SEMINARIO TECNICO ORDINE DEGLI INGEGNERI DELLA … · INFRASTRUTTURE CON FIBRA OTTICA: OPPORTUNITA'...

SEMINARIO TECNICO

ORDINE DEGLI INGEGNERI DELLA PROVINCIA DI PALERMOin collaborazione con

AEIT - ASSOCIAZIONE ITALIANA DI ELETTROTECNICA, ELETTRONICA, AUTOMAZIONE, INFORMATICA eTELECOMUNICAZIONI

Sezione di PALERMO - AMES

INFRASTRUTTURE CON FIBRA OTTICA: OPPORTUNITA' DI SVILUPPO SOCIALE ED ECONOMICO DEL TERRITORIO

Aula Capitò, sede Presidenza della Scuola Politecnica di Palermo

Viale delle Scienze Ed. 7 – Palermo

Giovedì 22 Febbraio 2018 Ore 14:00

14:00 – 14:20 Registrazione partecipanti

14:20 – 14:50 Apertura del Seminario

Prof. Ing. Vincenzo Di Dio – Presidente Ordine Ingegneri Provincia di Palermo e Presidente AEIT Sezione di Palermo

Ing. Andrea Penza - Presidente AICT

Ing. Marco Moretti- Presidente Nazionale UNAE

14:50 – 15:20 Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici

Prof. Ing. Salvatore Stivala (Unipa)

15:20 – 15:50 Strategia Nazionale Banda Ultra Larga. Piani di infrastrutturazione e loro attuazione

Ing. Luigi Cudia (Infratel Italia)

15:50 – 16:20 Tipologie ed architetture di rete in fibra ottica - Piano di sviluppo di TIM

Ing. Leonardo Tilotta (Tim)

16:20 – 16:50 Le reti mobili di ultima generazione ed il ruolo della fibra ottica

Prof. Ing. Ilenia Tinnirello (Unipa)

16:50 – 17:20 Piani di sviluppo ottico di Open Fiber

Ing. Valeria Carrozzo (Open Fiber)

17:20 – 17:50 Il cablaggio strutturato negli edifici connessi all’infrastruttura ottica

Ing. Marco Moretti (UNAE)

17:50 – 18:20 Tecnologie realizzative (tecniche di scavo, di posa e di giunzione)

Ing. Vincenzo Cortese (Sirti)

18:20 – 18:50 Rischi e sicurezza nei cantieri per la posa di fibra ottica

Ing. Antonio Nastri (Libero Professionista Ordine Ingegneri PA)

18:50 – 19:15 Dibattito finale e chiusura dei lavori

Agenda

Evoluzione delle tecniche della rete infibra ottica: concetti di base e cenni storici

Ing. Salvatore Stivala

Università degli Studi di Palermo


Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018

S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici


Outline

• Le comunicazioni ottiche

• La propagazione in fibra ottica

• Dispersione e perdite

• Cenni storici sull’evoluzione dei sistemi in fibra

• Cenni sulle tecniche di fabbricazione



Le comunicazioni ottiche



Sistemi di comunicazione ottici



• Elevata larghezza di banda: circa 10.000 volte maggiore rispetto aquella dei sistemi elettrici convenzionali (con portante nelleMicroonde). Bit-rate > 1Tb/s (adoperando un sistema DWDM con10Gb/s per canale)

• Basse perdite: Attenuazione < 1dB/Km (minimo 0.2 dB/Km)

• Isolamento elettrico: immunità dai disturbi causati dall’interferenzaelettromagnetica

• Sicurezza: il segnale in fibra non è accessibile dall’esterno

• Robustezza: I cavi di fibre possono essere progettati per durare alungo anche in ambienti ostili

• Basso costo e basso ingombro

Vantaggi della fibra ottica



Propagazione all’interfaccia tra due dielettrici

1 2

θi = θr

n1sinθi =n2sin θt

Legge della riflessione

Legge di Snell

n = c/v



Rifrazione

n1sinθi =n2sin θt



Riflessione interna totale (TIR)

Angolo critico

n1sinθ1 =n2sin θ2

n1 > n2

sinθ1 < sin θ2

θ1 < θ2



Riflessione interna totale (TIR)



Fibre ottiche



Apertura Numerica (NA)

Qual è il valore massimodi i che consente unapropagazione guidata?



