Backhaul via satélite: Entenda como funciona e benefícios

Backhaul é o nome dado à ligação entre o núcleo das redes e as sub-redes periféricas. Em palavras simples, podemos dizer que trata-se do ponto da conexão que leva os dados aos usuários. Uma tendência que está sendo adotada por várias operadoras de telecomunicações é o backhaul via satélite. Com a chegada do 5G, isso deverá potencializar ainda mais os serviços de internet oferecidos.

O que é Backhaul?

No contexto de uma rede de telecomunicações hierárquica, o backhaul constitui a porção da rede que engloba os elos intermediários entre a rede central, ou backbone, e as sub-redes menores localizadas na borda da rede. Este segmento atua como a ligação crucial que transporta dados do usuário final para a internet central ou para o provedor de serviços, e vice-versa, garantindo uma transferência eficiente de informações.

Em termos mais simples, o backhaul representa a interligação física entre o backbone central e as redes locais individuais, sendo responsável por prover dados para o backbone da rede. É o ponto de conexão que leva os dados até os usuários, permitindo que as comunicações fluam de forma contínua e eficaz.

Importância do backhaul na era digital

A significância do backhaul na infraestrutura de telecomunicações moderna não pode ser subestimada. Ele é essencial para a comunicação eficiente e a troca de dados, sendo um componente fundamental que sustenta a conectividade em larga escala. Com o rápido avanço de tecnologias como o 5G, a demanda por soluções de backhaul robustas e de alta capacidade tornou-se mais crítica do que nunca.

A crescente necessidade de conectividade de alta velocidade para suportar um volume de dados cada vez maior torna as soluções de backhaul eficazes indispensáveis para a confiabilidade e o desempenho geral da rede. Sem um backhaul adequado, mesmo as redes de acesso mais avançadas não conseguiriam entregar o desempenho prometido aos usuários finais.

Qual é o papel do satélite no backhaul?

O backhaul via satélite desempenha um papel estratégico e insubstituível na expansão da cobertura celular e da conectividade de banda larga de alta qualidade, especialmente em áreas remotas e de difícil acesso. Esta tecnologia permite que provedores de serviços alcancem regiões onde a implantação de infraestrutura terrestre tradicional, como fibra óptica ou micro-ondas, é inviável ou economicamente proibitiva.

Historicamente, o satélite tem sido, em muitos casos, a única opção viável para backhaul em ilhas, regiões montanhosas e outras localidades de difícil atendimento, devido aos custos proibitivos e ao tempo excessivo de implantação de redes terrestres.

A capacidade do backhaul via satélite de conectar estações de telefonia em locais remotos e expandir serviços de tronco não o posiciona apenas como uma alternativa tecnológica, mas como uma solução habilitadora fundamental para a inclusão digital e a expansão da economia conectada.

A ausência de backhaul via satélite significaria que grandes porções da população e do território permaneceriam desconectadas, limitando severamente o potencial de crescimento e desenvolvimento digital. Isso sublinha que a tecnologia de satélite tem um impacto direto no acesso e na equidade, transformando-se em um imperativo social e econômico para a construção de uma sociedade verdadeiramente conectada.

Como funciona o backhaul via satélite?

Princípios de transmissão

O funcionamento do backhaul via satélite baseia-se na transmissão e recepção de sinais de dados entre equipamentos do usuário, como antenas parabólicas, e satélites de comunicação posicionados no espaço. Este processo envolve uma comunicação bidirecional: a comunicação upstream refere-se aos dados enviados do equipamento do usuário (por exemplo, um computador ou smartphone) para o satélite, enquanto a comunicação downstream se refere aos dados enviados do satélite para o equipamento do usuário.

Quando um usuário solicita dados, como o carregamento de uma página da web, a solicitação é enviada de seu dispositivo para a antena parabólica (conhecida como VSAT). Esta antena, por sua vez, transmite o sinal de solicitação para o satélite de comunicação mais próximo na constelação. O satélite recebe o sinal, processa-o e o roteia para a estação terrestre apropriada na Terra.

A estação terrestre, equipada com grandes antenas, retransmite a solicitação para o backbone global da internet. Uma vez que os dados solicitados são recuperados da internet, eles são enviados de volta para a estação terrestre, que os transmite para o satélite, e este, por sua vez, os retransmite para a antena parabólica do usuário, que então os entrega ao dispositivo final.

