Università di Genova Facoltà di Ingegneria Reti di Telecomunicazioni e Telemedicina 1 3. Mezzi trasmissivi e cablaggio Prof. Raffaele Bolla Contenuti!Mezzi trasmissivi Fibre Ottiche Cavi! 2 Le onde elettromagnetiche I mezzi trasmissivi Ci sono due ragioni importanti per cui le onde elettromagnetiche possono essere usate per trasmettere i segnali: la prima è che esse si propagano, muovendosi, quindi, da un luogo all altro La seconda è che trasportano energia, che può essere usata per trasferire un messaggio. Le onde elettromagnetiche possono propagarsi attraverso mezzi diversi come anche attraverso il vuoto. I mezzi più usati nelle TLC per il trasferimento di tali onde sono:! le fibre ottiche (trasportano luce, composta essa stessa da onde elettromagnetiche)! i cavi conduttivi! l etere, cioè aria o vuoto (nel caso delle trasmissioni senza fili (wireless)) 3 4 Velocità di propagazione Velocità di propagazione Le velocità con cui le onde si propagano è, nel vuoto, la velocità della luce c! 3" 8 m/s corrispondente ad un tempo di propagazione # =1/C! 3.3 µs/km Nei dielettrici la velocità di propagazione si riduce del 30-40% circa, per cui il tempo di propagazione tipico diventa #! 5 µs/km! Nei dielettrici la velocità con cui si propagano le onde è pari a velocità della luce v = c /! Indice di rifrazione! Ogni materiale ha un proprio! 5 6
La legge di Snell La legge di Snell Materiale 2! 2 <! 1 t " c/! 2 = CB cos $ D AB = t " c/! 1 = CB cos % CD = t " c/! 2 = CB cos $! 2 cos % =! 1 cos $ % C $ B se! 2 <! 1, ponendo $ =0 si ricava l angolo limite % c al di sotto del quale l onda viene completamente riflessa! 1 Materiale 1 A t " c/! 1 = CB cos % % c = arc cos(! 2 /! 1 ) 7 8 La fibra ottica (step-index) x! 2! 1! Fibra a gradino d indice o step-index Cladding Core Guaina protettiva! Attraverso le equazioni di Maxwell si puo dimostrare che non tutte le onde che colpiscono il cladding con angolo < % c si propagano nella fibra, a causa di fenomeni di interferenza.! Solo un certo numero discreto di angoli di incidenza permettono la propagazione delle onde nella fibra. Questi angoli prendono il nome di modi di propagazione. 9 Dispersione modale raggio perso Impulso in ingresso Impulso in uscita % c Massimo angolo di incidenza (la velocità assiale è diversa per ogni modo) t t La dispersione modale limita il tasso massimo di trasmissione (espresso, in genere, in bit-rate R per lunghezza L); un valore tipico per le fibre step-index è di R x L < Mbit/s x Km 11 12
Fibre graded index Fibre graded index! Usando un core il cui indice di rifrazione varia gradualmente, decrescendo dal massimo al centro del core fino ad un minimo fra core e cladding, si possono rendere simili le velocità assiali dei modi, diminuendo la dispersione modale.! Le fibre che usano la tecnica di cui sopra vengono chiamate a profilo d indice graduale o graded-index. x!! 2 R x L < 4 Gbit/s x Km 13 14 Fibre monomodali Dispersione cromatica! Riducendo molto la dimensione del core, si consente la propagazione di un solo modo, dando origine alle fibre monomodali! Tali fibre non hanno dispersione modale (quindi hanno tassi di trasmissione molto elevati), ma hanno un angolo di accettazione ridotto.! Gli indici di rifrazione sono funzione della lunghezza d onda, oltre che del materiale.! I trasmettitori emettono onde con larghezza spettrale non nulla (non ad un unica frequenza), quindi si ha il fenomeno della dispersione cromatica.! Tale fenomeno limita la velocità massima delle fibre monomodali. 15 16! Un altro aspetto che deve essere tenuto in conto è l attenuazione, che è causata principalmente dall assorbimento (conversione in calore) e dalla diffusione (rifrazione nel core causata da disomogeneità di!).! L attenuazione A si misura in genere in decibel per km (db/km) Potenza della luce dopo m km Lunghezza fibra in km P(m) = P(0) A m = log A m Potenza luce al trasm. (cioè dopo 0 km) P(0) P(m) db/km 17 18
