Principali caratteristiche e confronto con gli altri mezzi trasmissivi

La caratteristica principale della fibra ottica è che essa è in grado di confinare la luce, di opportuna lunghezza d'onda, all'interno della sua parte centrale che viene chiamata nucleo ("core") facendosi aiutare da uno strato esterno che viene chiamato camicia ("cladding").
E' il confinamento all'interno del nucleo che ne consente il trasferimento lungo tutto il percorso della fibra, anche in presenza di curvature che sono normali lungo i cavi per telecomunicazioni.
Di seguito si riporta una fibra ottica sezionata lungo il proprio asse in lunghezza dove viene riportato molto schematicamente il modo di confinamento e propagazione della luce.
Non ci soffermiamo in questa sede su tutti i parametri che vengono riportati in figura. L'importante è focalizzare il modo in cui i raggi per multipli rimbalzi tra core e cladding rimangono all'interno del core propagandosi fino all'altra estremità.
I raggi sono quelli che portano la nostra informazione, i famosi bit.

: Sezione fibra ottica

Come si può osservare in questo schema funzionale, diversi sono i raggi che transitano all'interno della fibra ottica in "modo" diverso.
Questi sono le portanti a cui affidiamo la nostra informazione.
Essendo in questa fibra diversi, si usa dire che questa fibra ottica è di tipo "multimodale" (multimode fiber).
Affidare a raggi diversi la nostra informazione, a volte e soprattutto per tratte lunghe ci possono essere limitazione nella velocità di trasferimento delle informazioni.
Per questo sono state costruite fibre ottiche la cui informazione viene affidata per il trasporto a un solo raggio ottico, eliminando per gran parte tali limitazioni.
Queste fibre ottiche vengono chiamate "monomodali" (single mode fiber).
Questo è il tipo di fibre ottiche che sono state utilizzate per la rete del Comune di Riccione, in quanto molto più performanti. Lo standard internazionale che fa riferimento a questo tipo di fibre ottiche monomodali è ITU-T G652D.
Diamo uno sguardo ai materiali e alle dimensioni.
La fibra ottica è fatta di silice purissima (praticamente vetro), un materiale che è facilmente reperibile sulla Terra, al contrario dei classici cavi in rame (si pensi alla minor reperibilità di questi e ai costi elevati, tanto che negli ultimi tempi venivano rubati negli impianti ferroviari o comunque di telecomunicazioni per essere rivenduti).
Di seguito si riporta una fibra ottica secondo come è strutturata normalmente.

: Struttura fibra ottica

Il core e il cladding in realtà sono lo stesso vetro solo che nel costruire la fibra ottica vengono trattati diversamente (il core ha un indice di rifrazione di poco maggiore del cladding ed è questo che riesce a creare l'effetto di confinamento della luce all'interno del core stesso).
Per quanto riguarda le dimensioni, in una fibra ottica monomodale il core ha dimensioni di soli 8-10 µm, mentre in una fibra multimodale raggiunge i 50 µm.
Il cladding invece è per tutti i tipi di fibre per telecomunicazioni di dimensioni pari a circa 125 µm. La copertura protettiva che sostanzialmente è di silicone opportunamente trattato raggiunge il diametro di soli 250 µm.
Quindi quando una fibra ottica viene costruita non è altro che un sottilissimo filo di vetro il cui diametro globale è di soli 250 µm!
Da qui si capisce come è possibile costruire cavi a fibre ottiche con un elevatissimo numero di fibre ottiche.
Ad esempio i cavi ottici monomodali utilizzati nella rete di Riccione sono da 24, 96 e addirittura 144 fibre ottiche.
Di seguito si riporta a titolo di esempio il cavo utilizzato con 144 fibre ottiche monomodali ITU-T G652D

: Cavo ITU-T G652D

Per quanto riguarda il confronto con altri mezzi trasmissivi, è sufficiente mettere in competizione il cavo in rame per telecomunicazioni con il cavo in fibra ottica.
Diversi sono i punti di confronto, di seguito si elencano quelli ritenuti di norma i primari:

immunità alle interferenze;
sicurezza e segretezza nelle trasmissioni;
attenuazione del segnale che transita nel mezzo trasmissivo;
capacità e velocità di trasferimento dei dati (si riassume spesso con il parametro "banda trasmissiva");
passo di ripetizione necessario per tratte lunghe su cui trasferire i dati.

