Mezzi di trasmissione

Fibre ottiche, doppino, cavi coassiali

I mezzi trasmissivi• I mezzi trasmissivi sono strumenti, tecniche per collegare più

dispositivi tra loro per lo scambio dati.• I messaggi da trasmettere possono essere di natura: elettrica, ottica,

elettromagnetica• La trasmissione di segnali via cavo sfrutta una connessione fisica tra

due dispositivi effettuata tramite un cavo conduttore • Il cavo deve avere una buona conducibilità per poter trasmettere i

segnali• Le caratteristiche di un cavo conduttore sono la resistenza ,

l’induttanza e la capacità• La resistenza rappresenta l’ostacolo che oppone il conduttore al

passaggio di corrente; l’induttanza aumenta con la frequenza mentre la capacità diminuisce con la frequenza

Tipologie di cavi

• È importante conoscere le tipologie dei cavi perché essi differiscono dal tipo di segnale da trasmettere

• Esistono due tipologie di cavi:– Coassiale

• Thinnet, cavo sottile• Thicknet, cavo spesso

– Doppino• STP (Shielded Twisted Pair), a coppie di fili doppiamente schermati• UTP (Unshielded Twisted Pair), a coppie di fili non schermati• FTP (Foiled Twisted Pair), a coppie di fili con un’unica schermatura

Cavi coassiali

Cavo coassiale

Cavo coassiale

• Il cavo coassiale è costituito da un filo conduttore centrale di rame ricoperto da un cilindro di plastica isolante attorno al quale viene avvolta una maglia di rame e ricoperta ancora di una guaina di materiale isolante

• La maglia di rame serve sia per la corrente di ritorno che da gabbia di Faraday

• Agli estremi del cavo vengono saldati o avvitati o crimpati dei particolari connettori detti BNC

• È più costoso delle fibre ottiche e può arrivare a distanze maggiori dei cavi STP e UTP

Cavo coassiale• Cavo thicknet, il più spesso, utilizzato nei backbone ethernet. È

costituito da :– Un conduttore centrale di rame– Un cilindro isolante– Due schermi di foglio di alluminio– Due schermi in calza

• Cavo thinnet, è il più sottile, utilizzato nelle vecchie reti ethernet; ha un’attenuazione circa tre volte maggiore del cavo thicnet. È costituito da:– Un conduttore centrale di rame– Un cilindro isolante– Uno schermo di foglio di alluminio– Uno schermo in calza

Doppino

• È costituito da una o più coppie (pair) attorcigliate tra loro (twisted) per ridurre gli effetti dovuti ai campi elettromagnetici

• Per ridurre i disturbi si utilizza comunque una schermatura di un foglio sottile di alluminio o di una calza a reticolo di rame i due direzioni opposte

• I doppini si classificano in base alla schermatura

Doppino

• Cavo UTP: insieme di quattro coppie attorcigliati; ogni singola coppia non è schermata; l’impedenza è di circa 100 Ohm, può arrivare fino a distanze di 100 m. è molto economiche ma sensibile ai disturbi. I connettori utilizzati sono gli RJ45. è molto semplice da installare

• FTP, insieme di quattro coppie attorcigliate con un’unica schermatura costituita da un foglio di rame. L’impedenza è di 100 Ohm

• STP, insieme di quattro coppie di fili attorcigliati e schermati in ogni singola coppia, avvolti a sua volta da una guaina isolante. L’impedenza è di 150 Ohm e realizza connessione di circa 100 m.

Classificazione di doppini

Categoria:1. Utilizzati nella telefonia analogica2. Per telefonia digitale ISDN e trasmissione a bassa velocità3. Per reti locali che non producono frequenze superiori a 12.5

MHz per connessioni fino a 10 Mb/s4. Per reti locali con frequenze di circa 20 MHz a 16 Mb/s5. Per reti locali con frequenze fino a 32 MHz e applicazioni di

100 Mb/s6. Per tutte le reti con banda di 200 Mhz e applicazioni fino a 1

Gb/s7. Per frequenze fino a 600 MHz e 10 Gb/s su distanze di 100 m

Collegamento dei pin

• Diritto: si utilizzano per collegare switch e router, switche e PC o server, Hub e PC o server

• Incrociato: si utilizza per collegare switch e switch, switch e hub, hub e hub, router e router, PC e PC, router e PC

