Sistemi ottici per le telecomunicazioni: un futuro di onde luminose

Una fibra sottilissima realizzata in vetro, quarzo o plastica – materiali trasparenti alle onde luminose – composta da due strati concentrici ed un rivestimento esterno: la fibra ottica moderna rappresenta una svolta tecnologica nel campo delle telecomunicazioni. Tant’è vero che con i sistemi ottici di trasmissione ad elevate capacità sono realizzati collegamenti intercontinentali e transoceanici. Dorsali sottomarine come il Fiber-Optic Link Around the Globe (FLAG), un cavo che si estende dalla Gran Bretagna al Giappone per collegare dodici Paesi alla velocità di 10 Gbit al secondo. Si tratta di una mastodontica opera dell’ingegno umano, ben 28mila chilometri di cavo con l’aggiunta di amplificatori ottici. Un sistema ad elevata affidabilità e gestione della rete, la quale è praticamente sempre disponibile. Basti pensare che, dal 1997 ad oggi, sono state necessarie meno di due riparazioni sottomarine e si calcolano, in media, solo cinque minuti di indisponibilità annuali. Altra importante dorsale in fibra è il sistema TAT 12/13, una sorta di anello composto da quattro segmenti di cavi sottomarini che attraversa l’Atlantico, collegando gli USA all’Europa. Il progetto non ha mai avuto bisogno di riparazioni in oltre venticinque anni.

Il rilancio economico del Paese passa attraverso le infrastrutture di telecomunicazioni ottiche

Audio digitalizzati e video, tutto ciò che è composto di bit viene trasportato da impulsi luminosi generati dal laser. Un cavo fibra ottica può trasportare cento ore di video al secondo attraverso l’oceano oppure trenta milioni di segnali vocali. Dalla metà degli anni Novanta, la maggior parte delle comunicazioni telefoniche tra Europa e USA, Australia e Giappone avviene tramite i sistemi ottici che collegano oltre 80 nazioni, surclassando la trasmissione attraverso i sistemi satellitari e gli smartphone. Nonostante ciò, le reti wireless sono tuttora indispensabili per superare il divario digitale che interessa vaste aree del globo, in particolar modo nelle regioni africane e sudamericane. Gli investimenti nel settore delle telecomunicazioni sono una fondamentale spinta economica per ciascun Paese, come dimostra il caso della Corea del Sud – ove, dagli anni Novanta in poi, il reddito medio pro-capite ha segnato un’impennata notevole grazie alla realizzazione di una moderna infrastruttura di rete.

In Italia è attualmente presente una situazione ibrida tra reti in rame ed ottiche. Lo sviluppo della rete in banda ultralarga sul territorio nazionale rappresenta l’obiettivo della Strategia BUL, le cui misure vengono attuate dal Ministero dello Sviluppo economico attraverso la società in house Infratel Italia Spa. Una delle principali sfide riguarda il gap infrastrutturale e di mercato presente in alcune aree della penisola. Disuguaglianze che saranno colmate grazie all’indispensabile intervento pubblico nelle zone a bassa densità abitativa ed a fallimento di mercato – denominate “aree bianche”. Una rete a banda ultralarga di proprietà pubblica che sarà a disposizione degli operatori per offrire servizi a cittadini ed imprese, laddove la media italiana degli abbonamenti ad almeno 100 Megabit si attesta intorno al 14%, rispetto al 26% degli altri Paesi europei. La tecnologia scelta per l’ammodernamento delle infrastrutture sul territorio nazionale è il collegamento in fibra ottica che raggiunge le singole unità abitative, in gergo Fiber to the home (FTTH). Nonostante i costi più elevati rispetto ad altre configurazioni, tale soluzione rappresenta un investimento più a lungo termine per garantire la massima velocità di trasmissione, anche in prospettiva di nuovi servizi di rete ulteriormente evoluti.

Una tecnologia in costante sviluppo

La larghezza di banda raggiungibile con l’attuale fibra ottica è superiore a 50 Tbps, ma la ricerca si sta orientando verso la sperimentazione di materiali con prestazioni sempre più elevate. Sistemi completamente ottici, inclusi l’ingresso e l’uscita dal computer, sono ad un passo dall’essere realizzati. Dagli amplificatori ottici di quarta generazione, come quelli utilizzati nelle dorsali transoceaniche, si è giunti alla quinta generazione rappresentata dai sistemi a solitoni, onde solitarie che si possono formare nella propagazione degli impulsi luminosi. Pioniere dell’utilizzo dei solitoni nelle fibre ottiche fu il fisico statunitense Linn F. Mollenauer (n. 1937). Nel 1988, egli riuscì a dimostrare come gli amplificatori a fibra potessero compensare le perdite e permettere ai solitoni di propagarsi a grandi distanze. Proprio tale caratteristica rappresenta la peculiarità della trasmissione per solitone: un tipo di propagazione in cui la forma degli impulsi ottici si mantiene inalterata. Ai solitoni si aggiunge la moderna tecnica del dispersion management, ossia la compensazione periodica della dispersione cromatica che permette di raggiungere velocità di terabit al secondo, su distanze intercontinentali. Una successiva implementazione sarà introdotta con l’utilizzo dei rigeneratori tutto ottici. Per migliorare le prestazioni dei sistemi in fibra ottica, difatti, occorre una ottimizzazione di ciascun componente, oltre all’inserimento di nuovi dispositivi che possono elevare la complessiva efficienza infrastrutturale. La ricerca di sorgenti ottiche migliori, ricevitori più sensibili, nonché di fibre che possano garantire minori dispersioni e perdite, è costantemente attiva.