Parte Terza: LE RECENTI EVOLUZIONI DELLE TECNOLOGIE OTTICHE LE TECNOLOGIE DELLE TELECOMUNICAZIONI CORSO INTRODUTTIVO PER NON TECNICI Parte Terza: LE RECENTI EVOLUZIONI DELLE TECNOLOGIE OTTICHE DOCENTE: COSMO COLAVITO

LE TECNICHE AVANZATE DI TRASMISSIONE CENNI STORICI SULLE FIBRE OTTICHE 1917: I PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DEL LASER - LIGHT AMPLIFICATOR BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION- VENGONO DEFINITI DA A. EINSTEIN 1951 – 1958: L’APPLICAZOIONE DEL LASER A FREQUENZE INFRAROSSE ED OTTICHE VIENE SPERIMENTATO DA A.L. SCHAWLOW E C.H. TOWNES 1964: REALIZZAZIONE DEL LASER A RUBINO (T.H. MAIMAN) 1966: KAO E HOCKAM DIMOSTRANO LA POSSIBILITA’ DI OTTENERE FIBRE OTTICHE A BASSA ATTENUAZIONE META’ ANNI ’70: VENGONO REALIZZATI I PRIMI COLLEGAMENTI SPERIMENTALI (IN ITALIA, LABORATORI CSELT) 1979: PRIMO COLLEGAMENTO TRA CENTRALI IN ITALIA (ROMA SUD- ROMA CENTRO)

IMPIEGO DEI SISTEMI OTTICI NELLE TELECOMUNICAZIONI (RICHIAMO) PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DI UN SISTEMA IN FIBRA OTTICA IL LASER E’ UNA SORGENTE DI LUCE COERENTE, CHE UTILIZZA IL PASSAGGIO DI ATOMI DA UNO STATO ECCITATO AD UNO STATO FONDAMENTALE, CON EMISSIONE DI FOTONI. IL FASCIO DI LUCE PRODOTTO DAL LASER VIENE “MODULATO” DALL’INFORMAZIONE CHE SI VUOLE TRASMETTERE (TRASFORMAZIONE ELETTRO-OTTICA) ED IMMESSO IN UNA FIBRA OTTICA IN CUI SI PROPAGA A DISTANZA UN FOTORIVELATORE IN RICEZIONE (FOTODIODO) OPERA LA TRASFORMAZIONE INVERSA (OTTICO –ELETTRICA) Le fibre ottiche sono sottili fili di vetro a sezione circolare costituiti da : un nucleo (core) che è la parte illuminata dalla luce, un mantello (cladding) anch’esso di vetro, ma con indice di rifrazione minore del core e da un rivestimento protettivo in plastica (coating)

LO SPETTRO DELLE RADIAZIONI LUMINOSE LA LUCE E’ UN ONDA ELETTROMAGNETICA DELLA STESSA NATURA DI QUELLE IMPIEGATE NELLE RADIO COMUNICAZIONI E SI PROPAGA NELLO SPAZIO CON LA STESSA VELOCITA’ DI 300.000 Km/s LE DIVERSE COMPONENTI DELLA LUCE BIANCA SI DISTINGUONO TRA LORO PER LA FREQUENZA CHE E’ MOLTO PIU’ ELEVATA DELLE ONDE RADIO E SI ESPRIME DI SOLITO MEDIANTE LA LUNGHEZZA D’ONDA CHE E’ EGUALE ALLA VELOCITA’ DELLA LUCE DIVISA PER LA FREQUENZA LE FIBRE OTTICHE TRASMETTONO LE RADIAZIONI LUMINOSE TRA CIRCA 800 E1600 nm (VICINO INFRAROSSO), CON ATTENUAZIONE MINORE CHE NELLA REGIONE DEL VISIBILE IN PARTICOLARE ESISTONO TRE INTERVALLI DI FREQUENZA DETTE “FINESTRE” OVE L’ATTENUAZIONE DELLE RADIAZIONI IN FIBRA RISULTA PARTICOLARMENTE BASSA TALI FINESTRE SONO CENTRATE INTORNO A: 860 nm (Prima finestra) 1310 nm (Seconda finestra) 1550 nm (Terza finestra)

LE TECNICHE DI MULTIPLAZIONE OTTICA INIZIALMENTE CIASCUNA FIBRA VENIVA UTILIZZATA IMMETTENDO IN ESSA UNA SOLA RADIAZIONE “MONOCROMATICA” GENERATA DA UN LASER E “MODULATA” DAL FLUSSO NUMERICO IN TRASMISSIONE SUCCESSIVAMENTE, E’ STATO POSSIBILE ALLOCARE NELL’AMBITO DI CIASCUNA FIBRA PIU’ LUNGHEZZE D’ONDA OTTICHE , CIASCUNA GENERATA DA UN LASER DIVERSO E MODULATA OVVIAMENTE DA UN DIVERSO FLUSSO NUMERICO (WDM = WALENGHT DIVISION MULTIPLEXING) IN FIGURA SONO RAPPRESENTATE NUMEROSE LUNGHEZZE D’ONDA EGUALMENTE DISTANZIATE CIASCUNA DELLE QUALI PUO’ TRASMETTER UN FLUSSO NUMERICO CONTEMPORANEAMENTE E’ ANDATA AUMENTANDO LA CAPACITA’ DEI FLUSSI MODULANTI ACCETTATA DAI LASER. SI E’ PASSATI DA 140 MBIT/S A 2,5GBIT/S, A 10 GBIT/S E PIU’ RECENTEMENTE A 40 GBIT/S L’APPLICAZIONE DI AMBEDUE QUESTE TECNOLOGIE HA CONSENTITO DI INCREMENTARE RAPIDAMENTE LA CAPACITA’ DELLE FIBRE.

