraestructures ja existents.

Des de la perspectiva regulatòria, el gran avantatge és que no es fan servir freqüències de ràdio llicenciades, es minimitzen tràmits amb el regulador de l'espectre i s'evita el cost d'adquirir bandes específiques. Els permisos se centren en la instal·lació física en edificis o pals, habitualment més senzill i ràpid que una obra de canalització de fibra.

Avantatges i límits dels enllaços òptics de 25 Gbps

El principal atractiu d'aquestes solucions òptiques sense fil és la capacitat per oferir ample de banda de “nivell fibra” amb desplegaments molt ràpids. En un escenari on llençar fibra pot portar setmanes o mesos per permisos, excavacions i coordinació amb ajuntaments, muntar un enllaç òptic en poques hores i començar a passar-hi 25 Gbps és un canvi de joc evident.

També resulten especialment interessants allà on la fibra és massa cara o físicament complicada: creus de rius, autopistes, àrees històriques protegides, campus extensos, complexos industrials o barris amb molta infraestructura soterrada on ja no hi cap ni un cable més. En aquests casos, lopció òptica aèria pot suposar grans estalvis i temps de posada en servei molt més curts.

No obstant això, hi ha un peatge: aquests enllaços depenen totalment de la línia de vista directa entre els nodes. Qualsevol nova construcció, arbratge que creix, grues, boira densa o pluja intensa poden atenuar o interrompre parcialment el senyal. Per això, en molts dissenys es planteja la xarxa amb redundàncies (múltiples rutes òptiques) o combinant-la amb enllaços de ràdio o fibra on estigui disponible.

A diferència de la fibra enterrada, que està molt més aïllada de la meteorologia, els enllaços òptics estan exposats a dispersió, absorció i altres fenòmens atmosfèrics. Això no implica necessàriament que ens quedem sense servei quan plou, però sí que exigeix ​​mecanismes d'ajust dinàmic de potència, codificació robusta i, en alguns casos, rutes alternatives per mantenir la qualitat de la connexió.

25 Gbps més enllà de la Terra: làsers espacials i WiFi orbital

La idea d'assolir els 25 Gbps també s'ha traslladat a l'espai. Starlink està provant un mini làser capaç d'enllaçar satèl·lits i estacions espacials de tercers a la seva constel·lació, amb velocitats de fins a 25 Gbps a distàncies d'uns 4.000 km. Això suposa una evolució natural dels seus enllaços làser intersatèl·lit ja desplegats.

El concepte és simple: oferir una mena de WiFi espacial d'alta capacitat que faciliti a missions científiques, estacions orbitals o empreses amb projectes en òrbita l'enviament de grans volums de dades a la Terra de manera més directa i eficient que amb els sistemes tradicionals de contacte puntual amb antenes terrestres.

Fins ara, la xarxa de Starlink se centrava sobretot a donar internet de banda ampla a la superfície, especialment en ubicacions remotes sense bona cobertura fixa o mòbil. Amb aquesta nova línia de negoci, la constel·lació passaria a ser també un hub de connectivitat orbital, actuant com a pont entre diferents actors espacials i les infraestructures de xarxa terrestres.

Tot i que Starlink no ha donat dates exactes per a l'entrada en servei comercial plena, el fet que ja estiguin fent proves en missions com Starlink G10‑20 indica que el sistema es troba en fases avançades de validació. Si se'n confirma la fiabilitat, es podria convertir en una peça clau en la manera d'operar missions científiques i comercials en òrbita baixa.

Xarxes GPON, XGS‑PON i 25G‑PON: la base de la fibra a 25 Gbps

Mentrestant, a terra ferma, la columna vertebral de la connectivitat urbana continua sent la fibra òptica i, en particular, les xarxes (Passive Optical Network). La tecnologia GPON ha estat l'estàndard dominant en desplegaments FTTH, oferint fins a uns 2,488 Gbps de baixada i 1,244 Gbps de pujada compartits entre múltiples usuaris mitjançant divisors òptics passius.

El seu gran avantatge és que és una arquitectura passiva, molt eficient i de baix consum, amb pocs components actius entre la central i la llar. Això redueix costos operatius i manteniment, alhora que ofereix una amplada de banda més que suficient per a la majoria de llars connectades a 1 Gbps.