Immunità alle Interferenze Elettromagnetiche
Il cavo in rame è molto sensibile alle interferenze elettromagnetiche che possono creare in ultima analisi la perdita di parte dei dati dell'informazione trasmessa.
Per il principio di reciprocità, così come risente dei disturbi elettromagnetici le può creare verso altri sistemi.
La fibra ottica essendo vetro puro e quindi un materiale dielettrico è completamente immune alle interferenze elettromagnetiche e non ne genera.
Proprio grazie a questa peculiarità, è possibile posare cavi ottici all'interno di tubazioni elettriche così come è stato fatto per il Comune di Riccione (tubi dell'illuminazione pubblica). Impensabile se avessimo usato un cavo in rame.
La possibilità di utilizzare tubazioni esistenti per altri servizi come l'illuminazione pubblica, consente risparmi notevolissimi in termini dii opere civili quali scavi a cielo aperto o NO-DIG (perforazione orizzontale).

Sicurezza e Segretezza nelle trasmissioni
I cavi in rame, quando sono attraversati da corrente che trasporta le informazioni, emettono campi elettromagnetici che possono essere facilmente intercettati e quindi interpretati, non garantendo sicurezza e riservatezza nelle trasmissioni.
Le fibre ottiche, al contrario, non consentono l'estrazione facilmente del segnale ottico, né tantomeno l'intercettazione in quanto non generano campi elettromagnetici correlati alle informazioni che vi transitano.
Segretezza e riservatezza garantite.

Attenuazione del segnale che transita nel mezzo trasmissivo
Un cavo in rame può attenuare fino a una decina di dB (decibel = unità logaritmica di attenuazione di un sistema) per 0,1 Km di estensione.
Una fibra ottica solo qualche unità di dB per 1 Km di estensione. Praticamente attenua ben due ordini di grandezza in meno, e non si dimentichi che il dB è una unità di misura logaritmica.

Capacità e velocità di trasferimento dei dati (si riassume spesso con il parametro "banda trasmissiva")
Se prendiamo un cavo in rame (UTP TIA-EIA 568 Cat.6), può ad esempio nelle reti locali, trasportare dati alla capacità di 1 Gb/s (un miliardi di bit di informazione al secondo) per non più di 90 metri.
Una fibra ottica monomodale può trasportare decine di Gb/s per decine o centinaia di Km.
Il cavo in rame, nel confronto, è una banale strada a due corsie per l'andata e il ritorno, la fibra ottica un'autostrada con decine di corsie per l'andata e altrettante per il ritorno!
Si pensi che il record raggiunto già qualche anno fa nella velocità di trasmissione dati per distanza, senza mai rigenerare il segnale ottico, è di diverse decine di Gbit/s per ben 1000 Km.

Passo di ripetizione necessario per tratte lunghe su cui trasferire i dati
Il passo di rigenerazione nelle normali rete si intende la distanza tra due punti per la quale è necessario inserire un dispositivo elettronico amplificatore/rigeneratore che dia energia al segnale indebolito dopo essere transitato all'interno del mezzo trasmissivo stesso.
Il passo di rigenerazione per un cavo in rame non supera qualche Km, oltre il quale bisogna rigenerare, rielaborare e amplificare il segnale.
Sempre nei casi di reti di telecomunicazioni a basso costo, il passo di rigenerazione per un impianto a fibre ottiche è dell'ordine delle decine di Km (ad esempio 70 Km alla velocità di 1 Gbit/s).
Non vi è indubbiamente paragone tra le potenzialità di una fibra ottica e i classici cavi in rame.