Sistemi in fibra ottica

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1 Adelmo De Santis 15 Ottobre 2014

2 Tecnologia dei sistemi in fibra ottica

3 Tecnologia delle fibre ottiche Aspetti pratici. Le fibre monomodali hanno maggiori problemi nell uso pratico: Problemi di allineamento nelle giunzioni; Problemi di allineamento nelle connessioni.

4 Tecnologia delle fibre ottiche Aspetti pratici. Rivestimento: LOOSE fibra inserita in un rivestimento rigido immersa in una gelatina; TIGHT fibra fissata rigidamente al rivestimento secondario. Tight cable Tipologie di fibre come da standard ISO/IEC 11801: Multi-mode OM1 ( 50 o 62.5 / 125) OM2 ( 50 o 62.5 / 125) OM3 ( 50 / 125) OM4 ( 50 / 125) Loose cable Single-mode OS2 ( 9 / 125)

5 Tecnologia delle fibre ottiche Aspetti pratici. Codici di colore (TIA/EIA-598):

6 Tecnologia delle fibre ottiche Aspetti pratici. Organizzazione delle fibre:

7 Fibre Standardizzate Fibre Single Mode e Multi Mode per installazioni locali, metropolitane, aeree sottomarine e long-haul. Tipi di fibre: ITU-T G.651 : fibra MMF core 50um; ITU-T G.652: fibra monomodale standard SMF; ITU-T G.652.C: fibra low water peak; ITU-T G.653: fibra dispersion-shifted (DSF); ITU-T G.654: fibra a basse perdite; ITU-T G.655: fibra non-zero dispersion-shifted (NZDSF);

8 Fibre Standardizzate G.651 Fibra MMF 50/125 Profilo d indice graduale; Attenuazione 0.8 db/km a 1310 nm; Può operare anche a 850nm; Connessioni low-cost a breve distanza.

9 Fibre Standardizzate G.652 Fibra SMF standard (Corning SMF-28); Profilo Step-index; Diametro core µm; Fibra più comunemente installata; Dispersione nulla a 1310nm; Può lavorare a 1550 nm non ottimizzata; Dispersione a 1550nm: 17 ps/(nm km); Compensazione della dispersione ad alti bitrate; Attenuazione 0.2 db/km

10 Fibre Standardizzate G.652 Curva di attenuazione e dispersione cromatica :

11 Fibre Standardizzate G.652.C Fibra SMF; Alta attenuazione a 1380 nm dispersione bassa; Eliminazione del picco di assorbimento di OH - Low Water Peak Nondispersion-Shifted Fiber) Ottimizzate per WDM tra 1285 e 1625 nm; Eccellenti caratteristiche per link non troppo lunghi,non amplificati; Non completamente adatte alla trasmissione a 1550nm; Attenuazione 0.2dB/km

12 Fibre Standardizzate G.653 Fibra standard SMF con dispersione nulla a 1310nm ed alta in III finestra; Dispersion shifted fiber (DSF): Dispersione nulla a 1550nm, attenuazione minima; Ottimizzate per il range nm; Non adatte a sistemi WDM (Sviluppo delle fibre NZDSF G.655); Installate molto raramente (molto usate in Giappone)

13 Fibre Standardizzate G.653

14 Fibre Standardizzate G.654 Loss-Minimized Fiber; Ottimizzata per il range nm; Perdite molto basse a 1550nm; Nucleo di silice ultra-pura; Attenuazione circa 0.22dB/km Dispersione cromatica elevata a 1550nm Ottima per collegamenti long-haul sottomarini.

15 Fibre Standardizzate G.655 Nonzero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF Corning LEAF: Large Effective Area Fiber); Aiuta a mitigare gli effetti non lineari; Il punto di dispersione nulla è lontano da 1550nm; Scelta preferita per i sistemi DWDM; Fibra NZD+ ed NZD- (zero dispersione poco prima e poco dopo 1550nm); Dispersione a 1550nm D=4.5ps/(nm km) Attenuazione 0.2dB/km Fibre NZDSF commerciali: D tra ±1 e ±6 ps /(nm km) a 1550 nm. Importante avere un basso valore di S, riduzione della differenza tra dispersione accumulata da canali diversi, compensazione mediante un unico dispositivo.

