Trasmissioni e applicazioni ottiche

Nell'ambito delle reti di cablaggio in fibra ottica è possibile identificare varie tipologie, velocità e applicazioni. Due fattori in particolare influenzano la velocità di trasmissione: il tipo di fibra e la sorgente ottica utilizzata. Un ulteriore incremento della capacità trasmissiva può derivare dall'utilizzo della multiplazione, che consente il trasporto di segnali multipli all'interno della stessa fibra.  Le applicazioni in fibra possono essere divise in tre gruppi principali: di dorsale, di tipo carrier e di tipo fiber-to-the-desktop. Vi è anche un crescente numero di applicazioni fiber-to-the-premise (FTTP), tra cui quelle di tipo video. Soluzioni di storage e interfacce di rete di tipo ottico sono pronte all'uso. Le associazioni di produttori hanno definito i parametri operativi per lo storage fiber-attached nei data center. Indipendentemente dall'utilizzo, le caratteristiche di perdita e di banda delle fibre sono elementi critici di successo per la rete.

Trasmissioni in fibra
La combinazione di tre elementi quali il tipo di sorgente, la qualità e il diametro delle fibre determinerà quindi non solo la distanza massima operativa del canale, ma anche la velocità di trasmissione. La fibra multimodale viene normalmente utilizzata per distanze medio-brevi, con una transizione dalle 62,5/125 alle 50/125, disponibili in diverse tipologie, tra cui le fibre ottimizzate per laser ad alte prestazioni. Le fibre monomodali consentono applicazioni a lunga distanza, con un costo superiore per quanto riguarda l'elettronica.
La velocità del segnale ottico nella fibra dipende dal suo indice di rifrazione, sulla base di un'equazione che confronta la propagazione del segnale nel mezzo trasmissivo rispetto al vuoto. Esso si trasmette in una parte non visibile dello spettro ottico, normalmente a 850, 1310 e 1550 nm, tramite conversione del segnale elettrico (analogico o digitale) in segnale luminoso da parte del trasmettitore e la corrispondente riconversione ottico elettrico lato ricevitore.

Perdite e degrado del segnale ottico
Come per il rame, la perdita di segnale (attenuazione) viene misurata in decibel (dB) e dipende dalla qualità della fibra e degli elementi di interconnessione utilizzati. In particolare, la fibra presenta un'attenuazione specifica (dB/km) funzione della lunghezza, mentre gli elementi di interconnessione (connettori, giunti) presentano un valore specifico; la somma di questi parametri permetterà di valutare la rispondenza del link al budget ottico disponibile, dipendente dalla potenza del trasmettitore e dalla sensibilità del ricevitore.  La misura di attenuazione va effettuata tramite una sorgente ottica ed un power meter, l'utilizzo di un OTDR consente di caratterizzare il segmento ottico sotto misura per quanto riguarda la posizione di ciascun elemento e quindi anche per interventi di manutenzione, ma risulta meno affidabile per una misura specifiche di attenuazione. La fibra presenta un'attenuazione di tipo intrinseco e una di tipo estrinseco. La prima deriva dal processo di produzione e dipende da impurità e disomogeneità del vetro. Il segnale viene quindi assorbito o disperso, con conseguente influenza sulle distanze raggiungibili. I miglioramenti nel processo hanno consentito la realizzazione di un nuovo tipo di fibra multimodale detta fibra ottimizzata per laser (secondo TIA) o OM3 (secondo ISO), che presenta due principali migliorie: la riduzione delle impurità nel nucleo e un aumentato controllo del profilo d'indice di rifrazione, con conseguente riduzione della dispersione modale. I diversi modi ottici attraversano la fibra raggiungendo il ricevitore contemporaneamente. Ciò incrementa la capacità e la banda disponibile, con applicazioni fino a 10Gb/s, così come le massime distanze raggiungibili a parità di applicazione. L'attenuazione estrinseca è dovuta a fattori esterni, quali lo stress meccanico (con conseguenti microcurvature) o il mancato rispetto del raggio di curvatura del cavo (macrocurvature), con conseguente perdita parziale o totale della potenza, che viene rifratta all'esterno del nucleo. Questa è la ragione del necessario rispetto delle specifiche di raggio minimo di curvatura fornite dal fabbricante. Qualunque problema di installazione o di progettazione nelle fibre ottiche può impedire al ricevitore una corretta ricostruzione del segnale trasmesso.

Gli apparati ottici
Ogni apparato elettronico dispone di una gamma di sorgenti per potere trasmettere sui diversi tipi di fibra. Con la sorgente e il tipo di fibra varierà la distanza e la banda disponibile. Nella maggior parte delle reti la fibra viene utilizzata per connessioni di dorsale e il collegamento interedificio. Come detto in precedenza, velocità e distanza massima raggiungibili sono funzione del tipo, del diametro, della banda modale della fibra e del tipo di sorgente scelta. Per trasmissioni di tipo Gigabit, le massime distanze approvate da IEEE sono rappresentate in tabella.

Come si vede, le distanze possono variare da 220 metri a parecchie decine di chilometri. Le sorgenti GBIC (Gigabit Interface Converters) vengono distinte in SX (breve distanza), LX (lunga distanza), EX (extra). Su distanze brevi può essere necessario utilizzare un attenuatore ottico per evitare la possibile saturazione del ricevitore.
Per notare la differenza tra velocità trasmissive e qualità delle fibre, la seguente tabella confronta le distanze a partire da applicazioni 100 Mb/s per arrivare a 10 Gb/s. Come è possibile notare, anomalie nelle fibre, nelle sorgenti ottiche e caratteristiche di banda possono influenzare la distanza raggiungibile su portante ottico. La distanza cresce con soluzioni in fibra ottimizzata per laser, che rappresentano la migliore scelta dal punto di vista del ritorno sull'investimento. Le ulteriori distanze supportate eliminerebbero la necessità di elettronica costosa e ripetitori lungo linea. L'interfaccia a 10Gb/s viene detta Xenpack, rispetto al termine GBIC associato alle trasmissioni a 1 Gbit. Sia 10GBASE-SR che 10GBASE-LR hanno una controparte per area geografica per connessioni a reti SONET a 9,58 Gb/s (OC-192), interfacce note come 10GBASE-SW e 10GBASE-LW rispettivamente. La diffusione di applicazioni Gigabit alla scrivania va di pari passo con l'utilizzo di dorsali 10G. Le interfacce ottiche sono sempre più comuni in applicazioni per data center e persino al desktop. Per quanto alcune sorgenti consentano di utilizzare fibre di grado inferiore, si rivela sempre più economico un aggiornamento del link ottico, ampiamente compensato dal costo inferiore delle sorgenti. All'interno della soluzione 10G ip™ Siemon il sistema in fibra ottica XGLO è perfetto per applicazioni di dorsale o di fibre-to-the-desk di prossima generazione. Le soluzioni XGLO utilizzano fibre conformi allo standard 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3 e alle specifiche IEC-60793-2-10 e TIA-492AAAC di ritardo di modo differenziale (DMD). XGLO utilizza fibre ottimizzate per laser per prestazioni superiori e applicazioni a 1 e 10G.
Il sistema Siemon XGLO si rivela ideale per applicazioni di dorsale e FTTD di prossima generazione. Il cavo XGLO presenta fibre conformi agli standard IEEE 802.3 per 10 Gigabit, IEC 60793-2-10 e TIA-492AAAC relativi alle specifiche di DMD in banda laser. La soluzione XGLO utilizza fibra ottimizzata per laser per prestazioni trasmissive ottimali e applicazioni Ethernet a 1G e 10G.