SVILUPPO DELLE TECNOLOGIE OTTICHE NEGLI ANNI ‘80 E ‘90 NEGLI ULTIMI DIECI ANNI, LA CAPACITA’ TRRASMISSIVA DI UNA SINGOLA FIBRA E’ RADDOPPIATA OGNI 8-9 MESI (FIG.1), CON VELOCITA’ MOLTO MAGGIORE DI QUELLA PREVISTA DA MOORE PER LA DENSITA’ DEI TRANSISTOR SU DI UN CHIP CONSEGUENTEMENTE IL COSTO DEL TRASPORTO DELL’INFORMAZIONE SULLE GRANDI DORSALI IN FIBRA, SI E’ RIDIOTTO DI CIRCA 10 VOLTE NELL’ARCO DI 5 ANNI, COME SI VEDE IN FIG.2 Fig.1 Fig. 2

UTIZZO DELLE FIBRE OTTICHE NELLE RETI DI TELECOMUNICAZIONI LE APPLICAZIONI DEI SITEMI OTTICI SPAZIANO DAI COLLEGAMENTI SOTTOMARINI INTERCONTINENETALI LUNGHI DIVERSE MIGLIAIA DI CHILOMETRI, AI GRANDI COLLEGAMENTI CONTINENTALI, ALLE RETI DI TRASPORTO NAZIONALI. INOLTRE VA CRESCENDO L’IMPIEGO DELLE FIBRE OTTICHE IN AMBITO LOCALE NELLE RETI DI GIUNZIONE METROPOLITANE, NELLE RETI DI ACCESSO ED IN QUELLE DI UTENTE (RETI AZIENDALI E DI EDIFICIO)

APPLICAZIONE DELLE TECNOLOGIE OTTICHE ALLE RETI DI TRASPORTO LA PRIMA PARTE DELLA FIGURA MOSTRA UNA RETE CON FIBRE UTILIZZATE CIASCUNA PER UN SOLO FLUSSO NUMERICO E CON APPARATI DI INSERIMENTO, ESTRAZIONE E ISTRADAMENTO DEI FLUSSI OPERANTI A LIVELLO ELETTRICO. LA SECONDA PARTE MOSTRA LA TRANSIZIONE, DETERMINATA DALL’AUMENTO DELLA DOMANDA (TRAFFICO), VERSO L’UTILIZZO DELLA TECNOLOGIA WDM SOSTITUITA PIU’ RECENTEMENTE DALLA DWDM (DENSE WAVELENGHT DIVISION MULTIPLEXING) NELLA TERZA PARTE DELLA FIGURA, I NODI DELLA RETE AGISCONO A LIVELLO OTTICO NEL SENSO CHE L’INSERIMENTO E L’ESTRAZIONE DI UN FLUSSO NUMERICO SI EFFETTUANO INSERENDO OD ESTRAENDO LA PORTANTE OTTICA DA ESSO MODULATA.

ESEMPIO DI RETE OTTICA DITRASPORTO A LUNGA DISTANZA LA RETE OTTICA RAPPRESENTATA IN FIGURA E’ IL COSI’ DETTO T-BONE (RETE AD ALTA CAPACITA’) DI TELECOM ITALIA, NELLO STATO DI AVANZATA REALIZZAZIONE DEL 2003 SI NOTA, TRA L’ALTRO, LA LARGA UTILIZZAZIONE DI CAVI SOTTOMARINI “A FESTONI” SULLA COSTA TIRRENICA ITALIANA ESISTONO NEL NOSTRO PAESE ALTRE RETI AD ESTENSIONE NAZIONALE COME QUELLA DI INFOSTRADA/WIND

ARCHITETTURE ALTERNATIVE PER LA RETE DI ACCESSO AD ALTA CAPACITA’ O A “LARGA BANDA” NELLA FIGURA SONO INDICATE: LA SOLUZIONE INTERAMENTE IN RAME DETTA ANCHE FTTE (FIBER TO THE EXCHANGE) NEL SENSO CHE LA FIBRA SI FERMA AL LIVELLO DI CENTRALE URBANA E’ VIENE UTILIZZATA SOLO NELLA RETE DI GIUNZIONE LA SOLUZIONE INTERAMENTE IN FIBRA (FTTO = FIBER TO THE OFFICE E FTTH = FIBER TO THE HOME) LE SOLUZIONI MISTE: FTTcab = FIBER TO THE CABINET, CIOE’ FINO ALL’ARMADIO DELLA RETE DI DISTRIBUZIONE FTTC/B CIOE’ FINO AL MARCIAPIEDE O ALLA BASE DELL’EDIFICIO HFC = HIBRID FIBER COAXIAL