Componentes da arquitetura terrestre

A arquitetura terrestre do backhaul via satélite é composta por diversos elementos que garantem a comunicação eficiente:

• Antenas VSAT (Very Small Aperture Terminal): São os equipamentos localizados no lado do usuário, equipados com transceptores capazes de transmitir e receber sinais de e para o satélite;
• Hubs VSAT: São estações terrestres centrais com grandes antenas que se comunicam com os satélites em órbita. Atuam como o ponto de conexão entre a rede satelital e o backbone terrestre da internet, gerenciando o tráfego e a alocação de recursos;
• Conexão com torres celulares: Operadoras de Redes Móveis (MNOs) utilizam satélites para conectar suas estações rádio base (BTS/cell sites) ao backbone, especialmente em áreas onde a infraestrutura terrestre é deficiente, não disponível ou economicamente inviável;
• Tipos de Links: Para otimizar a transmissão de dados, diferentes tipos de links satelitais são empregados:
  • SCPC (Single Channel Per Carrier): É um link satelital ponto-a-ponto dedicado, onde a largura de banda é reservada exclusivamente para aquela conexão, garantindo alta taxa de transferência de dados. É ideal para requisitos de alta taxa de dados e tráfego constante;
  • TDMA (Time-Division Multiple Access): É um link compartilhado ponto-a-multiponto, mais econômico para conectar centenas de sites simultaneamente. Neste modelo, a largura de banda é alocada dinamicamente em tempo real, dependendo da demanda de transmissão de cada site remoto, otimizando o uso da capacidade;
  • Plataformas VSAT de Próxima Geração: Com a evolução da tecnologia, surgem plataformas VSAT projetadas para operar com satélites de Muito Alto Throughput (VHTS) e satélites definidos por software. Essas plataformas permitem uma fácil migração para redes 5G e suportam capacidades avançadas de edge computing para agregação de IoT, além de oferecerem integração com infraestrutura de nuvem e SDN/NFV para operações simplificadas.

Quais são os tipos de satélite para backhaul?

A escolha do tipo de satélite para backhaul é um fator determinante que impacta diretamente a latência, a cobertura e a capacidade da rede. Existem três categorias principais de satélites utilizados para este fim:

Característica	LEO (Low Earth Orbit)	MEO (Medium Earth Orbit)	GEO (Geostationary Earth Orbit)
Altitude (km)	Até 2.000	2.000 – 36.000	Aproximadamente 36.000
Latência	Baixa	Média	Alta
Cobertura	Limitada por satélite, global por constelação	Moderada por satélite, global com menos satélites	Ampla por satélite, fixa em relação à Terra
Número de satélites para cobertura global	Centenas/Milhares	Dezenas/Centenas	Poucos (geralmente 3-4 para cobertura quase global)
Custo por Gbps (CapEx)	Menor (em constelações de escala)	Intermediário	Maior (tradicionalmente)
Vida Útil (anos)	~5-7	Maior que LEO, menor que GEO	~15+
Aplicações típicas	Banda larga de baixa latência, IoT massivo	Navegação (GPS), backhaul móvel	Broadcast, backhaul de alta capacidade

A evolução dos tipos de satélites, em particular o surgimento e a proliferação das constelações LEO e o avanço dos HTS/VHTS em GEO, está transformando a viabilidade e a competitividade do backhaul via satélite, posicionando-o como uma solução de alta performance para a era 5G. Anteriormente, os satélites GEO dominavam, mas com a desvantagem da alta latência, um fator limitante para certas aplicações.

A ascensão das constelações LEO e MEO aborda diretamente essa limitação de latência, que é crítica para os requisitos de Ultra-Reliable Low-Latency Communications (URLLC) do 5G. Paralelamente, os HTS/VHTS nos satélites GEO estão resolvendo o problema da capacidade e do custo por bit, tornando os GEOs mais competitivos em termos de volume de dados.

Essa convergência de melhorias em diferentes órbitas significa que o backhaul via satélite não é mais uma solução de último recurso, mas uma opção de alto desempenho e custo-benefício para uma gama muito mais ampla de aplicações, incluindo as mais exigentes do 5G.

Qual a relação entre o 5G e o backhaul via satélite?

A transição para o 5G representa uma revolução arquitetônica completa nas redes móveis, distanciando-se significativamente do modelo do 4G, que era primordialmente focado em banda larga móvel. A arquitetura do 5G Core (5GC) adota um paradigma baseado em serviços (SBA – Service-Based Architecture), caracterizado por funções modulares e baseadas em software, com uma separação clara entre o plano de controle e o plano de usuário, o que confere maior flexibilidade e escalabilidade à rede.

