Mezzi trasmissivi

Sistemi e reti
I mezzi trasmissivi
I mezzi trasmissivi
I mezzi trasmissivi utilizzati nelle reti di calcolatori si
suddividono attualmente in tre categorie, in base al tipo di
fenomeno fisico utilizzato per la trasmissione dei bit:
!mezzi elettrici: sono i mezzi trasmissivi che sfruttano la
proprietà dei metalli di condurre l'energia elettrica.
Per trasmettere i dati si associano ai bit particolari valori di
tensione o di corrente, o determinate variazioni di tali
grandezze.
!onde radio (detti mezzi "wireless"):il fenomeno fisico
utilizzato è l'onda elettromagnetica, che ha la proprietà di
propagarsi nello spazio e di riprodurre a distanza una
corrente elettrica in un dispositivo ricevente (antenna).
!mezzi ottici: laser e fibre ottiche, in cui il fenomeno fisico
utilizzato è la luce.
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I mezzi trasmissivi
Mezzi trasmissivi guidati e non guidati
! Dal mezzo trasmissivo (canale fisico) dipendono:
- la qualità di trasmissione
- le prestazioni dell’intero sistema di trasmissione.
! La scelta del mezzo deve essere legata:
- al tipo di trasmissione
- al tipo di informazione da trasmettere.
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I mezzi trasmissivi
Linee su
palo per
telegrafia e
telefonia
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I mezzi trasmissivi
Caratteristiche di un cavo elettrico
RESISTENZA ELETTRICA
Esprimere la resistenza passiva che frena il moto di
scorrimento della colonna di elettroni lungo il conduttore dopo
aver applicato allo stesso una forza elettromotrice (Tensione).
Più la resistenza è alta più il segnale trasmesso perderà le
propria “forza” e quindi la capacità di arrivare a destinazione. La
Resistenza è misurata in Ohm/Unità di lunghezza.
CAPACITÀ ELETTRICA
È la misura dell’attitudine di un conduttore a contenere cariche
elettriche: un conduttore ha maggiore capacità elettrica di un
altro se, a parità di potenziale, contiene una maggiore quantità di
carica.
La capacità elettrica dipende solo dalla forma geometrica del
conduttore e dal mezzo dielettrico nel quale è immerso.
La capacità è misurata in Farad.
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I mezzi trasmissivi
Caratteristiche di un cavo elettrico
INDUTTANZA
Quando due conduttori sono percorsi da correnti uguali e
contrarie, si viene a creare un campo magnetico nello spazio tra i
due conduttori stessi. Il rapporto tra il flusso magnetico che
attraversa lo spazio tra i due conduttori e la corrente che lo
riproduce viene chiamato Induttanza.
L'induttanza è misurata in Henry/Unità di lunghezza.
Il valore varia in funzione della frequenza di misura.
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I mezzi trasmissivi
Caratteristiche di un cavo elettrico
IMPEDENZA CARATTERISTICA
L’impedenza caratteristica di una linea di trasmissione è la risultante
di tutti gli elementi passivi presenti che si oppongono al flusso
degli elettroni (Resistenza, Capacità e Induttanza).
(Resistenza
Capacità
Induttanza) " Impedenza
In un sistema di trasmissione a lunga distanza o ad alta frequenza, è
importante che:
l'impedenza del cavo corrisponda a quella del sistema ricevente.
Se c'è differenza di impedenza alla giunzione
" si avrà una riflessione elettrica che distorcerà sia la forza che la qualità
del segnale.
Altrettanto importante, in particolare nelle linee coassiali, è l'uniformità
dell'impedenza. Se la qualità del conduttore, la geometria del cavo e la
uniformità del dielettrico non sono costanti, si possono avere delle riflessioni
interne che causano distorsioni e perdite del segnale.
Il valore della impedenza è misurata in Ohm.
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I mezzi trasmissivi
Caratteristiche di un cavo elettrico
Altri parametri che caratterizzano un cavo sono :
! Velocità di propagazione (è una percentuale della velocità della
luce nel vuoto)
! Attenuazione (cresce linearmente con la lunghezza del cavo ed
è espressa in dB)
! Diafonia
(o Cross-Talk che rappresenta quanto un cavo
disturba quello vicino ed è espressa in dB)
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I mezzi trasmissivi
Il doppino telefonico
! IL DOPPINO INTRECCIATO, o ritorto, o binato (Twisted pair).