Tot i això, amb l'auge del 4K/8K, el teletreball, el núvol, la realitat virtual, les smart cities o l'IoT massiu, les limitacions de GPON esdevenen evidents. Per això s'ha anat impulsant una transició a tecnologies PON de nova generació com XGS‑PON, 25G‑PON i 50G‑PON, que permeten incrementar dràsticament capacitat i simetria de les connexions.

25G‑PON, 50G‑PON i NG‑PON2: escalant cap al futur urbà

Per sobre de XGS‑PON apareixen noves generacions com 25G‑PON i 50G‑PON, ja estandarditzades per la ITU‑T i en fase de desplegament. 25G‑PON proporciona fins a 25 Gbps (simètrics o asimètrics 25/10) i està orientat, entre altres usos, a entorns d'alta densitat com estadis, gratacels, edificis intel·ligents o cel·les 5G que necessiten backhaul molt potent.

50G‑PON, per la seva banda, apunta a fins a 50 Gbps de capacitat sobre una única fibra, reforçant la xarxa fixa davant d'un tràfic de dades que es preveu segueixi creixent entre un 20% i un 30% anual almenys fins al 2030. Aquestes tecnologies incorporen funcions avançades de segmentació de baixa latència i millor QoS per a aplicacions crítiques.

Un exemple concret daquest salt és la col·laboració entre Telefónica i Nokia a Espanya per provar 25G‑PON. Usant el chipset Quillion i targetes Multi-PON en nodes Lightspan i ISAM, s'ha demostrat que és possible afegir 25G-PON a la xarxa existent, fent coexistir a la mateixa fibra GPON, XGS-PON i 25G-PON. Això permet migrar usuaris progressivament segons les necessitats d'amplada de banda.

Al mateix temps, solucions com NG‑PON2 i TWDM‑PON utilitzen multiplexació per divisió de longitud d'ona (WDM) i per temps i longitud d'ona (TWDM) per enviar múltiples senyals òptics alhora en una sola fibra, maximitzant capacitat i flexibilitat. D'aquesta manera, es poden oferir diferents nivells de servei sobre la mateixa infraestructura física, optimitzant inversió i operació.

EPB i la primera fibra comercial de 25 Gbps

Una de les fites més cridaneres al salt a 25 Gbps ho ha protagonitzat EPB, un operador de Chattanooga (Tennessee, EUA), que s'ha convertit en el primer a oferir connexions comercials de 25 Gbps sobre fibra a empreses i particulars.

Aquest operador, que ja va ser pioner a llançar serveis d'1 Gbps i 10 Gbps, ha actualitzat la seva xarxa utilitzant tecnologia 25GS‑PON de Nokia sobre la mateixa infraestructura GPON i XGS‑PON existent. Així, pot oferir 25 Gbps simètrics sense necessitat d'instal·lacions especials per a cada client, més enllà del canvi d'ONT/mòdem quan calgui.

El primer gran client emblemàtic és el Centre de Convencions del Comtat de Chattanooga‑Hamilton, que presumeix de ser el primer centre d'aquest tipus al món amb una connexió tan potent. La idea és poder albergar sense problemes congressos tecnològics, esdeveniments d'esports, fires amb streaming massiu o produccions audiovisuals en directe, tot gràcies a una connectivitat WiFi 6 recolzada per una fibra de 25 Gbps.

Per a EPB, aquest moviment és estratègic: es tracta de mantenir la ciutat “a l'avantguarda” tecnològica i anticipar-se a les necessitats de trànsit dels propers anys, habilitant empreses locals, universitats i centres d'innovació a experimentar amb aplicacions que avui amb prou feines estan madurant, com ara entorns immersius, metavers o IA distribuïda.

Fonaments de GPON: la base que ho sosté tot

Per entendre cap a on anem amb 25G‑PON i 50G‑PON, convé repassar com funciona GPON, la tecnologia que ha sostingut l'expansió FTTH durant la darrera dècada. En lloc d'una arquitectura Ethernet tradicional de tres capes (core, distribució i accés), GPON s'organitza en dos nivells bàsics: l'OLT a la central i les ONT/ONU als domicilis o seus de client, amb un o diversos divisors òptics passius intermedis.

