Questo articolo spiega come la tecnologia di connettività possa essere efficiente in diversi punti della rete di accesso, garantendo accessibilità, flessibilità e conformità normativa, tenendo conto al contempo dei vincoli di bilanciamento ottico. Grazie ai recenti sviluppi nei componenti attivi che migliorano il bilanciamento ottico, gli operatori possono adottare con maggiore facilità strategie di connettività che assicurano la scalabilità della rete – in termini di larghezza di banda, distanza o trasmissione – e consentono di ridurre al minimo i costi operativi (OpEx).
In Europa, le compagnie di telecomunicazioni sono sottoposte a una pressione costante per aumentare la larghezza di banda offerta. Tale larghezza di banda cresce del 50% anno dopo anno e il tasso di penetrazione della banda larga residenziale è aumentato di quasi il 20% negli ultimi cinque anni. I servizi a banda larga sono un catalizzatore per l'economia, riducendo significativamente i costi delle telecomunicazioni per le imprese, stimolando la crescita, in particolare nelle aree rurali o economicamente depresse, e dando impulso sia alle aziende pubbliche che a quelle private.
Le reti in fibra ottica fino a casa (FTTH/B) costituiscono il fondamento delle future reti a banda larga. La loro capacità di trasmissione è praticamente illimitata e senza restrizioni rispetto ai tradizionali sistemi in rame. Il numero di abitazioni raggiunte dalle reti FTTH/B sta crescendo esponenzialmente, superando i 5,5 milioni nella prima metà del 2009 (con un aumento del 15% rispetto ai sei mesi precedenti). In questo primo semestre dell'anno sono stati aggiunti 120 nuovi progetti FTTH/B, portando il totale attuale a 233.
Nonostante i costanti progressi, i 2 milioni di abbonati in Europa rappresentano ancora un numero esiguo rispetto ai 6 milioni del Nord America o ai 30 milioni dell'area Asia-Pacifico. Consapevole di questo divario, la Commissione europea ha avviato numerose iniziative per stimolare il mercato FTTH/B, tra cui la raccomandazione di regolamentare l'accesso alle reti di nuova generazione e l'istituzione del quadro europeo per la società dell'informazione. Parallelamente, i governi nazionali stanno implementando topologie ad accesso aperto, garantendo al contempo la disponibilità delle risorse necessarie per fornire l'accesso universale.
Topologie di rete, standard e strategie di servizio:
con milioni di euro investiti in FTTH/B, le strategie di implementazione e penetrazione devono essere progettate per far risparmiare tempo e denaro agli operatori, sia durante la costruzione che, successivamente, durante l'attivazione e la gestione. Le due topologie più comuni utilizzate nelle reti FTTH/B attualmente in uso sono Point-to-Multipoint (P2MP) e Point-to-Point (P2P), quest'ultima tipicamente utilizzata per la trasmissione Ethernet. Le reti Point-to-Multipoint utilizzano splitter ottici sul campo.
Attualmente, la topologia GPON punto-multipunto è predominante in Europa e rappresenta un'evoluzione dello standard BPON. GPON supporta velocità elevate, offre una maggiore sicurezza e consente la completa libertà di scelta del protocollo di livello 2 (ad esempio, ATM, GEM, Ethernet).
I vantaggi di una topologia PON risiedono nella possibilità di utilizzare un singolo OLT (Optical Line Termination, l'apparecchiatura della centrale) per connettere più ONT (Optical Network Terminal, l'apparecchiatura dell'abbonato) tramite splitter ottici posizionati tra la centrale e l'abbonato. Attualmente, i rapporti di divisione preferiti sono 1:2 e 1:4 in centrale e 1:8 o 1:16 nella rete esterna. Poiché gli OLT (installati nelle centrali) sono costosi e consumano molta energia, le architetture PON con splitter intermedi consentono un notevole risparmio sui costi, eliminando gran parte della necessità di apparecchiature attive.
La necessità di connettività:
la maggior parte degli operatori ha iniziato implementando topologie P2P con l'obiettivo di fornire la massima larghezza di banda all'abbonato. Tuttavia, questa strategia si è rivelata molto costosa, dato che richiede l'installazione di un intero cavo in fibra ottica, punto-punto dalla centrale, e non si tratta solo della fibra stessa, ma fondamentalmente di tutto il cablaggio associato. Questa topologia sarebbe efficiente solo in ambienti ad altissima densità. In generale, gli ambienti di implementazione possono essere suddivisi in quattro categorie:
- Aree urbane ad alta densità.
- Aree urbane a bassa densità.
- Aree rurali.
- Aree industriali con topologie miste.
