Fibre ottiche: le attività del CT86

Il Comitato Tecnico (CT) 86 “Fibre Ottiche” del CEI è il Comitato “mirror” (cioè “di riferimento” a livello nazionale) dell’analogo Technical Committee (TC) 86 “Fibre Optics” internazionale dell’IEC (oltre che dei corrispondenti Comitati Tecnici CENELEC TC 86A e TC 86BXA a livello Europeo) e ne ricalca la struttura: la missione del CT è infatti quella di contribuire, partecipare alla predisposizione ed infine recepire gli Standard Internazionali (IS) nel settore delle Fibre Ottiche. Si tratta pertanto di un Comitato di prodotto, che si rivolge sia agli Stakeholders (industrie, enti e gestori che sono membri del CT, che contribuiscono alla redazione delle norme e le attuano nei loro prodotti/servizi) sia ad altri utilizzatori finali (i Comitati di sistema e di impianto, che rappresentano i clienti per il CT 86) che applicano le Norme del CT 86 per la messa in opera dei propri prodotti. Poiché una delle caratteristiche fondamentali degli IS IEC è la globalità, l’attività di produzione di norme a carattere nazionale è molto limitata.

La struttura del TC 86 IEC è mostrata in Figura 1.

In analogia con il corrispondente Comitato Internazionale, anche al CT 86 CEI fanno capo i seguenti 3 SottoComitati:

• SC 86A “Fibre e cavi”, che contribuisce e recepisce gli IS su fibre ottiche monomodali e multimodali, sui cavi a fibra ottica da interno e da esterno e sui relativi metodi di misura, per tutti i tipi di applicazioni
• SC 86B “Dispositivi di connessione e componenti passivi per fibre ottiche”, che contribuisce e recepisce gli IS su connettori, componenti ottici passivi e sui relativi metodi di misura per tutti i tipi di applicazioni
• SC 86C “Sistemi ottici e dispositivi attivi”, che contribuisce e recepisce gli IS sui sistemi ottici, i sensori a fibra ottica, i componenti ottici attivi e sui relativi metodi di misura per tutti i tipi di applicazioni.

Vengono riportate nella Tabella 1 alcune statistiche significative relative al TC 86 IEC ed ai suoi SC, che danno una chiara idea del volume dell’attività internazionale che si svolge nel TC e dell’impegno dei suoi Membri Nazionali.

La maggior parte del lavoro tecnico (fino all’emissione degli IS) è svolta a livello internazionale all’interno dei SottoComitati, mentre il Comitato “padre” (il TC 86) si occupa essenzialmente di attività di coordinamento, di armonizzazione, e anche di alcune attività trasversali (p.es., la terminologia, la calibrazione degli strumenti di misura, le schede con circuiti ottici e la sicurezza) all’interno di Gruppi di Lavoro dedicati.

È importante rilevare che al CT 86 ed ai suoi SC partecipano le maggiori aziende che operano in Italia nel settore delle fibre ottiche: esse possono essere catalogate nelle seguenti tipologie principali:

• gli operatori di telecomunicazioni (quali TIM, Fastweb, Open Fiber), che sono gli attori che predispongono, gestiscono e fanno evolvere le reti offrendo i servizi ai clienti finali
• i produttori (di cavi/componenti/apparati ottici (quali Prysmian, Tratos, il gruppo Sterlite, Optotec, Newfont, FAIT, o anche rappresentanti nazionali di importanti gruppi multinazionali, quali Huawei, Commscope, Reichle & De Massari, Nexans, Leviton, ecc.)
• gli installatori di reti di telecomunicazioni (quali Sirti fra le aziende di grandi dimensioni e Confartigianato, che riunisce e rappresenta le innumerevoli piccole e piccolissime aziende che operano nel settore della posa dei cavi, specie in ambito residenziale o privato).

Sono inoltre presenti come Membri del CT 86 gestori di reti non di telecomunicazioni (quali ENEL, TERNA, RFI), rappresentanti governativi quali il Ministero delle Imprese e del Made in Italy (responsabile del settore delle Telecomunicazioni) e il Ministero della Difesa, Associazioni di categoria, nonché rappresentanti del mondo accademico e della ricerca (CNR, ENEA, ecc.) la cui attività pionieristica continua a fornire soluzioni per tutti gli impieghi.

