Backhaul com fibra óptica

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Este artigo mostra que a instalação de fibra óptica no backhaul pode ser uma alternativa economicamente viável para as operadoras móveis. Isso porque o uso de técnicas de instalação avançadas e de microcabos reduz muito o investimento inicial em fibra óptica. As operadoras ainda têm a opção de formarem um consórcio para compartilhar os custos, além de abrirem novos fluxos de receita alugando a infraestrutura a concorrentes.

Vanesa Diaz, engenheira de desenvolvimento de mercado da Corning Optical Fiber

Data: 03/07/2017

Edição: RTI Maio 2017 - Ano XVIII - N^o 204

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Desde que os primeiros telefones móveis foram introduzidos, em 1981 as redes móveis têm evoluidos ao ponto de, atualmente, podermos estar conectados em qualquer lugar e ver, experimentar, explorar e nos expressar com apenas um clique. De 2G, 3G, 4G até LTE, a capacidade máxima suportada por cada célula móvel tem crescido progressivamente, em resposta a uma elevação exponencial no consumo de dados.

Mas haverá ainda mais demanda para as redes móveis quando a IoT - Internet das coisas finalmente decolar e todos os tipos de sensores e dispositivos de rastreamento com conexão à Internet começarem a compartilhar dados. No final desta década, os analistas preveem que 50 bilhões desses sensores irão se conectar às redes móveis, consumindo 1000 vezes mais dados do que os aparelhos móveis atuais. Será um desafio para o backhaul suportar a enorme quantidade de dados.

Para evitar a compra de um novo espectro móvel (que pode nem estar disponível), a única forma de as operadoras aumentarem a largura de banda disponível por usuário é ampliar a densidade de células locais. Em áreas urbanas congestionadas isso significa adotar small cells externas.

Entretanto, como a maioria das small cells irá se agregar à macrocélula mais próxima, essa estratégia não reduz a quantidade de dados que precisam de backhaul. Na realidade, é mais provável que aumente, especialmente, quando o 5G estiver operacional.

Os operadores móveis sabem desse desafio e reconhecem que a implantação de fibra óptica representa uma solução técnica superior, em comparação a todas as outras alternativas. Mas, apesar da largura de banda ilimitada, confiabilidade, baixa latência e instabilidade, a penetração da fibra no backhaul tem sido relativamente lenta em comparação com as soluções de micro-ondas.

Essa situação comumente prevalece porque o custo inicial é o fator mais importante na decisão da instalação e a fibra ainda é vista como uma opção de alto custo com um longo período de retorno financeiro.

Por trás dos números

Com base em dados de pesquisa publicamente disponíveis, a Corning projetou um modelo econômico para comparar o TCO de algumas das tecnologias de backhaul mais comuns (micro-onda, milímetro, fibra alugada e implantação de nova fibra). Ele compara o custo de implantação de backhaul de um local de macrocélula com uma antena tri-setorial (com cada setor operando a 80 Mbit/s) situada a 3 km do local de agregação mais próximo e conectado a ele por um link ponto a ponto (P2P), usando um dos métodos acima.

Ao se considerarem apenas os primeiros custos de instalação, a implantação de cabo de fibra óptica usando a vala a céu aberto tradicional é a solução de maior investimento de capital. Isso porque a escavação da vala é um processo de alto custo, disruptivo e lento, particularmente em áreas urbanas, com preços que variam de 95 euros a 157 euros por metro e com velocidade de instalação de apenas 30 a 50 m por dia (preços típicos no Reino Unido).

Por essa razão, alguns operadores optaram por alugar largura de banda de fibra para garantir alta capacidade, sem incorrer no custo de capital da instalação de cabo. Entretanto, as altas taxas de leasing, com preços variando de 40 mil euros a 112 mil euros por ano para local de macrocélula, tornam essa alternativa uma solução de curto prazo.

Um custo inicial de instalação mais baixo explica por que as tecnologias sem fio parecem ser uma solução mais econômica do que a fibra. No entanto, o equipamento sem fio pode ter custos operacionais e contínuos consideráveis por leasing de espectro, particularmente em áreas urbanas onde algumas faixas de frequência mais comuns usadas estão cada vez mais congestionadas e com alto custo. Por exemplo, a autoridade reguladora do Reino Unido (Ofcom) estabelece uma taxa de licença para um link de 23 GHz usando dois canais de 56 MHz de 2,827 euros por ano por link.

As faixas sem fio milimétricas podem oferecer maior largura de banda e taxa de espectro de 64 euros por ano por link, mas nessas frequências, o equipamento tem um preço maior e a distância máxima do link é mais limitada, o que impacta negativamente os custos de implantação e manutenção.

Uma vez instalado, os custos de execução de links de fibra são muito mais baixos do que os sem fio. Devido ao custo da instalação de cabo tradicional, o ponto de equilíbrio da fibra em relação ao micro-ondas fica em torno de 18 a 20 anos, o que é um período muito longo para representar uma oportunidade comercial aceitável para o operador móvel. Para permitir que os operadores efetivem a sua opção preferida de usar a fibra para enfrentar os desafios de capacidade do backhaul móvel, são necessárias melhorias na tecnologia de instalação do cabo.