Per ambienti a bassa densità, l'architettura PON è ideale, in quanto consente un'implementazione molto più economica. Consiste essenzialmente nella suddivisione ottica del segnale tramite uno splitter ottico, permettendo a più abbonati di essere serviti da una singola fibra nella centrale. Questo modello presenta alcune limitazioni:
- Larghezza di banda inferiore per gli abbonati (a seconda del livello di suddivisione).
- L'uso di splitter ottici implica una maggiore attenuazione e, pertanto, è necessario prestare maggiore attenzione alla progettazione della rete, compreso il modo e la posizione di utilizzare connettori e/o giunzioni.
- L'espansione della rete può essere costosa se non è stata pianificata fin dall'inizio una facile riconfigurazione.
La scelta della topologia è stata e continuerà ad essere oggetto di dibattito. Gli operatori possono, tuttavia, implementare topologie punto-punto e sovrapporre simultaneamente topologie PON. Indipendentemente dal percorso fisico del cavo, le topologie vengono implementate logicamente tramite l'uso di:
- Giunzioni: in cui due fibre vengono unite in modo permanente utilizzando una giuntatrice a fusione.
- Connettori: realizzati in fabbrica, con l'aggiunta di terminazioni standard alle estremità delle fibre nude, che garantiscono protezione meccanica e facilità d'uso.
La connettività è stata originariamente sviluppata per l'installazione nelle centrali telefoniche e successivamente introdotta nelle applicazioni di rete esterna, soprattutto con le applicazioni FTTH negli ultimi tempi. Pertanto, la connettività può essere utilizzata in uno qualsiasi dei tre punti strategici di una rete FTTH:
- Centrale telefonica: l'edificio in cui si trovano le apparecchiature attive (switch, DSLAM, ecc.) insieme ai quadri di distribuzione dei cavi principali.
- Rete esterna: armadi, scatole di terminazione e giunzione, ecc.
- Cliente: sia esso residenziale o aziendale.
Il livello di giunzione o connettorizzazione utilizzato in un'implementazione FTTH/B dipende fortemente dalle esigenze di ciascun operatore. Il tipo di implementazione (nuovi quartieri o su una rete esistente), il contesto demografico (aree ad alta o bassa densità), il quadro normativo, insieme ai limiti e al bilancio di CAPEX e OPEX del progetto, sono i principali fattori che influenzano questa decisione. In sostanza, si tratta di decidere se utilizzare, e in che misura, un approccio con splitter ottici giuntati o connettori in diversi punti della rete.
Per molti operatori, la costruzione di una rete basata sulla giunzione delle fibre ottiche è stata semplice, soprattutto inizialmente. Tuttavia, gli operatori hanno dovuto rivalutare questa strategia iniziale, dato che la giunzione offre significativi vantaggi competitivi in termini di ottimizzazione delle risorse, sia nella fase iniziale di costruzione della rete che in quella successiva, garantendo al contempo maggiore flessibilità e affidabilità. Senza la giunzione, l'operatore deve posare ogni fibra da un'estremità all'altra dalla centrale a ciascun cliente.
In contesti altamente regolamentati, questo potrebbe non sembrare un problema. In contesti più tipici e meno regolamentati, il problema è significativo e può comportare un livello di efficienza di utilizzo della rete di appena il 20%, quando dovrebbe essere almeno dell'80%.
Le nuove reti FTTH/B stanno inaugurando una nuova era di regolamentazione per le reti di comunicazione in tutti i principali paesi europei. Queste normative stabiliscono che la connessione giuntata non può essere terminata presso la sede del cliente, poiché ciò potrebbe ostacolare i fornitori di servizi di commutazione. Questo requisito di connettività si riflette nelle politiche della Commissione Europea, che stabilisce il requisito di "facile accesso".
Considerazioni sul bilanciamento ottico:
Dato che la fibra ha iniziato a sostituire il rame nell'ultimo miglio solo nell'ultimo decennio, non sorprende che la tendenza iniziale all'ampio utilizzo di giunzioni sia stata lenta a cambiare. Gli operatori consideravano le giunzioni una tecnica più economica in termini di costi iniziali (non era necessario acquistare connettori, e soprattutto non era necessario acquistare i componenti ingombranti che potevano ospitarli), ed erano anche preoccupati per il bilanciamento ottico e i potenziali nuovi punti di guasto nella rete. Inoltre, non erano convinti della necessità di flessibilità e di un facile monitoraggio della rete. Questa tendenza iniziale si è ora completamente invertita e gli operatori stanno modificando le loro topologie di implementazione, massimizzando la connettività dalla centrale all'abbonato, con il bilanciamento ottico come unico limite.