Il settore delle fibre ottiche è certamente fra i settori chiave della moderna tecnologia. Da quando si è avviata l’introduzione delle fibre ottiche nelle diverse strutture di comunicazione, il lavoro del CT 86 e dei suoi SC ha avuto un impatto profondo sullo sviluppo della rete, permettendo la realizzazione e l’espansione della rete a banda Ultra Larga (UBB) che oggi si avvia a pervadere così capillarmente le nostre attività, grazie anche ad ingenti investimenti sia pubblici che privati che sono stati effettuati negli anni più recenti.

Il mercato mondiale delle fibre ottiche ha evidenziato uno sviluppo costante nei decenni trascorsi, grazie al continuo progresso delle applicazioni, come è mostrato nel diagramma Figura 2.

Le comunicazioni rappresentano il settore primario di impiego per le fibre ottiche. Esso spazia dalle telecomunicazioni a lunga distanza, alle reti “backbone”, di trasporto e di accesso, alle reti locali, alle reti di controllo a bordo di veicoli, fino al cablaggio degli edifici industriali e residenziali. La ricerca tecnologica in questo campo ha fatto passi da gigante rendendo disponibile ad un elevatissimo numero di utenti servizi telematici a larga e larghissima banda. Il ruolo della normativa in un simile contesto evolutivo è vitale: essa permette di concordare soluzioni tecniche di definite prestazioni e con interfacce compatibili, permettendo preziose economie di scala, la larga disponibilità dei prodotti a prezzi di mercato e uno sviluppo armonico delle diverse tecnologie coinvolte.

Inoltre, è importante menzionare che la tecnologia delle fibre ottiche, oltre che per il settore delle comunicazioni, si sta rivelando cruciale in diversi altri settori, fra i quali è importante citare:

• la sensoristica, per lo sviluppo di sensori di misura puntuali e distribuiti a fibra ottica, di estrema precisione e ridottissimo ingombro, che stanno trovando applicazione nei settori più svariati, quali l’industria petrolifera e del gas, la generazione e distribuzione di energia, l’ingegneria civile, la medicina, ecc.;
• la comunicazione ad elevata capacità all’interno di veicoli (autoveicoli, aerei, navi, ecc.), per i quali la tecnologia ottica permette di ridurre moltissimo ingombri e pesi, rendendo possibile la realizzazione di reti intelligenti ad alte prestazioni che permettano il controllo automatizzato delle diverse funzioni di bordo, fino a pervenire, in un futuro ormai prossimo, alla guida autonoma dei veicoli.

Per lo sviluppo di tali applicazioni, sono fondamentali le caratteristiche di integrazione, miniaturizzazione ed insensibilità ai disturbi elettromagnetici, caratteristiche intrinseche delle fibre e dei componenti ottici. Fra le altre, lo sviluppo di componenti ottici attivi ed elettro-ottici integrati (PICs, Photonic Integrated Circuits), l’applicazione di tecnologie ottiche alle schede elettroniche degli apparati (OCB, Optical Circuit Boards) e lo sviluppo di nuove classi di componenti dinamici adattativi (ROADM, Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexers) sembrano garantire che l’innovazione legata alle tecnologie ottiche sarà ancora un fattore chiave di sviluppo negli anni a venire.

Nei settori menzionati operano anche altri comitati di normativa internazionali più focalizzati sugli aspetti di rete. I più rilevanti sono: il Gruppo di Studio 15 dell’ITU-T, che lavora maggiormente sulle reti di trasporto e di accesso, e l’ISO/IEC JTC 1/SC 25, che si occupa principalmente di sistemi di cablaggio e di reti d’edificio. Il TC 86 e i suoi SC hanno uno stretto coordinamento con ciascuno di questi due gruppi con l’obiettivo di raccordare i diversi standard, minimizzando le sovrapposizioni di attività ed evitando l’emissione di documenti discordanti. In quest’ottica l’IEC TC 86C ed i suoi SC curano anche, a seconda dei casi in via esclusiva o garantendone comunque l’armonizzazione, lo sviluppo degli standard sui metodi di prova e misura.

Nelle sezioni seguenti dell’articolo, si troveranno ulteriori dettagli relativi alle attività dei singoli SottoComitati che fanno parte del CT 86.

Il SottoComitato CEI SC 86A “Fibre e cavi”

Francesco Montalti (Presidente CEI SC 86A)
Mirko Gori (Segretario CEI SC 86A)

Lo scopo dello SC86A è quello di predisporre norme riguardanti le fibre ottiche e i cavi a fibra ottica, per tutti i tipi di applicazione di comunicazione. Il SottoComitato definisce la terminologia, le caratteristiche, i metodi di misura e di prova e le specifiche sia per le fibre ottiche singolo-modo e multimodo, sia per tutti i tipi di cavi in fibra ottica da interno e da esterno.