Finestre di utilizzo Finestre di utilizzo A 1 2 3 455 750 00 1250 1500 luce visibile Finestre Lunghezza d onda nm! Finestra 1 800-900 nm fibra multimodale < 3,5 db/km! Finestra 2 1250-1350 nm fibra multimodale < 1dB/km fibra monomodale < 0,5 db/km! Finestra 3 1500-1550 nm fibra monomodale 19 20 Giunzione e connettizzazione Il successo delle fibre! Le fibre ottiche presentano maggior difficoltà (rispetto al rame) nell effettuare giunzioni o nell inserire connettori (in particolare nelle fibre monomodali).! Ogni giunzione, seppur fatta correttamente, introduce delle attenuazioni. Il successo delle fibre è dovuto in gran parte a:! totale immunità ai disturbi elettromagnetici! alta capacità trasmissiva! bassa attenuazione! dimensioni ridottissime e costi (in rapporto alle capacità di trasmissione) contenuti 21 22 I cavi I cavi: il coassiale Generatore di Segnale I(t) + V(t) - V(t) = Z 0 I(t) Linea di lunghezza! Z 0 A B visti da AB come equivalenti Conduttore Schermo Cavo coassiale Nessun campo esterno 23 24
I cavi: il doppino I cavi: il doppino - Categorie (UTP) I campi generati in loop consecutivi si cancellano l un l altro Doppino (Twisted Pair)! Categoria 1: per telefonia analogica! Categoria 2: per telefonia digitale a trasmissione dati a bassa velocità (linee seriali)! Categoria 3: reti locali che non producano frequenze fondamentali superiori a 12.5 MHz: Ethernet BaseT e 0BaseT4, Token Ring 4 Mb/s! Categoria 4: reti locali che non producano frequenze fondamentali superiori a 20 MHz: Token Ring 16 Mb/s! Categoria 5: reti locali che non producano frequenze fondamentali superiori a 32 MHz: FDDI MLT-3, Ethernet 0BaseTX, ATM! Categorie 6-7. 25 26 Strutturato! Il cablaggio è un insieme di componenti passivi posati in opera: cavi, connettori, prese, permutatori, ecc. opportunamente installati e predisposti per poter interconnettere degli apparati attivi (computer, telefoni, stampanti, monitor, ecc.)! I sistemi di cablaggio si suddividono in: Proprietari: IBM Cabling System, Digital DECconnect, ecc. Strutturati (conformi a standard nazionali o internazionali): TIA/EIA 568A, pren 50173, ISO/IEC IS 11801 27! Gli standard di cablaggio strutturato forniscono le specifiche minime per il cablaggio di un gruppo di edifici costruiti su un unico appezzamento di suolo privato, detto comprensorio (campus)! Specificano: mezzi trasmissivi topologie distanze connettori norme per l'installazione norme per il collaudo 28 LAN-IEEE802 LAN-IEEE802! Gli standard più importanti TIA/EIA 568A, ISO/IEC IS 11801 adottano la medesima topologia stellare gerarchica! Gli armadi sono, in sostanza, dei punti di raccolta di cavi e apparecchiature e operano da permutatori che consento di interconnettere i cavi fra loro e con le apparecchiature in essi contenute.! La scelta di una topologia a stella gerarchica deriva dalla necessità di mantenere la massima flessibilità (il cablaggio deve essere valido per almeno anni) 29 Armadio di comprensorio Arm. di edificio Arm. di piano PC 30