Modi di una fibraNon tutti i raggi all’interno dell’apertura numerica si possono propagare nella fibra.Affinché la propagazione possa sostenersi non si devono creare interferenze distruttive e aduguali ordinate y devono corrispondere campi sfasati fra loro di multipli interi di 2p

EB = E0 exp j(wt-2p/l*n1cosq1y-2p/l*n1sinq1z)

2p/l*n1cosq1*2d – 2jGH = 2mpA B

z

yd

Risonanza trasversale

Equazione Modale2pd/l*n1cosq1 – jGH = mp (m=0,1,2,…)

Nota: q1 assume valori discreti e diminuisce all’aumentare di m.Ogni valore di q1 determina uno dei modi che si possono propagare nella fibra.

q1

jGH: Goos–Hänchen shift

EA = E0 exp jwt



Modi di una fibra



Un modo ottico è una specifica soluzione dell’equazione d’onda chesoddisfa determinate condizioni al contorno ed ha la proprietà che la

sua distribuzione spaziale non cambia durante la propagazione

Modi di una fibra



Modi di una fibra



LPmn: m numero azimutale (2m massimi su una circonferenza)n numero radiale (n massimi lungo r dal centro)



Dispersione in fibra ottica

• Modale• Cromatica• Della guida d’onda



Modi (=raggi) differenti viaggiano lungo percorsi di lunghezza diversa. Un impulso all’ingressodella fibra si allargherà a causa dei diversi modi nei quali la sua energia si ripartisce.

Dispersione modale



Per evitare la dispersione modale silavora con fibre single-mode

Dispersione modale in fibre graded-index



Dispersione del materiale (cromatica)

Dispersione della guida d’onda



Dispersione in fibra single-mode



Attenuazione nelle fibre ottiche

Rayleigh Scattering

Pin Pout

z

Legge di Beer

a = coefficiente di attenuazione



Conventional vs Dry fiber



Fibre dispersion shifted e dispersion flattened



Dalle fontane di Colladon alle fibre ottiche



Cenni storici1842 – On the reflections of a ray of light inside a parabolic liquid

stream - “Fontana di luce” di Daniel Colladon

1854 – John Tyndall dimostra alla Royal Society di Londra lariflessione interna totale della luce in un flusso d’acqua,provando che un segnale luminoso può essere curvato






Fine ‘800 / inizi ‘900 – produzione di aste di vetro curve perilluminazione (applicazioni domestiche e mediche)







1956 – Singh Kapany: trasmissione di immagini di buona qualitàattraverso un fascio di sottili filamenti di material rifrangentee flessibile composti da vetro, plastica, quarzo…Conia il termine fibre optics







1956 – Singh Kapany: trasmissione di immagini di buona qualitàattraverso un fascio di sottili filamenti di material rifrangentee flessibile composti da vetro, plastica, quarzo…Conia il termine fibre optics

1960 – Theodore Maiman realizza il primo laser agli HughesResearch Laboratories di Malibu



Cenni storici1965 – Impiego molto limitato delle fibre ottiche a causa dell’elevata

attenuazione (1.000 dB/Km)

1970 – svolta storica: i ricercatori della Corning Glass realizzano unafibra ottica in silice drogata con Ti con attenuazione di ‘’soli’’20 dB/Km alla lunghezza d’onda di 633 nm.

Sviluppo di laser a semiconduttore in GaAs, compatti eadatti per trasmissione di luce su lunga distanza.

Avvio delle comunicazioni in fibra ottica!