L’attività a livello internazionale è svolta da due Working Group (WG):

• WG1 “Fibres and associated measuring methods” che definisce le caratteristiche trasmissive, meccaniche e ambientali delle fibre ottiche e i relativi metodi di misura
• WG3 “Cables” che tratta le caratteristiche costruttive e i requisiti meccanici e ambientali dei cavi ottici, i metodi di misura e le tecniche di installazione.

Inoltre il Joint Working Group JWG8 “Terminated Cable Assemblies”, in collaborazione con il SC 86B, tratta le problematiche dei cavi con le estremità connettorizzate in fabbrica.

Le attività del SC 86A sono armonizzate con quelle dello Study Group SG 15 dell’ITU-T che nella Questione 5 sviluppa le Raccomandazioni relative alle fibre ottiche, ai cavi ottici e alle metodologie di installazione. L’interfaccia fra i due Enti normativi è garantita da relazioni di Liaison, che permettono di evitare duplicazioni di attività e incongruenze tecniche. La normativa sui metodi di misura è lasciata alla responsabilità dell’IEC.

La tecnologia costruttiva della fibra singolo-modo ha raggiunto ormai i limiti fisici per quello che riguarda le caratteristiche trasmissive e non si prevedono grandi sviluppi, se non affinamenti soprattutto nel settore dell’affidabilità in particolare per le fibre con diametro esterno da 200 micron e minori (anziché 250), che sono alla base della costruzione di cavi ad elevatissima potenzialità pur conservando un diametro esterno di dimensioni ridotte. Queste tipologie di cavo ad alta potenzialità si sposano con l’impiego ormai consolidato da parte degli operatori delle microtecnologie di installazione (minitrincee con tubi e minicavi).

Negli ultimi anni la tecnologia delle fibre singolo-modo ha in particolare affrontato le problematiche di installazione nella rete di accesso e in quella di edificio, sviluppando prodotti “ad hoc”, che sono ben presto divenuti degli standard, mentre nel settore delle fibre multimodali il grande sviluppo della interconnettività nei data center ha portato allo sviluppo di categorie di fibre a più elevate prestazioni in termini di larghezza di banda.

Un tema di grandissima rilevanza, che per il momento è stato esaminato solo in ITU-T con la pubblicazione a fine 2022 di un Rapporto Tecnico, è quello delle tecnologie SDM (“Space Division Multiplexing”) per sistemi ad altissima capacità con fibre MCF (“Multi Core Fibre”, che racchiudono diversi nuclei, ciascuno impiegato come singolo canale trasmissivo, all’interno di un mantello comune) o fibre FMF (“Few Mode Fibre” a singolo nucleo che supportano un numero ridotto di modi di propagazione, ciascuno impiegato come singolo canale trasmissivo). Questi tipi di fibre sono ancora nella fase di sperimentazione, e, per poter divenire un prodotto industriale, devono essere sviluppate e standardizzate anche le tecniche di giunzione e connettorizzazione, attività queste che rientrano nel mandato del SC 86B. Nella recente plenaria del SC 86A di San Francisco è stato deciso di monitorare la situazione prima di avviare la standardizzazione per questi nuovi tipi di fibre.

Con l’impiego dei sistemi di monitoraggio per la rete di accesso sta divenendo sempre più importante per gli operatori disporre della caratterizzazione delle fibre alla lunghezza d’onda di monitoraggio (1650 nm), stabilire i limiti di compatibilità di fibre diverse impiegate nello stesso impianto e definire una guida per l’esecuzione di misure di OTDR unidirezionali in campo.

L’Italia si è sempre distinta per un’attiva partecipazione ai gruppi di lavoro internazionali, anche se recentemente la partecipazione attiva si è diradata a causa sia della difficile situazione economica, ed anche della concentrazione delle attività di produzione di fibra e cavi, che hanno visto una riduzione delle manifatturiere nel nostro Paese. L’obiettivo è comunque quello di mantenere una presenza nei WG in modo da poter quanto meno monitorare le attività in corso e possibilmente orientarle secondo le esigenze dei clienti finali. In questo senso risulta importante la presenza nel SottoComitato degli operatori di telecomunicazioni

Il SottoComitato CEI SC 86B “Dispositivi di connessione e componenti passivi per fibre ottiche”

Maurizio Pasi (Presidente CEI SC 86B – FASTWEB S.p.A.)
Paola Luisa Motta (Segretario CEI SC 86B – TIM)

La funzione del SottoComitato CEI SC 86B, così come quella dei corrispondenti organi internazionali IEC SC 86B e CENELEC TC 86BXA, è quella di contribuire alla redazione di standard e altri documenti normativi, per promuovere lo sviluppo e l’utilizzo di dispositivi di connessione in fibra ottica e di componenti passivi, assicurandone l’interoperabilità e l’affidabilità delle prestazioni per le applicazioni indicate.