E’ un tipo di cavo molto utilizzato sia nella telefonia sia nella
maggior parte delle reti Ethernet attuali. In genere un cavetto
telefonico comprende 4 doppini.
! E’ formato da una coppia di fili conduttori (uno trasporta il
segnale e l’altro funge da riferimento di terra), in genere di rame
e spessi < 1 mm, intrecciati in modo da limitare il fenomeno
della diafonia.
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I mezzi trasmissivi
Il doppino telefonico
! L’applicazione più comune del doppino è il sistema telefonico,
nel quale si può trasportare il segnale vocale per diversi
chilometri prima di dover essere riamplificato tramite ripetitori.
! I doppini possono essere
analogiche che digitali.
usati
sia
per
trasmissioni
! La larghezza di banda disponibile dipende dallo spessore del
filo e dalla distanza percorsa, tuttavia si può dire che il doppino
telefonico ha:
- una banda lorda BP = 4 kHz,
- un rapporto S/N (tra potenza del segnale e potenza del
rumore) di 30 dB,
- una capacità di canale C = 40 Kbit/s.
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I mezzi trasmissivi
Il doppino telefonico
! Mezzo di comunicazione più diffuso ed economico
! Rete telefonica
- collegamento da casa a centrale (subscriber loop)
! Cablaggio di edifici
- collegamento di ogni dispositivo a centralino (PBX - Private Branch
eXchange)
! Reti locali
- !10Mbps su brevi distanze (100m)
- da 100Mbps a 1Gbps su distanze più brevi e con pochi dispositivi
collegati
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I mezzi trasmissivi
Il doppino telefonico
! Usato sia per trasmissione analogica che digitale
! Forte attenuazione
- cresce rapidamente con la frequenza, con la lunghezza e la
struttura fisica del cavo stesso
- necessario ricostruire il segnale
! Trasmissione analogica
- Amplificatori ogni 5km o 6km
! Trasmissione digitale
- repeater ogni 2km o 3km
- usa sia segnali analogici che digitali
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I mezzi trasmissivi
Il doppino telefonico
Vantaggi
- economico e semplice da installare e utilizzare
- in molte situazioni nessuna spesa di cablaggio
Svantaggi
- copre brevi distanze con basso tasso di trasmissione
- larghezza di banda limitata
- 1 MHz per segnali analogici
- alcuni Mbps per segnali digitali
- sensibile a interferenze e rumore
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I mezzi trasmissivi
Il doppino telefonico e le reti locali
! Nell’ambito delle LAN (Local Area Network) si è assistito negli
ultimi anni alla diffusione sempre più vasta di reti Ethernet (10
Mbit/s) o Fast Ethernet (100 Mbit/s) basate su cablaggio in
doppino UTP e protocolli di trasmissione TCP/IP.
! Esistono diversi tipi di cavo per LAN basati su doppino intrecciato:
- il cavo a doppino non schermato (UTP,Unshielded Twisted Pair).
- il cavo a doppino schermato (STP, Shielded Twisted Pair e
FTP , Foil Twisted Pair )
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I mezzi trasmissivi
Il doppino non schermato (UTP)
! Mentre inizialmente è stato largamente usato il cavo coassiale,
nelle reti locali più recenti il mezzo elettrico più diffuso è il
doppino ritorto non schermato (UTP),
! Esso comprende tipicamente due o quattro coppie di fili di
rame intrecciati, incamiciate in una guaina di teflon.
Impedenza di 100 ohm e ogni tratto al massimo è di 100 m.
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I mezzi trasmissivi
Il doppino non schermato (UTP)
! Vantaggi dell’UTP:
-
Diametro ridotto;
Maggior facilità di installazione (assenza di messa a terra);
Basso costo;
Si può utilizzare il connettore RJ-45, facile da realizzare;
! Svantaggio dell’UTP: è più suscettibile ai rumori elettrici e
alle interferenze.
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I mezzi trasmissivi
Il doppino schermato (STP)
! In genere contiene 4 coppie (4 doppini) di sottili fili di
rame, ciascuna delle quali è avvolta da una schermatura
(calza) metallica; le 4 coppie insieme sono poi avvolte
in un ulteriore strato di calza metallica, a sua volta
inguainato con un isolamento plastico.