As redes 5G são projetadas para atender a requisitos de desempenho sem precedentes, incluindo taxas de dados significativamente mais altas, atingindo múltiplos gigabits por segundo (multi-Gbps), latência ultra-baixa, com alvos de até 1 milissegundo (ms), e a capacidade de conectar um número massivo de dispositivos, chegando a 1 milhão de dispositivos por quilômetro quadrado, em contraste com aproximadamente 100 mil no 4G.

Essas demandas elevadas tornam as soluções de backhaul tradicionais insuficientes para garantir a qualidade de serviço e a experiência do usuário esperadas. Neste cenário, o backhaul via satélite se torna uma solução vital para complementar a infraestrutura terrestre, estendendo o alcance e a capacidade do 5G para áreas onde a fibra ou o micro-ondas seriam impraticáveis.

Network Slicing (Fatiamento de Rede) e o Satélite

O network slicing, ou fatiamento de rede, é uma capacidade fundamental do 5G que permite a criação e o gerenciamento dinâmico de múltiplas redes lógicas independentes sobre uma única infraestrutura física compartilhada. Cada uma dessas “fatias” ou “slices” é adaptada para atender a requisitos específicos de serviço em termos de largura de banda, latência, segurança e confiabilidade.

Isso torna o network slicing uma capacidade essencial para otimizar redes 5G e suportar uma gama diversificada de serviços.

A integração satelital no slicing 5G é um fator transformador. O backhaul via satélite, especialmente com as novas capacidades dos HTS/VHTS e das constelações LEO/MEO, pode fornecer a conectividade de transporte para slices específicos, estendendo a cobertura 5G para áreas rurais e remotas.

Isso permite que as MNOs estendam a cobertura 5G de forma ubíqua, econômica e em menos tempo. Além disso, o satélite pode ser utilizado para desafogar o tráfego em áreas congestionadas ou como um backup resiliente para links terrestres, aumentando a disponibilidade da rede.

O backhaul via satélite não é apenas um “meio de transporte” para o 5G, mas um componente intrínseco e estratégico para a realização do potencial do network slicing e, consequentemente, para a monetização de novos serviços 5G, especialmente em cenários de cobertura desafiadora. O 5G Core, com sua arquitetura flexível e baseada em serviços, é projetado para o network slicing.

Este, por sua vez, permite a criação de redes virtuais com requisitos de QoS e latência específicos para diversos casos de uso. A capacidade do satélite de alcançar áreas remotas e fornecer conectividade de alta capacidade e baixa latência (com LEO/MEO) significa que ele pode estender a promessa do network slicing para além das áreas urbanas densamente cabeadas.

Isso eleva o satélite de uma solução de “último recurso” para uma parte ativa da estratégia de implantação e monetização do 5G, permitindo que operadoras ofereçam slices especializados (como URLLC para carros conectados em rodovias remotas ou mMTC para IoT agrícola) onde as soluções terrestres seriam inviáveis ou excessivamente caras.

Quais são os benefícios do backhaul via satélite?

Para operadoras de telecomunicações (MNOs, ISPs, MVNOs)

O backhaul via satélite oferece uma série de benefícios estratégicos que impactam diretamente a operação e o crescimento de operadoras de telecomunicações:

• Expansão de cobertura e inclusão digital: Permite estender a cobertura celular e de banda larga para áreas rurais e remotas, onde a infraestrutura terrestre é limitada ou inexistente. Esta capacidade é crucial para promover a inclusão digital, conectando populações e negócios anteriormente isolados.³ As MNOs podem alcançar cobertura ubíqua de forma mais econômica e rápida;
• Novas Fontes de Receita: Habilita a oferta de serviços 5G e IoT em mercados inexplorados, criando novas oportunidades de receita. O
  network slicing permite que as operadoras ofereçam “rede como serviço” (NaaS) para diferentes casos de uso, possibilitando o arrendamento de recursos físicos para MVNOs e outros clientes empresariais em infraestrutura compartilhada;
• Redução de CAPEX e OPEX: A implantação rápida e o custo-benefício em certas geografias reduzem o investimento inicial em infraestrutura (CAPEX) e os custos operacionais (OPEX) em comparação com a construção de redes terrestres extensas em terrenos difíceis;
• Flexibilidade e escalabilidade: Permite a alocação dinâmica de recursos e a adaptação às mudanças na demanda de tráfego. Com o
  network slicing, os serviços podem expandir e contrair os recursos de rede conforme a demanda, otimizando o uso da infraestrutura;
• Resiliência e continuidade de negócios: Atua como um backup robusto para links terrestres, garantindo conectividade em caso de desastres naturais, falhas de rede ou interrupções. Soluções multi-órbita (GEO+LEO) oferecem maior capacidade e latência reduzida, essenciais para a resposta a emergências;
• Otimização de tráfego: Ajuda a desafogar o tráfego em áreas congestionadas, complementando a capacidade das redes terrestres existentes.

