Come funzionano gli impianti con fibre ottiche

Impianti con fibre ottiche

Da sempre i tecnici e installatori TV-SAT hanno a che fare con i cavi coassiali, che sono il mezzo più diffuso e più economico per distribuire i segnali dalle antenne alle prese degli utenti condominiali. Oggi, però, è possibile (in alcuni casi obbligatorio in virtù delle leggi vigenti) realizzare impianti con fibre ottiche, riuscendo a ottenere una serie di vantaggi.

Coassiale: pregi e difetti

Il cavo coassiale è infatti un sistema semplice e affidabile, ma le sue caratteristiche devono essere tenute in seria considerazione nelle fasi di progetto e di allestimento di una rete di distribuzione.

Un cavo coassiale può trasportare una grande banda di frequenze, tutte quelle usate oggi dai segnali TV terrestri e quelli ricevibili via satellite, ma introduce perdite che dipendono dalla frequenza dei segnali che transitano nel cavo e dalla lunghezza fisica dei cavi stessi. Tali perdite limitano di fatto la lunghezza dei cavi utilizzabili e obbligano ad aggiungere amplificatori per riportare il livello dei segnali a valori adeguati alla distribuzione e ricezione. 

Il pregi dei cavi coassiali sono l’economicità, la facilità di terminazione con spine o prese TV-SAT, una certa flessibilità e robustezza del cavo e una buona resistenza alle interferenze data da schermature sempre più efficaci. Il principale “difetto”, se così si può definire visto che corrisponde a una caratteristica fisica, è la perdita introdotta.

Gli effetti tipici di questa perdita sono: in primo luogo, l’attenuazione di tutti i segnali trasportati che aumenta all’aumentare della lunghezza del cavo; in secondo luogo, la perdita nella banda trasportata assume una curva di attenuazione sensibile alla frequenza dei segnali. Questi ultimi subiscono quindi un’ulteriore attenuazione che aumenta all’aumentare della frequenza. Per fare un esempio, il canale 60 UHF (786 MHz) a parità di lunghezza del cavo subisce una maggiore attenuazione del canale 21 UHF (474 MHz). Ciò accade anche con le frequenze dei canali IF-SAT per cui la frequenza più alta, 2.150 MHz, subisce una maggiore attenuazione della frequenza più bassa, 950 MHz. 

Impianti con fibre ottiche attenuazione cavo coassiale
Attenuazione introdotta da cavo coassiale lungo 100 metri su segnali TV e SAT

Fibra ottica e cavo coassiale, collaborazione efficace

Possiamo definire trasparente un cavo a fibra ottica, usato negli impianti TV-SAT, perché si lascia attraversare dai segnali senza introdurre “pendenza di attenuazione di banda” e nemmeno “perdita di lunghezza”, che sono invece le caratteristiche tipiche di un cavo coassiale. Anche il cavo coassiale è a modo suo “trasparente”, in quanto è totalmente passivo (così come la fibra ottica).

Ma nel cavo coassiale la “potenza elettrica” dei segnali, in gergo tecnico il “livello”, è sufficiente a mettere in comunicazione le antenne con il terminale di testa e questo con la rete di distribuzione e i dispositivi di ricezione degli utenti. Nella fibra ottica i segnali devono invece subire una trasformazione, per poter essere trasportati. Detta trasformazione si chiama “conversione” elettro/ottica e avviene in testa alla rete di distribuzione, mentre in coda alla rete, prima di raggiungere le prese TV-SAT degli utenti, si ha la conversione ottica/elettrica.

Per realizzare un impianto ottico sono necessari entrambi i tipi di cavo in quanto i televisori e i decoder SAT hanno un ingresso coassiale. Ecco perché è necessaria la riconversione ottica/elettrica prima di raggiungere le prese degli utenti. In testa all’impianto, le antenne riceventi TV e le antenne paraboliche forniscono segnali su cavo coassiale ed ecco quindi perché è necessaria la conversione elettro/ottica. Esistono tuttavia degli LNB con uscita ottica che si possono usare collegandoli direttamente alla fibra mentre le antenne TV terrestri usano sempre il sistema coassiale.