Lo schermo metallico deve essere collegato a massa.
Impedenza in genere di 150 Ohm.
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I mezzi trasmissivi
Il doppino schermato (STP o FTP)
! Se manca la schermatura delle singole coppie ed è solo
presente la calza metallica intorno al gruppo delle 4 coppie, si
ottiene il doppino screened, (Screened UTP, ScUTP) o FTP
(Foil Twisted Pair).
Impedenza in genere da 100 a 120 Ohm.
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I mezzi trasmissivi
Il doppino schermato (STP)
• Vantaggio della schermatura:
- riduzione dei disturbi elettromagnetici esterni e della diafonia (crosstalk) generata tra conduttori vicini
• Svantaggi della schermatura:
- Aumento di dimensione, peso e costo del cavo;
- Difficoltà di installazione (la calza metallica deve essere messa a terra).
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I mezzi trasmissivi
Classificazione dei doppini per LAN
Nello scegliere il tipo di doppino per Reti Locali, il criterio per valutarne l’idoneità
dipende dai parametri elettrici che il mezzo presenta nelle varie condizioni di
utilizzo. A tal scopo sono state individuate le “categorie” (CAT).
CAT 7
Usata nelle reti locali con una banda passante fino a 600 MHz e per applicazioni
fino a 10 Gbit/s su distanze fino a 100 m.
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I mezzi trasmissivi
Il doppino telefonico
21
I mezzi trasmissivi
Il doppino telefonico
cavo dritto EIA/TIA-568 A (straight-through)
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
white-green / white-green
green / green
white-orange / white-orange
Blue / blue
white-blue / white-blue
Orange / orange
white-brown / white-brown
brown / brown
E’ utilizzato per collegare
dispositivi di tipo diverso:
! Switch e router
! Switch e PC o server
! Hub e PC o server
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I mezzi trasmissivi
Il doppino telefonico
cavo incrociato EIA/TIA-568 A/B (crossover)
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
white-green / white-orange
Green / orange
white-orange / white-green
Blue / blue
white-blue / white-blue
Orange / green
white-brown / white-brown
brown / brown
E’ utilizzato per collegare
dispositivi dello stesso tipo:
!
!
!
!
!
Switch e switch
Switch e Hub
Hub e Hub
Router e router
PC e PC
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I mezzi trasmissivi
In un cavo dritto la
disposizione dei cavi nei
due connettori e identica.
Il connettore dal lato dello
switch automaticamente
inverte receive e transmit
come mostrato.
Un cavo incrociato serve
per collegare due nodi
terminali direttamente, senza
necessita di uno switch.
Quindi i pin da entrambi i lati
avranno lo stesso significato
ed il cavo deve collegare
ogni TX all’ RX
corrispondente.
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I mezzi trasmissivi
Cavo coassiale
!
Il cavo coassiale è costituito da un conduttore di rame circondato da uno
strato isolante (plastica), all’esterno del quale è posta una calza metallica che
realizza le funzioni di conduttore di ritorno e di schermo per il conduttore
interno.
!
Il tutto è poi avvolto da un isolante esterno (guaina protettiva in gomma).
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I mezzi trasmissivi
Cavo coassiale
! Il connettore utilizzato sui cavi coassiali prende il nome di
connettore BNC, da British Naval Connector, oppure Bayonet Neil
Concelman (dal nome dei due inventori) o Bayonet Navy Connector.
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I mezzi trasmissivi
Prestazioni del cavo coassiale
! Caratteristiche elettriche e di isolamento migliori di quelle del
cavetto UTP, ma maggior difficoltà di installazione e maggior
costo.
! Banda passante più larga: fino a circa 60 MHz, oppure
frequenze di cifra fino a 140 Mbit/s, per una capacità teorica di
circa 4000 canali telefonici.
! Minor attenuazione per unità di lunghezza
! Distanze maggiori senza l’uso di ripetitori.
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I mezzi trasmissivi
Impiego del cavo coassiale
!
Vasto campo d’impiego: trasmissioni TV (per portare il
segnale video dall’antenna al televisore), sonde per
strumentazione elettronica, alimentazione delle guide d’onda,
collegamento di LAN.
!
In passato è stato utilizzato per la realizzazione delle tratte a
lunga distanza del sistema telefonico, ma oggi per tale
funzione è stato sostituito dalla fibra ottica.
