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 analogica
2. Per telefonia digitale ISDN e trasmissione a bassa velocità
3. Per reti locali che non producono frequenze superiori a
12.5 MHz per connessioni fino a 10 Mb/s
4. Per reti locali con frequenze di circa 20 MHz a 16 Mb/s
5. Per reti locali con frequenze fino a 32 MHz e applicazioni
di 100 Mb/s
6. Per tutte le reti con banda di 200 Mhz e applicazioni fino a
1 Gb/s
7. 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 luce
NA=(n22-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 banda
Gli 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 trasmettitore
2. Il cavo
3. 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