• Rollover: collega l’adattatore RJ45 posto sulla porta seriale del PC alla console di un router o uno switch

Schemi per collegamenti

Misure su cavi di rame• Velocità di propagazione: percentuale di velocità della luce nel vuoto dalla

quale si propaga un segnale elettrico nel cavo. Bisogna distinguere la velocità di trasmissione che si misura in Mb/s dalla velocità di propagazione. In un cavo la velocità di propagazione è del 65% di quella della luce pari a 200000 km/s. Se la velocità di trasmissione è di 10 Mb/s, il tempo di bit è 1/(10*106)=10-7

• lo spazio percorso tra una trasmissione e l’altra è pari a s=v*t=20m. • Si chiama propagation delay, il tempo che un segnale impiega per

attraversare l’intero cavo.• Attenuazione: rapporto tra la tensione del segnale in ingresso del cavo e

quella in uscita. Si misura in dB=20*log(Vi/Vo). L’attenuazione è dovuta all’impedenza del cavo. L’attenuazione si misura tramite il cable tester che usa frequenze più alte ammesse su quel cavo. L’attenuazione si può misurare anche per la corrente con 20*log(Ii/Io) o per la potenza con 10*log(Pi/Po)

Rumore

• Rumore– Diafonia: si presenta quando dei cavi sono posti l’uno accanto

all’altro. Il passaggio della corrente genera dei campi elettromagnetici. Più il segnale indotto viene attenuato e più il cavo risulta insensibile ai disturbi generati. Distinguiamo la paradiafonia dalla telediafonia. Il primo disturbo si misura dalla stessa parte del trasmettitore, il secondo dalla parte opposta del trasmettitore

– RFI: disturbi in radiofrequenza dovuti ad altri dispositivi che utilizzano la stessa tecnologia es. forni a microonde, TV, telefoni cellulari

– EMI: disturbi di natura elettromagnetica come quelli generati dai cavi elettrici

Fibra ottica

La luce• La luce è un segnale elettromagnetico che si trasmette nel vuoto con

velocità massima di 300000 km/s. Nei mezzi la velocità diminuisce.• L’idea di trasmettere un segnale tramite la luce è quella di associare

allo 0 l’assenza di segnale e a 1 la presenza di segnale. Naturalmente, la trasmissione è digitale

• Ogni segnale elettromagnetico è caratterizzato dall’ampiezza, frequenza e lunghezza d’onda

• La propagazione della luce attraverso i mezzi rispetta le leggi di Snell• Le leggi di Snell regolano la riflessione e la rifrazione della luce

quando essa, nel propagarsi attraverso un mezzo, incontra un ostacolo. Se la luce torna indietro, si ha la riflessione, se attraversa l’ostacolo si ha la rifrazione. In genere, i due fenomeni si verificano insieme nel senso che, non si ha mai riflessione pura o rifrazione pura

Leggi di Snell

Leggi di Snell• La legge di Snell per la riflessione afferma che: raggio incidente su una

superficie di separazione tra due mezzi e raggio riflesso giacciono sullo stesso piano; l’angolo che il raggio incidente forma con la normale alla superficie è uguale all’angolo che il raggio riflesso forma con la stessa normale

• La legge di Snell per la rifrazione afferma che il raggio incidente su una superficie di separazione tra due mezzi e raggio rifratto giacciono sullo stesso piano; la luce nel passare da un mezzo meno denso ad uno più denso rallenta secondo la legge n1*sin(1)=n2*sin(2).

• n1 e n2 rappresentano l’indice di rifrazione rispettivamente del mezzo 1 e del mezzo 2. L’indice di rifrazione è il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e quella nel mezzo; gli angoli 1 e 2 sono gli angoli che il raggio riflesso rispettivamente e quello rifratto formano con la superficie di separazione dei due mezzi.

Riflessione pura

• Quando un segnale luminoso passa da un mezzo più denso ad uno meno denso, l’angolo di rifrazione diminuisce fino a diventare zero. Si ha così la riflessione pura.

• L’angolo di incidenza affinchè si abbia riflessione pura, si chiama angolo critico

Fibre ottiche

• Per trasmettere segnali luminosi si realizzano conduttori particolari che prendono il nome di fibre ottiche.