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I mezzi trasmissivi
Cavo thicknet e thinnet
Esistono due tipi di cavo coassiale:
- Il cavo spesso (thicknet)
- Il cavo sottile (thinnet)
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I mezzi trasmissivi
Il campo elettromagnetico e la luce
I campi elettromagnetici (CEM) hanno origine dalle cariche elettriche
e dal loro movimento (corrente elettrica). L’oscillazione delle cariche
elettriche, ad esempio in un'antenna o in un conduttore percorso da
corrente, produce campi elettrici e magnetici che si propagano nello
spazio sotto forma di onde.
Le onde elettromagnetiche sono una forma di propagazione
dell’energia nello spazio e, a differenza delle onde meccaniche, si
possono propagare anche nel vuoto. Il campo elettrico (E) e il campo
magnetico (H) oscillano perpendicolarmente alla direzione dell’onda.
La propagazione simultanea nello spazio libero di un campo elettrico e un
campo magnetico, oscillanti in piani perpendicolari fra loro, è un fenomeno
denominato onda elettromagnetica.
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I mezzi trasmissivi
Forma d’onda sinusoidale
lunghezza d'onda
! La lunghezza d'onda ! di un'onda periodica è la distanza tra due massimi o
due minimi
! L’ampiezza, ovvero l’altezza massima raggiunta dall’onda, rappresenta
l’intensità
! Il segnale si ripete a intervalli di tempo di durata T. La costante T è detta
periodo.
! L’insieme dei valori che il segnale assume in un intervallo T e detto ciclo.
! La frequenza è data dal numero di cicli che il segnale compie nell’unità di
tempo e si misura in Hz (1 Hz = 1 ciclo/s): f=1/T
La frequenza si può anche esprimere come la velocità v diviso la lunghezza
d’onda !: f = v / !
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I mezzi trasmissivi
Campo elettromagnetico
La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche è di
300.000 Km/s = 3 • 108 m/s
La coincidenza di questo numero con la velocità della luce c non
passò inosservata, e Maxwell intuì che la natura delle onde
luminose,
fino
allora
sconosciuta,
era
di
origine
elettromagnetica.
Ogni onda elettromagnetica è definita dalla sua frequenza, cioè il
numero di oscillazioni compiute in un secondo, e si misura in cicli al
secondo o Hertz (Hz).
Maggiore è la frequenza di un’onda, maggiore è l’energia che
trasporta.
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I mezzi trasmissivi
Onde meccaniche e onde elettromagnetiche
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I mezzi trasmissivi
Fasce dello spettro elettromagnetico
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I mezzi trasmissivi
Fasce dello spettro elettromagnetico
35
I mezzi trasmissivi
Fasce dello spettro elettromagnetico
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I mezzi trasmissivi
La propagazione ottica
! Tale onda elettromagnetica
interagisce col mondo
circostante in modi diversi a
seconda del suo spettro,
cioè della gamma di
frequenze di cui è composta
! In particolare, le frequenze
tra 400 e 800 THz sono
rilevate dall’occhio umano e
costituiscono la luce visibile.
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I mezzi trasmissivi
La propagazione ottica
! Mentre altri tipi di radiazione possono propagarsi nello spazio libero
senza subire eccessive distorsioni, la radiazione ottica viene
assorbita dagli ostacoli e dall’atmosfera, quindi non può essere
utilizzata per la propagazione libera.
! Tuttavia la luce può essere imprigionata in sottili cavi di vetro,
denominati fibre ottiche.
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I mezzi trasmissivi
Struttura delle fibre ottiche
! Sono sottilissimi (! 200 "#$ fili di materiale vetroso (silice, SiO2), in
cui si propaga una radiazione luminosa.
! Il sottilissimo filo cilindrico centrale in vetro, detto nucleo (core), è
immerso in uno strato esterno anch’esso di vetro, detto mantello
(cladding), che presenta un indice di rifrazione diverso rispetto a quello
del nucleo.
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I mezzi trasmissivi
Cavi in fibra ottica
! Il filo così realizzato è poi
ricoperto
da
un
apposito
rivestimento
protettivo
e
raggruppato insieme ad altre
fibre in una guaina esterna per
formare un cavo in fibra ottica.
