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Laboratorio progettazione fotonicaL'evoluzione delle tecniche di trasmissione ottica hanno consentito di passare dalla prima generazione di applicazioni commerciali caratterizzate da sistemi monocanale a 2,5 Gbit/s, ai 10 Gbit/s attorno agli anni ’90, per arrivare all’integrazione della tecnologia multicanale WDM / DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing, la multiplazione di canale a divisione di lunghezzad’onda).

In altre parole: sfruttando i diversi “colori” della rifrazione della luce sulla fibra ottica è possibile modulare diverse lunghezze d’onda nello stesso supporto fisico. Tipicamente, nelle reti terrestri sono oggi realizzati fino a 80 canali su una singola fibra, e anche più di cento nelle reti sottomarine.

La tipica velocità di ogni singolo canale è di 10 Gbit/s, mentre le più recenti installazioni prevedono l’uso di canali da 40 Gbit/s e tendenzialmente di 100 Gbit/s.

Quest’evoluzione indica tra l’altro l’interruzione del tradizionale modulo moltiplicatore con fattore 4 delle precedenti reti ottiche SDH (Synchronous Digital Hierarchy) che ha negli anni visto il passaggio dalle reti 155 Mbit/s a quelle 622 Mbit/s, 2,5 Gbit/s, 10 Gbit/s, 40 Gbit/s, per introdurre ora una modularità 10x, con i 100 Mbit/s.

Un incremento non casuale, poiché corrisponde all’affermazione come riferimento degli standard Ethernet, con i 100 Mbit/s, il Gigabit/s, il 10 Gigabit/s, ecc. e quindi la necessità di aggregare flussi moltiplicatori per esigenze come le reti SAN (Storage Area Netwkorg) e le esigenze di disaster recovery.

Oggi, per fare un esempio, gran parte della rete di trasmissione del maggior operatore nazionale in Italia si basa su connessioni DWDM con canali da 10 Gbit/s.

Contemportaneamente, come sopra accennato, stanno mutando anche le caratteristiche del traffico, con l’esigenza di trattare sulle reti di trasmissione in modo unificato il traffico di tipo sincrono SDH e, in misura crescente, il traffico Ethernet, quindi flussi TDM e IP.

A Vimercate, i ricercatori italiani, in collaborazione con quelli di altri centri di ricerca del gruppo Alcatel-Lucent, da quelli di Murray Hill nel New Jersey a quelli di Villarceaux, presso Parigi, hanno sviluppato una generazione di processori fotonici, attualmente con 10 canali da 10 Gbit/s ciascuno, che integrano una serie di funzionalità, dal trasmettitore al ricevitore, ai filtri, in grado di ridurre la complessità dei sistemi, le operazioni di conversione elettro-ottica e, in prospettiva il costo dei sistemi e il loro consumo.

Gli innovativi circuiti fotonici progettati a Vimercate nell'ambito della realizzazione del sistema di ricetrasmissione a 100 Gbit/s in ottica coerente integrano su uno stesso chip diversi elementi ottici (laser, modulatori, fotorivelatori, multiplatori e demodulatori, attenuatori e altri componenti) permettendo di raggiungere anche in questo ambito gli importanti risultati di riduzione dei consumi energetici e dimensioni di integrazione già ottenuti con la microelettronica.

La progettazione dei componenti per applicazioni ad elevata cadenza di cifra (10, 40, 100 Gbit/s), oltre a competenze specifiche sui dispositivi fotonici, richiede anche conoscenze approfondite nel campo dei circuiti a radiofrequenza e nei relativi accorgimenti tipici della progettazione a microonde, per poter gestire correttamente i segnali elettrici che si propagano nei componenti stessi.

Applicazioni di questo genere sono destinate a svolgere un ruolo sempre maggiore nei prossimi anni, con capacità trasmissive ancora superiori, e con livelli di industralizzazione tali da abbattere significativamente costi e complessità dei sistemi di trasmissione delle reti ai vari livelli (lunga distanza, metro, locale).

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