16 Fibre Standardizzate G.655

17 Fibre Standardizzate Principali parametri delle fibre rispondenti a G.655

18 Fibre Standardizzate Confronto curve di dispersione

19 Fibre Standardizzate Confronto curve di dispersione

20 Prove di laboratorio Emissione LED

21 Emettitore a LED Componenti piuttosto LENTI; Spettro molto ampio; Luce poco focalizzata Elevata perdita di accoppiamento

22 Emettitore a LED Ricevitore Ottico Integra un trigger di Schmitt Uscita TTL Sensibilità -28dBm

23 Emettitore a LED Ricevitore Ottico Esempio applicativo: Tensione di alimentazione: 5V Uscita non sensibile alle variazioni di intensità del segnale ottico; Effetto soglia.

24 Emettitore a LED Trasmettitore Ottico Tensione di pilotaggio circa 1.8 V Banda passante molto limitata; Realizzazione semplicissima.

25 Prove di laboratorio Emissione LASER

26 Emettitore Laser Superano i limiti tecnologici dei LED; Consentono la realizzazione di DWDM; Disponibilità di numerose tipologie di laser.

27 Emettitore Laser Modulo Rx/Tx ottico: Ingresso elettrico -> Uscita ottica; Ingresso ottico -> Uscita elettrica; Autocostruito da R. Micucci, tesista.

28 Emettitore Laser Modulo Rx / Tx Ottico

29 Emettitore Laser Segnale NRZ -> NRZ unipolare; Realizzato con TL081

30 Emettitore Laser Driver Philips NE5300 con ingresso TTL; Lavora ad alta velocità.

31 Emettitore Laser FCI-H125G-010; Integra un amplificatore a basso rumore; Larghezza di banda elevata; Uscita senza trigger, segnale proporzionale al livello ottico.

32 Emettitore Laser Diodo laser Ulm Photonics: ULM TN-HIP6SM 6mW a 850nm Larghezza di banda: 3GHz; VCSEL: Vertical Cavity Surface-Emitting Laser.

33 Emettitore Laser Laser VCSEL Emissione superficiale dal chip; Ottime caratteristiche del fascio emesso; Lunghezza cavità: 3 lambda; Uso di specchi realizzati con Distributed Bragg Reflectors.

34 Conoscere le apparecchiature per la Fibra Ottica

35 Sistemi in fibra professionali e commerciali Trasmettitore Ottico Realizzato nel 1988; Pannello su backplane; Lasco del connettore per auto-centraggio; Laser di alta potenza.

36 Sistemi in fibra professionali e commerciali Trasmettitore Ottico

37 Sistemi in fibra professionali e commerciali Ricevitore Ottico Realizzato nel 1988; Pannello su backplane;

38 Sistemi in fibra professionali e commerciali Ricevitore Ottico

39 Connessioni in fibra ottica

40 Accessori per sistemi in fibra ottica Connessione per fibra ottica

41 Accessori per sistemi in fibra ottica Connessione per fibra ottica Connessione SMA: Sviluppata e prodotta da Amphenol primo connettore standardizzato; Due versioni SMA-905 e SMA-906 Ferrula in acciaio o in ceramica; Insertion Loss 0.8 db 2 db

42 Accessori per sistemi in fibra ottica Connessione per fibra ottica

43 Accessori per sistemi in fibra ottica Connessione per fibra ottica Connessione LC: Utilizzato nel networking;

44 Accessori per sistemi in fibra ottica Connessione per fibra ottica Per ogni tipologia di connessione possiamo ricavare: Uno standard di riferimento ( TIA-604-xx ); Un codice di colore ( TIA/EIA-568): Beige: multi-mode Blu : single-mode Verde: connessioni APC

45 Accessori per sistemi in fibra ottica Accoppiatori per fibra ottica Canstar PC3-S-50 -> FCI (1997); Molto difficoltoso reperire informazioni; Tecnologia FBT: Fused Biconically Tapered.