Sistemi a confronto
Sistemi a confronto. Nei cavi coassiali i segnali SAT subiscono maggiori perdite di quelli TV, nella fibra ottica non vi sono differenze. Nel sistema ottico conta la potenza ottica, nel sistema coassiale conta il livello dei segnali

Impianti con fibre ottiche: come funzionano

Dal punto di vista strettamente pratico, l’impianto ottico si può fare in normali o singoli edifici condominiali e anche in complessi condomini multiedificio. In aggiunta, l’impianto ottico diventa la soluzione ideale per collegare tanti edifici o un intero villaggio alle stesse antenne.

tipologie rete fibre ottiche
Tre tipologie di impianto realizzabili con le fibre ottiche. A – singolo edificio condominiale, B – condominio multiedificio, C – villaggio

Il principio di funzionamento è lo stesso per tutte e tre le soluzioni, cambia solo la ramificazione e l’estensione della rete di distribuzione. I segnali da trasportare vanno a modulare un fascio di luce, che nei sistemi ottici può avere una lunghezza d’onda compresa tra 800 e 1.600 nm (nanometri). All’interno di questa si possono identificare delle “finestre ottiche” ovvero delle lunghezze d’onda maggiormente favorite nel transito: 1a (850 nm), 2a (1.310 nm), 3a (1.550 nm). Nella distribuzione di segnali TV-SAT le finestre ottiche usate sono la seconda e la terza.

Tabella 1 – Valori di attenuazioni tipiche di alcuni cavi coassiali d'uso comune e della fibra ottica usata negli impianti interni.
Tipo di cavo Banda di frequenze Attenuazione a 700 MHz Attenuazione a 2.150 MHz
Coassiale 5 mm 5 ÷ 2.150 MHz 23 dB (100 m) 38 dB
Coassiale 6 ÷ 7 mm 5 ÷ 2.150 MHz 20 dB (100 m) 30 dB
Fibra ottica 9/125 monomodo (1.310 nm) 5 ÷ 5.450 MHz 0,4 dB (1.000 m) 0,4 dB (1.000 m)
Fibra ottica 9/125 monomodo (1.550 nm) 5 ÷ 5.450 MHz 0,2 dB (1.000 m) 0,2 dB (1.000 m)

 

Finestre fibre ottiche
La fibra ottica offre le migliori prestazioni con alcune lunghezze d’onda della luce che subiscono meno i diversi fenomeni di attenuazione, rifrazione, dispersione. Tali lunghezze d’onda corrispondono a tre "finestre" trasmissive particolarmente adatte all'uso nelle telecomunicazioni: la "prima finestra" a 850 nm permette di realizzare collegamenti di 275 m su fibre tipo 62,5/125 e di 550 m su fibre tipo 50/125. La "seconda finestra" a 1.310 nm permette di realizzare collegamenti di 5 – 10 km su fibre monomodali. La "terza finestra" a 1.550 nm, permette di realizzare le distanze maggiori, compresi collegamenti di 100 km. Le fibre ottiche più evolute, "all-waves fiber", uniscono di fatto le ultime due finestre

La rete ottica

La rete è composta da un trasmettitore ottico, dai ripartitori ottici e dai ricevitori ottici. Il trasmettitore funziona anche da convertitore elettro/ottico, infatti raccoglie i segnali “elettrici” ovvero segnali TV e SAT, li converte in segnali ottici e fornisce una potenza luminosa adeguata. I ripartitori ottici possono essere di due tipi: divisori (splitter) e derivatori (tap).

L’interconnessione tra questi dispositivi avviene con lo stesso schema che si usa coi segnali TV e SAT nelle reti coassiali. Si creano più rami di distribuzione secondo le necessità seguendo uno schema radiale “a stella” o in derivazione fino a raggiungere i ricevitori ottici che sono l’interfaccia di utente necessaria a riportare i segnali su cavo coassiale.