La Xarxa de distribució òptica (ODN) es compon de fibres, empalmaments i splitters que poden dividir una fibra en 16, 32 o 64 camins, depenent del pressupost de potència. Tot això sense elements actius, per això es parla de “xarxa òptica passiva”. Això redueix el consum elèctric i el nombre dequips que cal mantenir i refrigerar.

Al costat de l'usuari tenim les ONT (Optical Network Terminal) o ONU, que converteixen el senyal òptic en elèctrica i ofereixen ports Ethernet, telefonia IP, WiFi, etc. Al costat de l'operador, l'OLT (Optical Line Terminal) afegeix el trànsit de centenars o milers d'ONT, multiplexant-lo en un únic feix de llum que després es transforma en trames Ethernet cap al core de la xarxa.

GPON utilitza, a més, tecnologies com la multiplexació per divisió de longitud d'ona (WDM) per separar trànsit de pujada i baixada en diferents longituds d'ona (aprox. 1290-1330 nm a upstream i 1480-1500 nm a downstream), i la multiplexació temporal (TDM/TDMA) perquè totes les ONT comparteixin de forma ordenada la mateixa fibra en sentit ascendent.

Com viatgen els paquets en una xarxa GPON

En sentit descendent (d'OLT a ONT), les trames GPON es transmeten com broadcast sobre la fibra compartida. Cada ONT rep totes les trames, però només processa les que van etiquetades amb els seus identificadors gemport (GEM Port ID), descartant-ne la resta. El trànsit s'agrupa en trames GTC (GPON Transmission Convergence) de longitud fixa (125 microsegons), que inclouen un bloc de control físic (PCBd) i la càrrega útil.

Dins aquest bloc de control trobem camps com Psync, Ident, PLOAMd, BIP o BWmap, responsables de la sincronització, gestió, correcció derrors i assignació dample de banda. El BWmap, per exemple, indica cada ONT en quins intervals temporals podrà transmetre en sentit ascendent, evitant col·lisions.

En sentit ascendent (d'ONT a OLT), les ONT envien dades a ràfegues temporitzades segons TDMA. L'OLT mesura la distància a cada ONT mitjançant un procés anomenat “ranging”, calcula el retard d'equalització (EqD) i sincronitza les finestres de transmissió perquè tots els senyals arribin coordinats. D'aquesta manera s'aprofita l'amplada de banda disponible sense que les trames xoquin entre si als splitters.

La gestió dinàmica dample de banda, o DBA (Dynamic Bandwidth Allocation), permet a l'OLT ajustar contínuament els intervals de temps que assigna a cada ONT en funció de la demanda i de l'estat de la xarxa. Així es millora la utilització de la pujada, es poden servir més usuaris per port PON i es garanteix la QoS de serveis sensibles com a veu o vídeo en temps real.

Avantatges, límits i evolució de GPON cap a XGS‑PON

Entre els punts forts de GPON destaquen la seva gran abast (fins a 20 km de fibra física), alta velocitat per a la seva època i baix cost per usuari. Comparada amb el coure, permet cobrir distàncies molt més grans amb menys equips intermedis, utilitza menys espai en canalitzacions i racks, consumeix menys energia i redueix notablement les necessitats de sales tècniques intermèdies.

Una única fibra es pot dividir mitjançant splitters per servir desenes d'usuaris, cosa que abarateix el desplegament massiu. A més, GPON suporta una àmplia varietat de serveis sobre la mateixa infraestructura: dades, telefonia IP, IPTV, càmeres de vigilància, WiFi corporatiu, VPNs, etc., simplificant el cablejat i el suport.

Tot i això, també hi ha inconvenients: la instal·lació exigeix ​​empalmaments molt precisos i connectors nets, qualsevol defecte es pot traduir en pèrdua de senyal. La compatibilitat d'ONT sol estar fortament lligada a l'OLT ia l'operador (no val qualsevol ONT genèrica), i la inversió inicial en OLT i ODN pot ser elevada, sobretot en zones rurals disperses.