Desafios do backhaul via satélite

Apesar dos inúmeros benefícios, a implementação do backhaul via satélite, especialmente no contexto do 5G, apresenta desafios técnicos, operacionais, de negócios e regulatórios que exigem atenção e estratégias de mitigação.

Desafios técnicos e operacionais

• Latência: Tradicionalmente, a alta latência, particularmente em satélites GEO, tem sido uma desvantagem para aplicações em tempo real, como jogos online ou chamadas de vídeo. No entanto, a proliferação de constelações LEO e MEO está mitigando significativamente essa questão, oferecendo latências muito mais baixas;
• Capacidade e largura de banda: Embora os satélites HTS/VHTS estejam aumentando drasticamente a capacidade disponível, a largura de banda ainda pode ser uma limitação em comparação com a fibra óptica em situações de alta densidade de tráfego;
• Integração e interoperabilidade: A integração de redes satelitais com a infraestrutura terrestre 5G existente (RAN, Core, Transporte) e a garantia de interoperabilidade entre diferentes fornecedores e padrões (como IETF, BBF, IEEE, ITU-T e 3GPP) são tarefas complexas;
• Condições Climáticas: Sinais de satélite podem ser afetados por condições climáticas adversas, como chuva intensa, neve ou nevoeiro, o que pode impactar a consistência e a qualidade do serviço;
• Complexidade Operacional: O gerenciamento de múltiplas constelações, especialmente as LEO com satélites em movimento rápido, e a coordenação de handovers exigem operações de rede complexas e sofisticadas.

Desafios de negócios e regulatórios

• Custo de infraestrutura: Embora o backhaul via satélite possa ser mais econômico em áreas remotas, os custos iniciais de implantação de constelações LEO e a manutenção contínua podem ser substanciais. A rentabilidade de grandes investimentos pode levar uma década ou mais para se materializar;
• Modelos de negócio: A definição de modelos de negócio sustentáveis para a monetização de slices via satélite, especialmente no atacado para operadoras, pode ser um desafio, exigindo abordagens inovadoras para precificação e parcerias;
• Regulamentação e espectro: Diferenças em padrões técnicos, modelos de negócios e estruturas regulatórias podem criar barreiras à interoperabilidade e à adoção em larga escala. A realocação de espectro para 5G terrestre também afeta as bandas de satélite, exigindo coordenação e planejamento;
• Sustentabilidade espacial: O crescimento exponencial das constelações LEO levanta preocupações sobre o aumento de detritos espaciais e a necessidade de procedimentos de mitigação e sistemas de prevenção de colisões para garantir a sustentabilidade a longo prazo do ambiente espacial.

Estratégias de mitigação e soluções

A superação dos desafios do backhaul via satélite não se limita a avanços tecnológicos isolados, mas exige uma abordagem ecossistêmica que envolve padronização, modelos de negócio inovadores, colaboração intersetorial e foco proativo em segurança.

• Tecnologias de aceleração: A implementação de técnicas de aceleração de camada 2/3 é crucial para superar a latência inerente das comunicações via satélite, melhorando a experiência do usuário, especialmente para aplicações sensíveis ao tempo;
• Arquiteturas híbridas: A combinação estratégica de satélite com fibra óptica e micro-ondas permite otimizar custos, desempenho e flexibilidade da rede. Esta abordagem híbrida aproveita os pontos fortes de cada tecnologia, utilizando o satélite para áreas remotas e resiliência, e a fibra para alta capacidade em áreas urbanas;
• Padrões e colaboração: Esforços contínuos de padronização, como os realizados pela 3GPP e ETSI NFV MANO, são fundamentais para garantir a interoperabilidade e o gerenciamento eficiente de slices entre as redes terrestres e satelitais;
• Parcerias público-privadas: Governos co-investindo em infraestrutura espacial estratégica é uma abordagem eficaz para mitigar o ônus financeiro significativo associado à implantação de grandes constelações de satélites;
• Otimização de custos: A queda contínua nos preços da capacidade satelital e o desenvolvimento de equipamentos de solo mais capazes e eficientes estão tornando o satélite mais competitivo em relação às soluções terrestres, especialmente em áreas rurais e de difícil acesso.