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I mezzi trasmissivi
Prestazioni delle fibre ottiche
! Peso ed ingombro ridotti, a parità di banda passante, rispetto ad altri
mezzi trasmissivi.
Due fibre ottiche, ad esempio, hanno:
- una banda maggiore di quella che si otterrebbe con 1000 doppini,
- un peso di ca. 100 kg/km contro gli 8000 kg/km dei doppini-
! Totale immunità dai disturbi e.m., come interferenze e. m. e
interferenze radio, notevolmente presenti in ambito industriale e che si
accoppiano al segnale negli altri mezzi trasmissivi.
! Consentono l’isolamento elettrico tra Trasmettitore e Ricevitore.
! Sono più sicure di altri mezzi (rendono più difficile l’intrusione nelle
comunicazioni poiché ci si accorge facilmente se un estraneo sta
inserendo una sonda nel cavo).
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I mezzi trasmissivi
Prestazioni delle fibre ottiche
! Resistenza maggiore ai fattori ambientali.
Possono attraversare ambienti speciali in cui sono presenti esplosivi o liquidi
(infatti non trasportando energia elettrica non sono soggette a cortocircuiti)
! Durata maggiore degli altri mezzi (il vetro è materiale inerte e non
subisce corrosione)
! Basso rapporto prezzo/velocità di trasmissione e prezzo /lunghezza
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I mezzi trasmissivi
Attenuazione
! Consentono
distanze di trasmissione notevolmente maggiori e una
eccellente qualità del segnale, perché l’attenuazione del segnale è molto
bassa: fino a 0,2 dB/km.
Con una tale attenuazione una fibra è in grado di guidare la luce per distanze
di 100 km, senza la necessità di rigenerare il segnale.
! Le tipologie di attenuazione di una fibra possono essere suddivise in due
grandi categorie:
1) Attenuazione intrinseca, dovuta a perdite dipendenti dalle caratteristiche del
processo tecnologico di realizzazione della fibra;
2) Attenuazione estrinseca, dovuta a perdite originate dalle microcurvature e
irregolarità nella interconnessione dei vari tronchi di fibra che formano l’intero
collegamento.
! L’attenuazione presentata da una fibra dipende dalla lunghezza d’onda
della radiazione che si propaga.
! E’ stato rilevato che vi sono tre zone (finestre) centrate a 850 nm, 1300 nm
e 1550 nm, in cui l’attenuazione di una fibra è minima.
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I mezzi trasmissivi
Le finestre di attenuazione
! La prima finestra ha attenuazione più alta ma ha il vantaggio
di consentire l’utilizzo dello stesso materiale per il LASER e i
dispositivi elettronici.
! La terza finestra presenta una attenuazione più bassa
(perdita < 5% per km).
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I mezzi trasmissivi
Punti critici delle fibre ottiche
! Consentono la comunicazione
in una sola direzione
(nei due sensi sono necessarie 2 fibre).
! È costosa la realizzazione costruttiva
e la connessione tra fibre.
! Gli accessori e gli strumenti
di prova sono costosi.
La giunzione tra due fibre può essere di tipo meccanico (a freddo) o a fusione
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I mezzi trasmissivi
Punti critici delle fibre ottiche
! Non può essere tirata o piegata troppo per il
pericolo di microrotture, ma soprattutto perché
una piega troppo stretta fa “deviare” la luce,
cioè crea attenuazione.
Ad esempio la fibra ottica singolo modo
contrassegnata con la sigla G652B (o G652) è
indicata per raggi di curvatura non inferiori a
30 mm.
Questo è il motivo per cui praticamente quasi
tutti i cavi in fibra ottica sono dotati di
elementi meccanici che servono a garantire
una superiore resistenza del cavo alla
capacità di trazione.
In molti cavi monofibra, si fa uso di filati
aramidici, noti con il nome commerciale di
kevlar®.
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I mezzi trasmissivi
Punti critici delle fibre ottiche
! Teme la compressione.
Prima del carico di rottura di una fibra (la forza necessaria a
romperla), intervengono forti attenuazioni, che spesso non sono
reversibili (ovvero, dopo averla tirata troppo, non ritorna più come
prima).
! Teme l’acqua e l’umidità; se rimane a contatto con l’acqua per
qualche tempo è soggetta a spezzarsi; i motivi sono di carattere
chimico.