Prestazioni del sistema

Come per le reti coassiali, il dimensionamento di un rete in fibra ottica per la distribuzione di segnali TV e SAT parte dal calcolo delle perdite ottiche introdotte da tutti i componenti ottici, fibra, connettori, derivatori, divisori, ovvero di quanto il segnale ottico si attenua dalla partenza (l’uscita del trasmettitore ottico) fino al ricevitore ottico più lontano. Negli impianti TV-SAT, centralizzati condominiali e individuali, la lunghezza totale della fibra ottica non supera alcune centinaia di metri pertanto le perdite complessive sono inferiori a 1 dB, grazie al fatto che un cavo a fibra ottica ha un’attenuazione tipica compresa tra 0,2 e 0,4 dB/km.

Ciò che influenza maggiormente la possibile estensione della rete sono invece tutti gli oggetti inseriti lungo la fibra ovvero i ripartitori ottici. Uno splitter a due uscite introduce circa 4 dB di perdita, che diventano 8 dB se lo splitter ha quattro uscite. I connettori, se pre-intestati, possono offrire circa 0,5 dB di perdita cadauno, i derivatori introducono perdite da 0,7 a 4 dB sul passaggio e da 5 a 15 dB sulla derivazione.

Calcolate tutte le perdite ottiche, si passa a dimensionare la potenza ottica necessaria che dovrà fornire il trasmettitore ottico per raggiungere i ricevitori ottici con un segnale di potenza superiore a quella minima indicata dal costruttore del ricevitore ottico. Una potenza tipica dei trasmettitori ottici in commercio è pari a +7 dBm mentre il segnale ottico minimo che richiede un ricevitore ottico è di circa -14 dBm. Questo significa che l’attenuazione massima di una rete ottica può essere di circa 21 dB.

Per concludere, si sceglie il grado di qualità che si vuole ottenere all’uscita del ricevitore ottico prendendo come riferimento il rapporto tra il segnale utile e il rumore (chiamato in gergo SNR “Signal to Noise Ratio”) e la banda totale di segnali da trasportare, ovvero il numero di canali da distribuire, digitali terrestri e digitali satellitari. Possiamo fare un esempio considerando che il numero di canali da distribuire sia dato dai canali SAT della banda IF (950 ÷ 2.150 MHz) che sono in tutto 32 e di quelli TV digitali terrestri (40 ÷ 790 MHz) disponibili in zona che possono essere 20, con un numero totale di canali pari a 52.

Come valori di SNR si può ricordare che le norme EN 50083 indicano valori minimi di 11 dB per i segnali SAT digitali e 27 dB per i segnali DTT digitali terrestri. È tuttavia importante che alla fine del collegamento ottico il segnale TV o SAT abbia un SNR superiore al valore minimo. A titolo di esempio riportiamo un metodo tabellare proposto dal costruttore italiano Fracarro con rapporti SNR convenzionalmente adeguati.

Dimensionamento link ottico
Tabella per il dimensionamento rapido del link ottico in funzione del numero dei canali e della qualità SNR necessaria. La tabella A serve per i canali SAT digitali quella B per i canali TV digitali terrestri. Nell'esempio si stabilisce che servono segnali TV e SAT di 98 dBµV in ingresso al trasmettitore ottico per ottenere in uscita dalla rete ottica segnali TV e SAT di 66 dBµV con, rispettivamente, una qualità SNR di 31,2 e 21,6 dB

Fibra sistema universale

Per la sua grande banda di trasmissione, la fibra ottica assume un’importanza fondamentale quando si devono distribuire più servizi oltre a quelli televisivi. Le norme tecniche hanno gettato le basi per stabilire la convivenza tra i diversi servizi fornendo un primo requisito nel predisporre la rete condominiale in modo che possa gestire quattro fibre, due per i servizi locali (impianto TV-SAT dati) e due per i servizi esterni (telefonia, internet, dati, multimedia).