• Al centro è presente un filo di vetro di dimensione dell’ordine dei micrometri; è avvolto da un mantello esterno detto cladding che ha un indice di rifrazione diverso dal vetro; quello del vetro è 1.475 mentre quello del cladding è 1.52. Più il mezzo è denso e più l’indice di rifrazione è alto e, la velocità della luce diminuisce.

Fibra ottica

Fibra ottica

Apertura numerica

Si definisce cono di accettazione, l’insieme di tutti gli angoli per i quali avviene la riflessione totale

L’apertura numerica NA è il range di angoli di luceNA=(n2

2-n12)1/2

dove n1 è l’indice di rifrazione e n2 l’indice di rifrazione del cladding

Fibre nonomodali e multimodali• All’aumentare del diametro del core, i segnali luminosi possono subire

percorsi differenti. Ciò provoca tempi differenti di arrivo del segnale. Una fibra così fatta è detta multiC modale. Se si restringe il core fino a 4-10 m, si ottiene una fibra monomodale perchè il percorso è unico

• Nelle fibre monomodali la trasmissione del segnale avviene tramite LED con variabile tra 850 nm e1310 nm

• Nelle fibre multimodali la trasmissione del segnale avviene tramite Laser con variabile tra 1310 nm e 1550 nm

• I connettori per le fibre multimode si chiamano SC o subscriber connector• I connettori per le fibre monomode si chiamano ST o straight tip• Generalmente, viene utilizzato il laser che genera una luce monocromatica

e coerente ma più costoso rispetto ai LED che sono più economici

Vantaggi e svantaggi delle fibre ottiche

I vantaggi delle fibre ottiche sono:• Elevato tempo di vita• Assenza di dispersione• Minima perdita di potenza ottica• Bassa attenuazione• Ampia larghezza di bandaGli svantaggi sono:• Problemi di connessione a causa del piccolissimo

diametro del core• Elevata potenza ottica richiesta

Vantaggi delle fibre ottiche rispetto ai cavi elettrici

• Sono completamente immuni dai disturbi elettromagnetici

• Permettono trasmissioni ad alta velocità• Sono di dimensioni molto ridotte• Hanno costi contenuti

Installazione delle fibre ottiche

• Le fibre ottiche sono di tipo full duplex• Un collegamento in fibra ottica viene

realizzato con tre componenti:1. Il trasmettitore2. Il cavo3. Il ricevitore

Rumore nelle fibre ottiche

• Dispersione: l’attenuazione è dovuta alla presenza di macroscopiche discontinuità che creano uno scattering della luce, cioè, deviazione del raggio luminoso

• Assorbimento: è una perdita di energia dovuta alla presenza di alcune impurità chimiche

• Attenuazione: le impurità ne core e nel cladding creano delle piccole rifrazioni

• Bending: durante la stesura della fibra ottica, se questa viene tesa più del dovuto, si possono creare delle microfratture che creano una dispersione

• Terminazione: attenuazione che si genera nei collegamenti tra terminazioni di fibre ottiche

Tipologie di fibre ottiche

• Cavi di tipo tight:– Cavi mulitmonofibra– Cavi multifibra

• Cavi di tipo loose

• Cavi tipo slotted core

Cavi di tipo tight

• Cavi multimonofibra: sono costituiti al massimo da otto fibre disposte attorno a un nucleo centrale di materiale dielettrico. Sono particolarmente robusti in quanto ogni singola fibra è rivestita con una guaina protettiva fino ad Arrivare ad un diametro di 2-3 nm

• Cavi multifibra: sono meno robusti e il rivestimento della singola fibra arriva al massimo ad un diametro di 0.9 mm. Nonostante il diametro globale resti lo stesso, il numero di fibre può arrivare fino al massimo di 32

• I cavi di tipo tight sono utilizzati nelle LAN e nelle bretelle ottiche

Cavi loose e slotted core

• Sono utilizzati principalmente per installazioni in luoghi esterni e possono contenere al massimo 100 fibre. Sono utilizzati in ambienti umidi perché hanno particolari strati protettivi. Non possono essere utilizzati per cablaggi verticali.

• I cavi slotted core sono anche essi utilizzati per installazioni in luoghi esterni r possono contenere al massimo 400 fibre. Hanno un particolare gel tamponante

Test e strumentazione