O futuro do backhaul via satélite

O futuro do backhaul via satélite é caracterizado por uma sinergia sem precedentes entre o espaço e o terrestre, onde o satélite não é apenas um complemento, mas um elemento integral e dinâmico da infraestrutura 5G e além. Este cenário é impulsionado por uma convergência de inovações tecnológicas, modelos de negócio adaptativos e colaboração regulatória.

Avanços tecnológicos contínuos

O setor de satélites está passando por uma transformação massiva, com bilhões de dólares sendo investidos em novas tecnologias. Isso inclui:

• Constelações Multi-Órbita: A crescente adoção de constelações híbridas (LEO, MEO, GEO) visa oferecer uma infraestrutura satelital mais robusta e flexível, combinando a baixa latência dos LEOs com a ampla cobertura dos GEOs;
• Satélites de Alto e Muito Alto Throughput (HTS/VHTS): Esses satélites estão aumentando drasticamente a capacidade disponível e reduzindo o custo por Mbps, tornando o backhaul via satélite mais competitivo e viável para volumes crescentes de dados;
• Software-Defined Satellites (SDS): Satélites definidos por software e capacidades em órbita permitem maior flexibilidade e cobertura adaptável, possibilitando a reconfiguração dinâmica da rede satelital para atender a demandas variáveis;
• Links Ópticos Inter-Satélite (ISLs): A implementação de ISLs melhora o desempenho em órbita e a resiliência da rede, reduzindo a dependência de estações terrestres e otimizando o roteamento de dados no espaço;
• Edge Computing e Caching: Dispositivos terrestres e terminais com processamento de borda e caching local estão reduzindo a necessidade de backhaul para serviços de baixa latência e em tempo real, aproximando o processamento dos dados da fonte.

Integração profunda com redes terrestres (NTNs – Non-Terrestrial Networks)

A aceleração da integração de comunicações via satélite com redes 5G está impulsionando uma nova corrida espacial para fornecer backhaul de banda larga a partir da órbita. Isso se manifesta em:

• Convergência 5G-Satélite: O objetivo é que as redes não terrestres (NTNs) se tornem um elemento integral da infraestrutura 5G, preenchendo lacunas de cobertura e engajando aplicações em níveis sem precedentes;
• 3GPP Release 19: As especificações do 3GPP, que já incluíram o slicing na arquitetura 5G, continuarão a evoluir. O Release 19, previsto para dezembro de 2025, focará na interoperabilidade entre satélite e redes terrestres e no aprimoramento das capacidades das NTNs;
• Automação e IA: A orquestração de tráfego impulsionada por IA e arquiteturas mais definidas por software otimizarão o gerenciamento da rede, tornando-a mais eficiente e adaptável às demandas dinâmicas.

Tendências de mercado e investimento

O setor de backhaul via satélite está em uma fase de crescimento robusto, impulsionado por fatores econômicos e de demanda:

• Queda nos preços da capacidade: Reduções críticas nos preços da capacidade satelital estão tornando as implantações de rede ultra-rurais mais atrativas do ponto de vista do ROI (Retorno sobre Investimento);
• Aumento da demanda: A pandemia de COVID-19 acelerou a demanda por conectividade, e a contínua queda de preços impulsionará ainda mais a adoção do backhaul via satélite;
• Consolidação da indústria: A expectativa é de consolidação ou reestruturação entre operadores de constelações LEO/MEO para alcançar a escala necessária para a lucratividade a longo prazo;
• Parcerias estratégicas: Fusões e parcerias, como a de OneWeb com Eutelsat, são estratégias para oferecer serviços combinados GEO+LEO e escalar constelações de próxima geração de forma mais eficiente.

A pesquisa revela que o backhaul via satélite está em uma fase de “transformação massiva, com “bilhões de dólares” sendo investidos. Isso indica que a visão vai além de melhorias incrementais.

A menção de “Non-Terrestrial Networks (NTNs)” e a inclusão de satélites nas especificações 3GPP apontam para uma rede unificada. A queda nos preços da capacidade e o foco em modelos de negócio flexíveis sugerem que a indústria está se adaptando economicamente para capitalizar essa integração.

A combinação de LEO, MEO, GEO, HTS/VHTS, e tecnologias como edge computing e IA aponta para um futuro onde o satélite será uma parte ativa e otimizada da rede, não apenas para preencher lacunas, mas para habilitar serviços de ponta em qualquer lugar, consolidando seu papel indispensável na era da conectividade ubíqua.

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