1977 – Primo sistema di comunicazione telefonica basato su fibreottiche a Chicago (Bell System). Ciascuna fibra otticatrasportava l’equivalente di 672 canali vocali (45 Mbit/s).



Generazioni di tecnologie di reti ottiche

Prima finestra di trasmissione l = 850 nm Perdite elevate 1° generazione di diodi a semiconduttore (GaAs)

Tre generazioni di tecnologiedelle reti ottiche checorrispondono(approssimativamente) alle trefinestre di trasmissione

Fine anni ‘70Prima generazioneBitrate = 45 Mb/sSpaziatura ripetitori = 10 km



Seconda finestra di trasmissione l = 1310 nm Perdite minori 2° generazione di diodi a semiconduttore (InGaAsP) Dispersione minima

Primi anni ‘80Seconda generazioneBitrate = 1,7 Gb/sSpaziatura ripetitori = 50 km




Banda C: 1525 - 1565 nmBanda L: 1570 - 1610 nm

Terza finestra di trasmissione Perdite minime (0,2 dB/Km @ 1,55 mm) Possibilità di ottenere amplificazione

ottica mediante EDFA

1990Terza generazioneBitrate > 4 Gb/sSpaziatura ripetitori > 100 kmrigenerazione elettro-ottica




1990Quarta generazione• Amplificazione ottica (EDFA)• Multiplazione a divisione di

lunghezza d’onda (WDM)Bitrate > 5 Gb/sSpaziatura ripetitori > 14.300 km

Comunicazioni transoceaniche


WDM – Wavelength Division Multiplexing



Rete sottomarina di sistemi dicomunicazione su fibra ottica



Bit rate x distanza nel tempo

G. P. Agrawal - Fiber-Optic Communications Systems,Third Edition.

Tb/s Km



Bit rate x distanza nel tempo

G. P. Agrawal - Fiber-Optic Communications Systems,Third Edition.

rate of increase grew by 1000 times in a 20year period (from 1.6Tbit/s in 2007)



SDM – Space Division MultiplexingLa capacità di trasmissione è cresciuta di 1000 volte in 20 anni.

da 1.6 Gbit/s nel 1987 a 1.6 Tbit/s nel 2007

100 Tb/s: limite di capacità di unafibra single-mode (SMF) standard

E dopo?

T. Sakamoto et al. - NTT Technical Review, Vol. 15 No. 2 - 2017



SDM – Space Division Multiplexing

T. Sakamoto et al. - NTT Technical Review, Vol. 15 No. 2 - 2017



Fabbricazione delle fibre ottiche



Il materiale di cui sono costituite le fibre ottiche (core e cladding) è laSILICE (vetro, miscela fusa di SiO2) che ha carattere AMORFO e NONCRISTALLINO

Droganti: GeO2 e P2O5 incremento indice

B2O3 decremento indice

PUREZZA RICHIESTA:

Per una buona fibra il massimo livello tollerabile di impurità dovute aimetalli di transizione (Fe, Cu, Ni, Cr,…) è di 1 parte in 109




• Realizzazione delpreform(L=1m; D=2.5cm)

• Filatura (o tiraggio) dellafibra




Metodo del doppio crogiolo (fibre step-index)




• Realizzazione del preform




Tiraggio della fibra




Tiraggio della fibra

• A polymer coating is applied to the fiber during the drawingstep. It serves a dual purpose, as it provides mechanicalprotection and preserves the transmission properties of the fiber

• The diameter of the coated fiber is typically 250 μm, although it can be as large as 900 μm when multiplecoatings are used.

• The tensile strength of the fiber is monitored during its windingon the drum. The winding rate is typically 0.2–0.5 m/s. Severalhours are required to convert a single preform into a fiber ofabout 5 km length.


Evoluzione delle tecniche della rete infibra ottica: concetti di base e cenni storici

Ing. Salvatore Stivala

Università degli Studi di Palermo



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