Upload
truongdat
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
INFRASTRUTTURE CON FIBRA OTTICA: OPPORTUNITA' DI SVILUPPO SOCIALE ED ECONOMICO DEL TERRITORIO
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Le comunicazioni ottiche
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Sistemi di comunicazione ottici
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
• 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
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Propagazione all’interfaccia tra due dielettrici
1 2
θi = θr
n1sinθi =n2sin θt
Legge della riflessione
Legge di Snell
n = c/v
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Rifrazione
n1sinθi =n2sin θt
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Riflessione interna totale (TIR)
Angolo critico
n1sinθ1 =n2sin θ2
n1 > n2
sinθ1 < sin θ2
θ1 < θ2
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Riflessione interna totale (TIR)
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Fibre ottiche
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Apertura Numerica (NA)
Qual è il valore massimodi i che consente unapropagazione guidata?
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Modi di una fibra
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Modi di una fibra
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
LPmn: m numero azimutale (2m massimi su una circonferenza)n numero radiale (n massimi lungo r dal centro)
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Dispersione in fibra ottica
• Modale• Cromatica• Della guida d’onda
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Per evitare la dispersione modale silavora con fibre single-mode
Dispersione modale in fibre graded-index
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Dispersione del materiale (cromatica)
Dispersione della guida d’onda
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Dispersione in fibra single-mode
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Attenuazione nelle fibre ottiche
Rayleigh Scattering
Pin Pout
z
Legge di Beer
a = coefficiente di attenuazione
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Conventional vs Dry fiber
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Fibre dispersion shifted e dispersion flattened
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Dalle fontane di Colladon alle fibre ottiche
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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)
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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
1960 – Theodore Maiman realizza il primo laser agli HughesResearch Laboratories di Malibu
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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).
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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
Generazioni di tecnologie di reti ottiche
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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
Generazioni di tecnologie di reti ottiche
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
1990Quarta generazione• Amplificazione ottica (EDFA)• Multiplazione a divisione di
lunghezza d’onda (WDM)Bitrate > 5 Gb/sSpaziatura ripetitori > 14.300 km
Comunicazioni transoceaniche
Generazioni di tecnologie di reti ottiche
WDM – Wavelength Division Multiplexing
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Rete sottomarina di sistemi dicomunicazione su fibra ottica
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Bit rate x distanza nel tempo
G. P. Agrawal - Fiber-Optic Communications Systems,Third Edition.
Tb/s Km
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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)
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
SDM – Space Division Multiplexing
T. Sakamoto et al. - NTT Technical Review, Vol. 15 No. 2 - 2017
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Fabbricazione delle fibre ottiche
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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
Fabbricazione delle fibre ottiche
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
• Realizzazione delpreform(L=1m; D=2.5cm)
• Filatura (o tiraggio) dellafibra
Fabbricazione delle fibre ottiche
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Metodo del doppio crogiolo (fibre step-index)
Fabbricazione delle fibre ottiche
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
• Realizzazione del preform
Fabbricazione delle fibre ottiche
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
Tiraggio della fibra
Fabbricazione delle fibre ottiche
S. Stivala - Evoluzione delle tecniche della rete in fibra ottica: concetti di base e cenni storici
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018
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.
Fabbricazione delle fibre ottiche
Evoluzione delle tecniche della rete infibra ottica: concetti di base e cenni storici
Ing. Salvatore Stivala
Università degli Studi di Palermo
INFRASTRUTTURE CON FIBRA OTTICA: OPPORTUNITA' DI SVILUPPO SOCIALE ED ECONOMICO DEL TERRITORIO
Aula Capitò, Università di Palermo - 22/02/2018