Cosa dice la legge

Un importante provvedimento legislativo ha gettato le basi per permettere la diffusione della tecnologia di distribuzione a fibra ottica in ogni edificio garantendo la connettività sia con il sistema ricevente TV-SAT locale sia con le reti esterne in fibra ottica degli operatori di telefonia e dati.

La Legge n.164/2014 ha infatti introdotto l’obbligo, per tutte le nuove costruzioni (cioè quelle la cui domanda di autorizzazione edilizia è stata presentata dopo il 1° luglio 2015), di essere già dotate di un impianto che porti la fibra ottica all’interno di ciascuna unità abitativa.

La legge prescrive, in sintesi, che tutti gli edifici di nuova costruzione o in caso di opere che richiedano il permesso di costruire con richiesta di autorizzazione successiva al 1 luglio 2015, debbano essere equipaggiati di:

1 – un’infrastruttura fisica multiservizio passiva interna all’edificio, costituita da adeguati spazi installativi e da impianti di comunicazione ad alta velocità in fibra ottica fino ai punti terminali di rete;

2 – un punto di accesso inteso come il punto fisico, situato all’interno o all’esterno dell’edificio e accessibile alle imprese autorizzate a fornire reti pubbliche di comunicazione, che consenta la connessione con l’infrastruttura interna all’edificio predisposta per i servizi di accesso in fibra ottica a banda ultra larga.

etichetta edificio predisosto alla banda largaLo stesso articolo, al comma 3, riporta che gli edifici equipaggiati in conformità alle nuove richieste legislative possono beneficiare, ai fini della cessione, dell’affitto o della vendita dell’immobile, della etichetta volontaria e non vincolante di “edificio predisposto alla banda larga” rilasciata da un responsabile tecnico di impresa abilitata ai sensi del DM 37/08 lettera B – comma 2 art.1.

 

L’obbligo di legge vale anche per gli edifici oggetto di profonde opere di ristrutturazione, cioè che ne modifichino la volumetria complessiva.

Architettura degli impianti con fibre ottiche

La rete condominiale si realizza partendo da un’infrastruttura multiservizio sistema di interconnessione condominiale che viene organizzato in tre sezioni: CSOE, ROE e STOA.

CSOE (Centro Servizi Ottici Edificio) rappresenta il centro dell’impianto, il punto da cui partono le fibre degli utenti. Viene realizzato nella parte bassa dell’edificio in un luogo accessibile. Al suo interno sono installati i moduli di giunzione tra le fibre di ogni utente con le fibre provenienti dall’esterno e dal terminale di testa dei servizi televisivi condominiali.

ROE (Ripartitore Ottico di Edificio) è il punto di accesso esterno alla rete ottica di edificio. IlPTE (Punto Terminale di Edificio) è il punto di “congiunzione” e “separazione” tra la rete esterna di distribuzione degli operatori e la rete condominiale.

STOA (Scatola di Terminazione Ottica d’Appartamento) è il punto di interfaccia tra la rete ottica condominiale e l’impianto di distribuzione di utente. Rappresenta il punto di interconnessione tra la rete cablata dell’edificio e l’appartamento stesso. Viene installata all’interno di ogni unità abitativa e crea, di fatto, il punto di arrivo dei segnali in fibra ottica, provenienti dal CSOE e il punto di partenza della rete in fibra ottica interna all’abitazione.

Infine, la STOA viene collegata al QDSA (Quadro di distribuzione dei Segnali di Appartamento), dal quale partono i cavi coassiali diretti alle prese dell’appartamento. QDSA e STOA, nel caso non ci siano particolari esigenze, possono essere un unico contenitore.