46 Accessori per sistemi in fibra ottica Accoppiatori per fibra ottica

47 Accessori per sistemi in fibra ottica Accoppiatori per fibra ottica Branching Units: 1500 mm lunghezza 300 mm diametro 800 kg

48 Giunzione di due fibre ottiche. Fujijura FSM 17s Fusion Splicer (prezzo > 7000$)

49 Le fibre ottiche nelle telecomunicazioni

50 Networking Access Layer Si utilizzano switch di layer 2 o 3 con elevata densità di porte. Le connessioni in fibra ottica si usano per uplink verso il distribution layer.

51 Networking Access Layer Le porte in fibra sono realizzate con moduli SFP.

52 Le fibre ottiche nelle telecomunicazioni La rete GARR

53 GARR Gruppo Armonizzazione Reti per la Ricerca Ente che si occupa della connettività dati dei centri di ricerca; Fornisce accesso ad internet e interconnessione ad alta velocità; Rete GARR-G (Gigabit) Evoluzione verso GARR-X Afferisce e interconnette altre NREN (National Research & Education Network )

54 GARR

55 GARR

56 GARR

57 GARR-X

58 GARR Università Politecnica delle Marche: POP rete GARR: Connessione con Bologna ad 1Gbps Connessione con Roma a 155Mbps

59 GARR Pop presso il Ce.S.M.I. Si ringrazia il personale del Ce.S.M.I. per le foto che seguono. Armadio di centro stella.

60 GARR Permutatore Ottico

61 GARR Connessioni MTRJ Switch Enterasys Matrix N3

62 GARR POP

63 GARR POP Cassetto fibre ottiche Telecom dalla centrale

64 GARR POP Cassetto fibre ottiche Telecom dalla centrale

65 GARR POP Router Juniper Connessione sedi periferiche (es: Urbino)

66 GARR POP Router Juniper Connessione con Bologna 1 Gbps

67 A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo Armadio Telecom Italia

68 A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo Schema Anello con centrale Montagnola

69 A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo Arrivo delle fibre ottiche.

70 A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo Ingresso nel router Marconi. 2.5 Gbps SDH STM-16

71 A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo Uscita verso le sedi periferiche Uscita verso router GARR

72 A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo Flussi a bit rate minore: 2 Mbit 34 Mbit

73 A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo Permutatore telefonico e dati

74 A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo Connessioni elettriche dati

75 Sistemi di trasmissione dati sottomarini

76 Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini Domanda che giro effettuano i pacchetti TCP/IP per raggiungere gli USA? traceroute to ( ), 30 hops max, 40 byte packets 1 gw.univpm.it ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 4 ru-unian-rc-an.an.garr.net ( ) ms ms ms 5 rc-an-rt1-bo1.bo1.garr.net ( ) ms ms ms 6 rt1-bo1-rt1-mi1-l2.mi1.garr.net ( ) ms ms ms 7 so ar2.lin1.gblx.net ( ) ms ms ms 8 te6-4-10ge.ar7.ams2.gblx.net ( ) ms ms ms 9 KPN-TELECOM-BV.tengigabitethernet4-3.ar7.ams2.kpn.net ( ) ms ms ms

77 Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini I collegamenti intercontinentali sono sempre stati realizzati in cavo: i primi cavi sono stati posati attorno al 1848 con notevoli problemi; erano utilizzati per la trasmissione in codice Morse a bassa velocità; si utilizzavano galvanometri a candela per ricevere i segnali; frequenti i malfunzionamenti Attualmente i cavi posati sono in fibra ottica: aziende che effettuano esclusivamente la progettazione e la posa di cavi; utilizzo di navi speciali; possibilità di recupero ed intervento in loco sul cavo.

78 Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini Regioni del mondo per la gestione dei cavi ( da )

79 Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini Regione del mediterraneo.

80 Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini SEA-ME-WE 4 Seg. S2, S3, S Tbit/s

81 Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini SAT-3 / WASC / SAFE 40 landing points

82 Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini TAT-14 ( Trans Atlantic ) 3,2 Tbit/s complessivi consente interfacciamento DWA STM-16 STM-4 4 coppie di fibre con 47 x 10Gbps DWDM

83 Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini Componenti per cavi sottomarini Repeater Optical Submarine Amplifier

84 Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini Componenti per cavi sottomarini

85 Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini Navi dedicate, problemi: Capacità di trasporto del cavo ( anche 6000 t); Posizionamento accurato; Mantenimento della posizione in fase di calata.

86 Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini Utilizzo di ROV