A més, GPON s'ha quedat curt per a certs usos intensius, per això molts operadors estan migrant progressivament a XGS‑PON i, a mitjà termini, a 25G‑PON. L'avantatge és que aquestes noves tecnologies poden coexistir amb GPON a la mateixa xarxa física, gràcies a l'ús combinat de WDM i nous mòduls òptics, cosa que protegeix la inversió existent i permet oferir diferents nivells de servei (1 Gbps, 10 Gbps, 25 Gbps…) segons el perfil del client.

WiFi 7 de 25 Gbps i xarxes domèstiques preparades per al futur

El salt a 25 Gbps no acaba al carrer ni a la central: també afecta la xarxa domèstica i al router de l'usuari. Un exemple és el router gaming GT‑BE98 WiFi 7, dissenyat per manejar un rendiment agregat de fins a 25 Gbps gràcies a canals de 320 MHz en 6 GHz i modulació 4096‑QAM.

Aquest tipus d'equips incorporen ports Ethernet de 10G i 2,5G per treure partit a connexions multigigabit, a més d'opcions de WAN de respatller i connectivitat 4G/5G plug-and-play. Per a entorns de joc competitiu, streaming d'alta resolució, realitat virtual o descàrregues massives són dispositius pensats per no convertir-se en coll d'ampolla.

Al terreny de la seguretat integren suites tipus AiProtection Pro amb tecnologia de Trend Micro, afegint protecció avançada davant d'amenaces, filtratge de continguts i funcions VPN de nivell empresarial (incloent VPN de lloc a lloc i apps mòbils d'accés segur). Així, es reforça la protecció de xarxes domèstiques que comencen a manejar amples de banda i volums de trànsit propis d'una petita empresa.

Sense encaminadors d'aquest tipus o saber com configurar una connexió WiFi, de poc serveix disposar duna línia de 10 o 25 Gbps: la xarxa local es converteix en el factor limitant. Cosa que ja pateixen usuaris que, per exemple, tenen connexions superiors al rendiment amb IDS/IPS activat de certs routers UDM, i que es veuen obligats a buscar alternatives de routing de major capacitat per no desaprofitar ample de banda.

Connectivitat satelital i mòbil: Direct to Cell i bretxa digital

Un altre front obert a la connectivitat de nova generació és la integració entre xarxes mòbils i satel·litàries mitjançant solucions com antenes 5G transparents. A Espanya, MasOrange s'ha convertit en el primer operador a oferir el servei “Direct to Cell” de Starlink, que permet que dispositius mòbils es connectin directament a la constel·lació satelital, sense antenes parabòliques específiques.

Aquesta aproximació té un enorme potencial per tancar la bretxa digital a zones rurals o amb mala cobertura, combinant el millor de la infraestructura mòbil existent amb la cobertura global dels satèl·lits LEO. La idea és que l'usuari final amb prou feines noti la diferència d'experiència, mentre la xarxa decideix per on encaminar el trànsit.

Això sí, el desplegament massiu d'aquest tipus de solucions s'enfronta a reptes tècnics, regulatoris i comercials: coordinació d'espectre, acords de roaming, models tarifaris, gestió de latències i qualitat de servei o integració amb serveis digitals que depenen de temps de resposta molt estrictes.

Si se superen aquests obstacles, la combinació de fibra ultraràpida, PON de 25/50 Gbps, enllaços òptics urbans, WiFi 7 i satèl·lits “Direct to Cell” pot transformar radicalment el mapa de connectivitat, tant a ciutats com a regions aïllades, oferint un ventall d'opcions adaptat a cada escenari.

En conjunt, tot aquest ecosistema de tecnologies —des de GPON clàssic fins a 25G‑PON, des dels feixos de llum de Taara Beam fins als mini làsers de Starlink i els routers WiFi 7 de 25 Gbps— està configurant una nova era de connectivitat urbana i global en què velocitats abans reservades a grans centres de dades es tornen accessibles a empreses, institucions i, cada cop més, a usuaris residencials exigents. El repte ja no és només arribar als 25 Gbps, sinó fer-ho de manera rendible, sostenible i amb una experiència d'usuari que realment aprofiti tot aquest potencial.