L’attività del SottoComitato prevede la definizione delle corrette terminologie, delle differenti caratteristiche ottiche, ambientali, meccaniche, elettriche, delle interfacce funzionali nonché le descrizioni dei relativi metodi di prova e misura e delle loro severità.

I principali contesti normativi in cui opera il SC 86B riguardano pertanto due settori strategici, in cui la tecnologia delle fibre ottiche è entrata in modo sempre più diffuso: le reti di comunicazione in fibra ottica e i componenti passivi in esse presenti. Lo sviluppo delle reti, spinte ormai sempre più sino agli edifici e alle unità immobiliari, ha richiesto un rapido adattamento al contesto installativo dei dispositivi ottici passivi, quali giunti, box di terminazione, connettori e diramatori. Data la varietà di dispositivi ottici passivi, è indispensabile finalizzare l’attività di standardizzazione ad una razionale categorizzazione dei diversi componenti.

Per meglio caratterizzare l’attività tecnica svolta, è opportuno precisare che il SottoComitato IEC SC 86B internazionale si articola in 3 Gruppi di lavoro:

• WG4 “Standard tests and measurement methods for fibre optic interconnecting devices and passive components” che si occupa di preparare e mantenere standard di base, contenenti i test e metodi di misura dei dispositivi di interconnessione ottica e dei componenti passivi. Grande attività in questo periodo è svolta per i connettori con fibra multicore, per la definizione dell’interfacciamento meccanico tra le superfici di contatto delle ferule, per le prestazioni ottiche
• WG6 “Standards and specifications for fibre optic interconnecting devices and related components” che si occupa di preparare e mantenere standard e specifiche per dispositivi di interconnessione in fibra ottica e dei relativi componenti, quali connettori, muffole, connettori ibridi ottico/elettrici
• WG7 “Standards and specifications for fibre optic passive components” che si occupa di preparare e mantenere standard e specifiche relativi ai dispositivi ottici passivi in fibra come elementi ottici, gruppi ottici, sottogruppi o moduli ottici, non dinamici o attivi e che non richiedono alimentazione esterna per il loro funzionamento, a meno che non sia funzionale al controllo della stabilità delle proprie caratteristiche.

Il SottoComitato CEI SC 86B, opera in particolare come Comitato Nazionale dell’IEC SC 86B, contribuendo attivamente ai relativi documenti, con proposte, commenti e votazioni, per poi recepirne la pubblicazione.

A livello europeo CEI SC 86B collabora invece con CENELEC, che cura formalmente la conversione in norme europee (EN) degli standard IEC di competenza, dopo essere stati approvati con voto parallelo IEC-CENELEC, ed emette ove necessario specifiche di prodotto, che non vengono emesse per scelta dall’IEC SC 86B, rivolgendosi ad un mercato più strettamente europeo che mondiale.

La delegazione italiana (che partecipa ai lavori internazionali in rappresentanza del SC 86B del CEI) continua ad avere un importante ruolo nel IEC SC 86B collaborando fattivamente alla redazione dei nuovi documenti in stesura, definendo nuovi percorsi strategici e contribuendo ad indicare sviluppi innovativi ai gruppi di lavoro internazionali cui partecipa. L’eccellenza dell’apporto dei nostri esperti è confermata dal costante contributo e dagli incessanti apporti tecnico/scientifici ai lavori del SottoComitato.

Il SottoComitato CEI SC 86C “Sistemi ottici e dispositivi attivi”

Gabriele Bolognini (Presidente CEI SC 86C – Consiglio Nazionale delle Ricerche)
Pietro M. Di Vita (Vice Presidente CEI SC 86C)
Angelo Maria Castellano (Segretario CEI SC 86C  – Telecom Italia)

La missione del SottoComitato CEI SC 86C, così come quella del corrispondente Subcommittee IEC SC86C, è di preparare standard e altri documenti per promuovere lo sviluppo e l’utilizzo dei sistemi a fibra ottica e dei relativi dispositivi attivi, con l’obiettivo di assicurarne l’interoperabilità e definirne prestazioni affidabili, in ogni genere di applicazioni, ma con particolare riferimento alle comunicazioni e alla sensoristica.