Da un punto di vista pragmatico, la connettorizzazione offre chiaramente la massima flessibilità nella rete in fibra ed è il modo migliore per garantirne la crescita futura, sia in termini di penetrazione della clientela che di variazioni della domanda di larghezza di banda. Tuttavia, è altrettanto chiaro che la connettorizzazione presenta limitazioni e svantaggi rispetto alla giunzione, che comporta una maggiore attenuazione.
Pertanto, il bilanciamento ottico, ovvero la massima attenuazione possibile del segnale tra le apparecchiature della centrale e quelle dell'abbonato, è diventato uno dei parametri chiave nella progettazione e realizzazione delle reti FTTH/B. Il valore tipico per questo bilanciamento ottico è compreso tra 20 dB e 30 dB (e di solito viene progettato per 26 dB).
Fattori che influenzano l'equilibrio ottico
In una rete in fibra ottica, esistono due tipi di perdite che influiscono sull'equilibrio ottico:
- Attenuazione: che influisce sulla qualità del segnale diminuendone il livello di potenza.
- Perdita di ritorno: che influisce sulla qualità del segnale aumentando il rumore. La perdita di ritorno raccomandata è inferiore a 32 dB (raccomandazione ITU), calcolata come la somma di tutte le riflessioni della luce verso la sorgente, ovvero il laser.
Ci sono diversi punti da considerare:
Potenza di uscita del laser:
i continui sviluppi nei laser ad alta potenza e nei ricevitori migliorati continuano ad ampliare il bilanciamento ottico (laser C+ rispetto ai laser B+, ecc.). A medio e lungo termine, ciò contribuirà a migliorare la qualità e la flessibilità della rete, aumentando la possibilità di inserire componenti passivi all'interno della rete (connettori, splitter ottici, ecc.) senza compromettere il BER. A breve termine, questo valore di potenza del laser determina in modo definitivo la portata della rete e il rapporto di suddivisione.
Distanza tipica OLT-ONT:
Il bilanciamento ottico considera la distanza totale del segmento tra OLT e ONT. Questa distanza influenza linearmente l'attenuazione (chiamata attenuazione spettrale) introdotta dal cavo in fibra ottica (tipicamente considerata pari a 0,4 dB/km a 1310 nm, che è la lunghezza d'onda più restrittiva ai fini della progettazione). Altri elementi lungo questo percorso tra OLT e ONT introducono perdite, come ad esempio:
- Connettori.
- Giunzioni a fusione.
- Splitter ottici.
Conoscendo il numero di connettori, giunzioni a fusione e splitter ottici, nonché l'attenuazione spettrale del cavo e le caratteristiche delle apparecchiature attive, è possibile calcolare la distanza massima consentita. Ad esempio, la distanza massima per una rete GPON con uno splitter ottico 1:32 e un bilanciamento ottico massimo di 28 dB è di 20 km.
In realtà, le distanze dagli utenti in una rete FTTH sono solitamente comprese tra 5 km e 20 km.
Perdite dei connettori:
Un connettore generalmente produce due tipi principali di perdite:
- Perdita di inserzione: questa dipende direttamente dal tipo di connettore e dalla lunghezza d'onda. È importante notare che una rete FTTH utilizza simultaneamente tre diverse lunghezze d'onda (1310 MHz dall'utente alla centrale, 1490 MHz dalla centrale all'utente e 1550 MHz dalla centrale all'ONT per il segnale video). Le perdite tipiche dei connettori sono di 0,3 dB e, nel caso peggiore, di 0,5 dB.
- Perdita di ritorno: poiché i connettori sono tipicamente contatti fibra-aria-fibra, una piccola quantità di luce viene riflessa verso la sorgente durante queste transizioni. Utilizzando connettori APC (angolati di 8° sulla superficie del connettore), la perdita di ritorno può essere minimizzata ad ogni transizione, scendendo anche al di sotto di 65 dB.
È impossibile costruire una rete in fibra ottica passiva senza connettori (le apparecchiature li utilizzano, i cavi di collegamento della centrale li hanno a entrambe le estremità, ecc.). Ogni installazione di rete viene certificata e testata, generalmente utilizzando apparecchiature OTDR (riflettometri), che consentono agli installatori di rilevare guasti di fusione, connessioni sporche, scarsa qualità della fusione, ecc.
Perdite degli splitter ottici:
come qualsiasi componente passivo, gli splitter ottici introducono:
- Perdite di inserzione: dipendono principalmente dal rapporto e dalla qualità dello splitter. Ad esempio, uno splitter ottico 1:2 in genere perde 3,5 dB.
- Perdite di riflessione: un singolo splitter ottico in genere ha una perdita di riflessione di 50-55 dB, un valore considerevole che influisce sul risultato complessivo della riflessione molto più dei connettori.