In ambiente esterno i cavi ottici sono dotati di particolari accorgimenti
per proteggere le fibre dall’umidità (spesso, un gel idrorepellente) e
hanno la guaina in polietilene che resiste ottimamente ad acqua e
raggi UV.
47
I mezzi trasmissivi
Propagazione nella fibra
! Le Leggi della riflessione e della rifrazione ci permettono di
stabilire due condizioni da rispettare al fine di ottenere la
propagazione della luce per riflessione totale all’interno del
nucleo:
1) il nucleo deve avere un indice di rifrazione (n1) maggiore di
quello del mantello (n2);
2) l’angolo di incidenza del raggio luminoso all’interno del nucleo
deve essere maggiore di un certo angolo limite
%L (che dipende dagli indici di rifrazione n1 e n2) superato il
quale si ha l’assenza del raggio rifratto e si ha solo quello
riflesso, che contiene tutta l’energia del fascio incidente.
48
I mezzi trasmissivi
Parametri importanti
Apertura numerica (NA): è il seno dell’angolo di accettazione %A e
permette di stabilire i limiti angolari rispetto all’asse del nucleo (cono di
accettazione), entro i quali la propagazione della luce avviene in modo
guidato, cioè per riflessione totale. Valgono le seguenti relazioni:
n12 % n22 #
NA # sin $ A #
n12
&
(
*1 % , n2
,
*
. n1
0
2'
)
-/
+ #n
1
+
1
!1 % sin $ "
2
L
49
I mezzi trasmissivi
Parametri importanti
50
I mezzi trasmissivi
Parametri importanti
Dispersione modale
Se il diametro del nucleo di una fibra è abbastanza ampio
(>10"#$& un impulso luminoso che entra nella fibra origina diversi
raggi, con diversi percorsi, detti modi di propagazione, M).
Se si immette nella fibra un impulso di luce bianca, le componenti
cromatiche che la compongono, percorrendo la fibra con velocità
differenti (ogni colore ha una diversa lunghezza d’onda), arrivano
al ricevitore in tempi differenti generando, così, un impulso di uscita
allargato e più"basso" rispetto a quello di entrata.
Se M " 1 si ha:
M#
22d2
23
2
!NA "2
NA = apertura numerica
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I mezzi trasmissivi
Dispersione modale
Ciascun modo comporta una diversa lunghezza di percorso, quindi un
tempo di percorrenza diverso tra ingresso e uscita. Questo produce
una deformazione (= dispersione modale) del segnale ricostruito al
rivelatore finale, a causa della interferenza intersimbolica
(sovrapposizione di impulsi luminosi).
52
I mezzi trasmissivi
Dispersione modale
Per limitare la dispersione modale occorre:
! ridurre al massimo la differenza tra gli indici di rifrazione n1 ed n2
del nucleo e del mantello.
Al limite, se n1 = n2, si avrebbe %A= 0° e quindi la luce si può
propagare lungo la direzione dell'asse.
In questo caso esiste una sola direzione di propagazione e
quest'ultima si dice monomodale.
! oppure rendere graduale (graded) anziché brusca (step) tale
differenza, realizzando così fibre graded index anziché fibre step
index, al fine di compensare con una maggiore velocità le
maggiori distanze percorse e rendere così simili i tempi di
percorrenza dei raggi.
53
I mezzi trasmissivi
Fibra graded index e step index
54
I mezzi trasmissivi
Fibre monomodali
! Il problema della dispersione modale si può risolvere radicalmente
solo realizzando fibre in cui sia permesso un unico modo di
propagazione (fibre monomodali o single mode), caratterizzato
da un raggio che si propaga in un solo modo , ossia in linea retta.
55
I mezzi trasmissivi
Fibre monomodali
! Per far ciò occorre rimpicciolire il
diametro del nucleo fino a 8-"#$%&.
! Ciò aumenta notevolmente sia la
velocità trasmissiva sia la
distanza a cui si possono inviare i
dati.
! La dimensione del nucleo, tuttavia,
rende problematico
l’accoppiamento della sorgente
luminosa, che in tal caso deve
essere un LASER all’infrarosso,
concentrato.
56
I mezzi trasmissivi
Fibre monomodali e multimodali
Confronto tra fibra monomodale e multimodale:
57
I mezzi trasmissivi
Parametri importanti
Dispersione cromatica.