L’attività del SottoComitato include quindi la definizione delle opportune terminologie, l’enunciazione delle caratteristiche ottiche, ambientali, meccaniche, elettriche, delle interfacce funzionali e la descrizione dei relativi metodi di prova e misura.

I principali contesti normativi in cui opera l‘SC 86C riguardano pertanto due settori strategici, in cui la tecnologia delle fibre ottiche è entrata prepotentemente: le reti di comunicazione e la sensoristica.

Il primo settore, comune ai tre SottoComitati del CT86, è ben noto ed è appropriatamente descritto nella parte del CT86 di questo articolo. Il secondo settore, benché ancora minoritario, è in rapido sviluppo e riguarda i sensori e le reti di sensori per la rilevazione dei parametri più disparati (come, ad esempio, parametri meccanici, elettrici, termici, acustici). Le applicazioni sono del pari molteplici: controllo della stabilità di grandi infrastrutture civili, prevenzione di catastrofi ambientali (per esempio, monitorando tempestivamente possibili frane e smottamenti), misurazioni in ambienti estremi (come nel caso di forti campi elettrici o di radiazioni nucleari), dispositivi medici poco invasivi, e così via. Data l’ampia varietà di sensori a fibra ottica, è indispensabile un’intensa attività di standardizzazione nel contesto di una razionale categorizzazione dei diversi sistemi e dispositivi.

In considerazione di ciò l’IEC SC 86C si articola in quattro WG (Gruppi di lavoro):

• WG1 sui sistemi e sottosistemi di comunicazione ottica che individua i parametri caratteristici di sistema (quali l’attenuazione ottica, il rapporto segnale/rumore ottico, la dispersione di polarizzazione, ecc.) e ne fornisce procedure standardizzate di prova e misura. I sistemi considerati includono sia quelli in linea, tipici dei collegamenti punto-a-punto delle reti di trasporto e a lunga distanza, sia quelli dalla tipologia più complessa, tipica delle reti di distribuzione e di utente
• WG2 sui sistemi e dispositivi per sensori a fibra ottica che opera nel campo dei sensori fibre ottiche e delle reti relative, studiandone caratteristiche e architetture standard. I diversi sensori vengono suddivisi a seconda del parametro da rilevare (quali deformazioni e tensioni meccaniche, temperatura, pressione, corrente e tensione elettriche, parametri acustici, ecc.), dell’architettura (per esempio, se puntuale o distribuita) e del metodo di misura adottato (come, la diffrazione in reticoli di Bragg su fibra, o l’effetto Faraday, o l’effetto Pockels, ecc.)
• WG3 sugli amplificatori ottici e i moduli dinamici che standardizza sia amplificatori ottici di diverse tecnologie (quali quelli basati su fibre attive drogate con terre rare, oppure sull’effetto Raman, o su giunzioni a semiconduttore), sia moduli ottici dinamici con funzioni complesse ma indispensabili nelle moderne reti ottiche (quali i compensatori di dispersione, i dispositivi di inserimento/estrazione locale di segnali ottici – OADM -, i commutatori selettivi in lunghezza d’onda riconfigurabili, ecc.). Vengono identificati le strutture e i parametri salienti e fornite le procedure normalizzate di prova e misura
• WG4 sui componenti e dispositivi ottici attivi che si occupa infine dei trasmettitori e ricevitori ottici nonché dei recenti circuiti integrati fotonici, di diverse tipologie e applicazioni. Di questi dispositivi vengono standardizzate le interfacce, sia ottiche che elettriche che meccaniche, e le prestazioni secondo le loro particolari funzionalità.

Il SottoComitato CEI SC 86C agisce in stretta relazione con i corrispondenti comitati internazionali. In particolare opera come Comitato Nazionale italiano dell’IEC SC 86C, contribuendo ai relativi documenti non solo con proposte e commenti ma anche partecipando al processo di approvazione e recependoli nella normativa nazionale. A livello europeo CEI SC 86C collabora con CENELEC (che non ha un comitato omologo a CEI SC 86C e IEC SC 86C) curando formalmente la conversione in norme europee (EN) degli standard IEC di competenza approvati con voto parallelo IEC-CENELEC.

Il ruolo del CEI SC 86C in IEC SC 86C è stato e continua ad essere di primo piano, sia proponendo nuovi indirizzi strategici del SC e indicando efficaci linee evolutive dei suoi gruppi di lavoro, sia contribuendo sostanzialmente all’elevatissima qualità dei documenti prodotti con molteplici proposte e commenti, a conferma dell’eccellenza scientifica e tecnica che ha costantemente caratterizzato i nostri esperti.