- Direttività: questo è il rapporto tra la potenza deviata dall'ingresso di uno splitter ottico agli altri ingressi dello stesso splitter e influisce sul segnale complessivo nello stesso modo delle normali riflessioni discusse nel punto precedente.
Perdite nelle giunzioni a fusione:
in genere, le perdite nelle giunzioni a fusione sono quasi trascurabili, dell'ordine di 0,1 dB per giunzione. Tuttavia, le giunzioni meccaniche richiedono un attento monitoraggio dei valori risultanti, che dipendono fortemente dalla tecnologia utilizzata.
Gli operatori europei si stanno orientando verso la connettività.
Considerazioni operative, commerciali e di bilanciamento ottico hanno spinto i principali operatori europei ad adottare massicciamente tecnologie che promuovono la connettività nelle loro strategie di implementazione FTTH.
Un importante operatore europeo, ad esempio, ha iniziato a implementare una topologia basata sulla fusione perché aveva familiarità con la tecnologia e non era autorizzato a installare armadi in strada (richiedendo soluzioni sotterranee). Inizialmente, era anche preoccupato dell'impatto dei numerosi connettori sul bilanciamento ottico complessivo della sua rete.
Con il progredire dell'implementazione della rete, la mancanza di flessibilità è diventata sempre più evidente. Quando era necessario intervenire sugli ingressi o sulle uscite degli splitter ottici, i test di verifica non potevano essere eseguiti senza tagliare le fibre attive e interrompere il servizio ai clienti. Ancora più significativi erano i problemi con il processo di attivazione dei nuovi clienti, che risultava molto lento e costoso. Inoltre, durante l'implementazione, l'autorità di regolamentazione ha imposto soluzioni aperte che consentono connessioni condivise con l'abbonato ed evitano la presenza di più verticali.
Progettazione per la crescita e la flessibilità:
al contrario, un altro operatore di telecomunicazioni europeo ha implementato su larga scala una rete P2P basata su GPON con un livello di suddivisione 1:64. Questa rete utilizza prevalentemente la connettorizzazione. Al nodo remoto (distributore stradale), viene utilizzata una connessione incrociata completa tra il cavo proveniente dalla centrale e i cavi di distribuzione che raggiungono gli abbonati finali, consentendo l'attivazione immediata e la migrazione dei clienti del servizio P2P a PON in pochi minuti. L'operatore utilizza un totale di cinque connessioni con connettori e una giunzione a fusione per utente fino a questo distributore intermedio.
L'operatore utilizza scatole di derivazione all'interno degli edifici, terminate con connettori. A seconda che si utilizzi una topologia di interconnessione diretta con il cavo del cliente o un'interconnessione incrociata con una scatola di neutro, sono necessarie una o due coppie di connettori aggiuntive.
Nell'intera rete, fino all'ONT, possono essere presenti un totale di 10 coppie di connettori e 4 giunzioni. Ciò rappresenta una perdita fino a 3,4 dB (massimo 5,4 dB nel caso peggiore).
Ipotizzando che gli splitter ottici (uno o due in cascata per ottenere un rapporto 1:32) causino una perdita di 18 dB, la perdita totale nel caso peggiore sarebbe di 23,4 dB, fornendo un margine di protezione di circa 2 dB fino al limite di progetto di 26 dB.
Introducendo connettori e massimizzando l'utilizzo dell'intero bilanciamento ottico, è stato raggiunto un livello molto elevato di flessibilità di rete. Ciò significa, in sostanza, che con una spesa operativa minima, è possibile garantire la crescita della rete, consentendo di fornire maggiore larghezza di banda ai clienti finali, di coprire un numero maggiore di clienti o di dislocarli in aree più remote.
Le architetture che sfruttano in modo estensivo e intelligente i connettori in tutta la rete, dalla centrale al cliente, consentono il monitoraggio e la manutenzione della rete, e permettono modifiche ed espansioni flessibili e senza intoppi:
- Le attività operative sono ridotte.
- Gli operatori possono allineare i propri investimenti alla domanda di servizi e al livello di penetrazione.
- La manutenzione preventiva e correttiva, l'integrazione di nuove apparecchiature attive, ecc., possono essere eseguite in pochi minuti con una soluzione pre-connettivizzata, riducendo significativamente tempi e costi.
- Negli edifici plurifamiliari, le soluzioni pre-connettivizzate riducono significativamente la quantità di apparecchiature, il numero di giunzioni, il numero di tecnici necessari e semplificano notevolmente il processo di attivazione.
Autore: José Luis González - Direttore Tecnico ADC KRONE, Iberia