! E’ causata dal diverso comportamento della fibra al variare della
lunghezza d’onda ! (ossia del colore) della radiazione che vi si
propaga.
! Ciò è dovuto al fatto che la sorgente luminosa ha una certa
larghezza spettrale, in quanto la radiazione immessa nella fibra
non ha mai una lunghezza d’onda stabilita con precisione, bensì ha
un '! (da qualche nm a qualche decina di nm).
58
I mezzi trasmissivi
Dispersione cromatica
! Anche questo tipo di dispersione ha come risultato la restituzione
all’estremità più lontana di un impulso allargato e più basso rispetto
all’impulso di origine, dovuto a interferenza intersimbolica.
! La dispersione cromatica si riduce impiegando sorgenti con stretta
larghezza spettrale (LASER) in cui '( ! 1-3 nm.
59
I mezzi trasmissivi
Sistema di trasmissione ottica
! La propagazione entro una fibra ottica avviene in formato
numerico.
! Infatti, sebbene sia possibile generare e trasmettere un segnale
luminoso che vari in maniera analogica, la trasmissione su fibra ne
determinerebbe una distorsione tale da renderlo inutilizzabile.
! In conclusione l’unico tipo di segnale che viene scambiato in un
sistema ottico è quello digitale binario.
60
I mezzi trasmissivi
Sistema di trasmissione ottica
Un sistema di trasmissione ottica necessita di tre componenti fondamentali:
1)
La sorgente luminosa, un LED o un LASER, che trasforma i segnali
elettrici digitali in una serie di impulsi luminosi (convertitore
Elettro/Ottico);
2)
il mezzo di trasmissione, cioè la fibra ottica vera e propria;
3)
il fotodiodo ricevitore (convertitore Ottico / Elettrico), che riconverte gli
impulsi luminosi nei segnali elettrici originari. Il tempo di risposta tR di un
fotodiodo è ! 1 ns e questo limita la velocità di trasmissione su una fibra
ottica a 1/tR # 1 Gbit/s.
61
I mezzi trasmissivi
Sistema di trasmissione ottica
! La necessità delle conversioni elettro-ottica e opto-elettronica
rappresenta un "collo di bottiglia" allo sfruttamento della enorme banda
della fibra.
Allo stato attuale della tecnologia infatti, é difficile realizzare
trasmissioni numeriche monocanale a velocità maggiori di qualche
Gbit/s, perché i componenti optoelettronici interfacciati alla fibra non
consentono di trattare segnali con una velocità maggiore.
62
I mezzi trasmissivi
WDM
La banda complessiva di qualche THz messa a disposizione dalla
fibra deve quindi essere sfruttata in altra maniera.
Si può ad esempio realizzare più trasmissioni contemporanee di
più flussi dati su diverse lunghezze d’onda (WDM, Wavelength
Division Multiplexing, Multiplazione a divisione di lunghezza
d’onda).
63
I mezzi trasmissivi
WDM
A parte l'uso di componenti e tecnologie interamente ottiche, l'unica
maniera per sfruttare la grande capacità della fibra è quella di ricorrere
a sistemi multicanale digitali (DWDM, Digital WDM).
Con questa struttura, ogni canale di trasmissione viene "aperto"
indipendentemente dagli altri, "modulando una portante" su una
particolare lunghezza d'onda !1, !2, !3,…, !n.
64
I mezzi trasmissivi
Approfondimento: la diafonia
(doppini)
Consiste nell’ assorbimento di rumore (per induzione elettromagnetica) da
parte di un doppino a causa della presenza di un doppino vicino.
Nel doppino ritorto la emissione di campi e.m. viene limitata in quanto le
correnti che scorrono nei due conduttori sono uguali e opposte in fase,
generando così campi magnetici opposti che tendono ad elidersi.
Vi sono due tipi di diafonia: la paradiafonia (o diafonia vicina) e la telediafonia
(o diafonia lontana).
Nella paradiafonia il disturbo interessa
i morsetti del doppino disturbato vicini
(lato TX) ai morsetti TX del doppino
disturbante;
Nella telediafonia il disturbo si fa
sentire ai morsetti del doppino
disturbato lontani (lato RX) dai morsetti
TX del doppino disturbante.
La paradiafonia assume maggiore
importanza
poiché
il
segnale
disturbante agisce quando ancora non
è attenuato dalla propagazione.
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