Microescavação, microduto e minicabos

Até 80% dos custos totais da implantação de uma nova fibra estão relacionados aos trabalhos de engenharia civil. Isso porque escavar valas em estradas movimentadas requer licenças, gerenciamento de tráfego e, uma vez colocados os dutos, a reconstrução da estrada com o preenchimento do buraco e a recolocação da superfície. Técnicas alternativas de implantação podem reduzir notavelmente esses custos e uma em particular se tornou bem popular.

A microescavação substitui a abertura de valas tradicional por uma fenda estreita que é cortada ou serrada na superfície da estrada e na qual se colocam os microdutos. Os microdutos são versões menores dos tubos onde o cabo de fibra óptica pode ser puxado, empurrado ou soprado. Podem ser adquiridos e instalados individualmente ou em feixes especialmente projetados e onde os minicabos menores e mais leves são soprados.

Com o uso de minicabos e microdutos, a microescavação pode permitir uma instalação de fibra menos disruptiva e mais rápida, com velocidade entre 150 a 200 m por dia, reduzindo em muito os custos da obra – até em 76% em um exemplo relatado na cidade de Linda Loma, EUA. Na análise da Corning, a grande economia do uso da tecnologia de microescavação e minicabo/microduto pode reduzir o ponto de equilíbrio entre soluções de implantação de fibra e sem fio entre seis a oito anos.

Há vários benefícios potenciais adicionais do uso da tecnologia de minicabo e microduto na implantação de rede backhaul:

• Compartilhamento de infraestrutura.

Cresce entre as operadoras o interesse em compartilhar infraestrutura de backhaul como um meio de baixar os custos totais da rede. Compartilhar mastros para hospedar antena de micro-ondas é um arranjo comum entre as operadoras móveis. Por exemplo, a Telefónica, O2 e Vodafone têm um acordo de compartilhamento de rede de 10 anos em mercados europeus.

Também há exemplos de operadoras que compartilham espectro móvel e até custos de construção de rede, por exemplo, em 2009, a Tele2 e a Telenor, na Suécia, formaram uma joint venture para construir um rede 4G nacional e compartilhar espectro.

Como os microdutos subdividem o duto interno em múltiplos compartimentos menores, essa tecnologia é particularmente adequada para permitir um eficiente compartilhamento de espaço de duto entre várias operadoras ao longo de uma rota. Na análise econômica da Corning, duas operadoras trabalhando em consórcio podem compartilhar os custos de implantação de um feixe de microdutos usando tecnologia de microescavação, mais uma vez baixando o período de retorno, em relação às soluções sem fio, para dois a três anos.

• Reutilização de espaço de duto. Em implantações em área industrial, uma vez que se implante um cabo de loose tube em um duto grande, a instalação de novos cabos no mesmo espaço não é recomendável. Entretanto, usando-se microdutos no duto grande, minicabos podem ser soprados sem qualquer risco, permitindo que as portadoras reutilizem dutos abarrotados que, de outra forma, seriam considerados cheios. Com essa abordagem, as operadoras podem aumentar a capacidade da rede a um custo relativamente baixo.
• Técnicas de instalação modernas e cabos menores e mais leves permitem uma implantação de fibra óptica mais econômica em redes backhaul móveis
• Leasing de duto e de fibra escura. O leasing de largura de banda, fibra escura ou acesso em duto é uma prática comum na Europa. Em setembro de 2010, a Comissão Europeia emitiu uma recomendação com o objetivo de regulamentar produtos por atacado na NGA - Next Generation Access Networks. Por exemplo, o custo de alugar espaço de duto da rede da Portugal Telecom, em Lisboa, é de 10,60 euros/mês/ km/cm² e opções de alugar fibra escura e largura de banda também são comercialmente disponíveis. Alugando alguns dos microdutos ou das fibras neles contidas, um operador que implanta cabo usando a tecnologia de microduto pode ter novas receitas, mudando completamente a questão comercial da implantação de fibra.

Conclusão

As operadoras móveis precisam instalar redes backhaul que possam suportar o crescimento esperado da capacidade de transportar dados. Embora as tecnologias de micro-ondas sejam mais limitadas em termos de tráfego de dados, elas são quase sempre vistas como alternativas de baixo custo e ainda lideram o mercado, enquanto a fibra é percebida como um investimento de longo prazo e quase sempre descartada devido ao seu alto custo inicial de implantação.

Entretanto, o uso de técnicas de instalação avançadas e microcabos reduz muito o investimento inicial em novas fibras ótpicas, particularmente se as operadoras formarem um consórcio para compartilhar os custos.

As operadoras também podem abrir novos fluxos de receita alugando a infraestrutura a concorrentes, tornando ainda mais atrativo o aspecto comercial da fibra.