Inrterconnessione rete interna ed esterna
Interconnessione tra rete ottica esterna e rete ottica interna attraverso l’infrastruttura multiservizio secondo la legge 164/14. I segnali da distribuire entrano dal “punto di accesso”, superiore (le antenne) e inferiore (le predisposizioni per due “operatori di rete” ROE1 e ROE2). Il “centro stella di edificio” CSOE collega ogni appartamento attraverso il “quadro di distribuzione di appartamento” QDSA e il “centro stella ottico di appartamento” CSOA. In questa infrastruttura si integrano gli impianti di distribuzione dei segnali SAT sia nella modalità coassiale, sia nella modalità ottica

Se l’impianto ottico non c’è

In assenza di un impianto centralizzato realizzato secondo quanto sopra, ovvero se non c’è la ROE, l’operatore con cui si sottoscrive un contratto di servizi su fibra ottica interviene per realizzare il collegamento tra la sua rete e l’appartamento del cliente. Su questo tema va precisato che il condominio non può impedire al condomino l’accesso alle nuove tecnologie di rete. Il condomino quindi non è tenuto ad avere il consenso dell’assemblea condominiale per avere la fibra ottica a casa.

Lo ha ribadito il Decreto Legislativo, n.33/2016, secondo cui “in assenza di un’infrastruttura interna all’edificio predisposta per l’alta velocità, gli operatori di rete hanno il diritto di far terminare la propria rete nella sede dell’abbonato, a condizione di aver ottenuto l’accordo dell’abbonato stesso e purché provvedano a ridurre al minimo l’impatto sulla proprietà privata di terzi”.

Il collegamento della singola unità abitativa alla rete esterna di un operatore può dunque essere realizzato anche su parti comuni condominiali, a patto di non modificarne le condizioni d’uso da parte degli altri condomini, come prescrive l’Articolo 1102 Codice Civile. Il consenso dell’assemblea condominiale è invece indispensabile nel caso in cui si voglia far installare un ROE in edifici dove questa tecnologia non è ancora presente.

Impianti con fibre ottiche, una guida per l’installatore

Per agevolare gli installatori e le assemblee condominiali negli adeguamenti necessari al sistema a fibre ottiche FTTH “Fiber To The Home”, il Comitato Elettrotecnico Italiano ha messo a disposizione la guida CEI 306-22 (Disposizioni per l’infrastrutturazione degli edifici con impianti di comunicazione elettronica – Linee guida per l’applicazione della Legge 11 novembre 2014, n. 164).

Il Ministero per lo Sviluppo Economico rilascia un’etichetta volontaria per distinguere le abitazioni dotate di un impianto in fibra ottica centralizzato. Si tratta di una certificazione rilasciata dopo un sopralluogo di un tecnico incaricato di verificarne la coerenza con le specifiche indicate dalla “Guida – CEI 306/22“. Questo si traduce nell’attribuzione di un maggior valore dell’immobile e in una maggior appetibilità sul mercato. Un’abitazione dotata di tecnologia FTTH vale di più e si vende con più facilità, come dimostrano recenti ricerche nel mercato immobiliare. I servizi di rete in banda larga sono ormai di uso comune e sono destinati a esserlo sempre di più nei prossimi anni.

Quali soluzioni

Per quanto riguarda la parte di impianto dedicata ai segnali TV e SAT, la tecnologia ottica permette di realizzare molteplici soluzioni sia monoutente sia multiutente, di tipo monodirezionale (sola distribuzione di segnali) o bidirezionale (interazione con l’impianto tramite segnali SCR, dCSS).

Le soluzioni monodirezionali permettono di distribuire tutti i segnali ricevibili da un satellite e tutti i segnali terrestri ricevibili nella zona. Le soluzioni bidirezionali permettono anche la distribuzione di segnali ricevibili da più satelliti e la distribuzione monocavo di utente. Per farsi un’idea, l’impianto ottico monodirezionale su singola fibra è l’equivalente ottico di un impianto coassiale con segnali TV e IF-SAT (32 transponder selezionati), oppure di un impianto coassiale a multiswitch per ricevere un intero singolo satellite (tutti i transponder verticali e orizzontali in banda bassa e alta).

Gli impianti con fibre ottiche bidirezionali permettono di realizzare sistemi monocavo dCSS (16 decoder sullo stesso cavo di utente) o multisatellite (fino a 4 satelliti).

 

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