Perché utilizzare cavi in fibra ottica nei sistemi AV?
La combinazione di luce e vetro possiede proprietà uniche che mettono a disposizione dei professionisti AV strumenti avanzati da utilizzare in comuni applicazioni AV. Un cavo in fibra ottica può essere utilizzato per inviare segnali video ad alta risoluzione, audio e di controllo su una singola fibra a distanze di 30 km evitando il rischio di perdita o deterioramento del segnale, ronzii provocati da ritorni di massa e interferenze elettriche. Poiché la trasmissione del contenuto è di per sé sicura e immune alle interferenze esterne, le applicazioni in fibra sono preferite negli ambienti militari, governativi e medicali.
Infrastruttura di cablaggio in fibra ottica
Tipologia fisica
In un sistema AV in fibra ottica, la tipologia fisica descrive la disposizione di sorgenti e display e la modalità di collegamento fra questi dispositivi. Le tipologie più diffuse sono le configurazioni punto‑punto, a cascata e a stella, come mostrato nella Figura 1. La configurazione punto‑punto è usata per un'estensione semplice dei segnali su cavi in fibra ottica. Le configurazioni a cascata sono utili per trasmettere una singola sorgente a destinazioni multiple, ad esempio in un'applicazione di digital signage. La configurazione a stella rappresenta la tipologia più flessibile, dato che offre un sistema centrale di commutazione e distribuzione che permette di inviare qualsiasi sorgente a qualsiasi display.
Nella pratica, un sistema AV in fibra ottica è spesso una tipologia ibrida, che riunisce numerose configurazioni in un unico sistema come riportato nella Figura 2. In questo sistema, la tipologia complessiva è a stella con quattro sottoreti. Anche tre sottoreti seguono una configurazione a stella, mentre la quarta è collegata in cascata.
Cablaggio strutturato TIA/EIA‑568
Un'infrastruttura di cablaggio in fibra ottica, installata in base alle norme dello standard americano TIA/EIA-568 sul cablaggio delle telecomunicazioni nell'edilizia commerciale, segue una tipologia gerarchica a stella come mostrato nella Figura 3. Una sala apparecchiature (ER) fornisce permutatori per la terminazione di cavi in apparecchiature di commutazione, routing e di altro tipo. La sala apparecchiature di livello più elevato nell'ambito della gerarchia contiene il permutatore generale (MC), che mette a disposizione il sistema centrale di commutazione e distribuzione per la struttura. Una sala apparecchiature di livello inferiore contiene un permutatore intermedio (IC), che offre collegamenti ad apparecchiature di commutazione e distribuzione all'interno della struttura. Un locale con armadi di piano include un permutatore di piano (HC), un pratico punto di collegamento fra il cablaggio dalla sala apparecchiature e i dispositivi degli utenti finali che si trovano nell'area di lavoro (WA). Il locale con armadi di piano può anche contenere apparecchiature di commutazione e distribuzione locali. Il cablaggio che si trova fra la sala apparecchiature e un locale con armadi di piano è definito "dorsale", mentre il cablaggio dal locale con armadi di piano all'area di lavoro è definito "cablaggio orizzontale".
Per limitare il deterioramento dei segnali è possibile che non sia previsto più di un permutatore intermedio fra un permutatore di piano e l'armadio di distribuzione principale. Perciò qualsiasi collegamento fra due permutatori di piano passa attraverso un massimo di tre strutture di cablaggio. Limitare il numero di interconnessioni è particolarmente importante in un'infrastruttura in fibra ottica al fine di evitare perdite ottiche eccessive associate a numerosi connettori per fibra ottica in una tratta di cavi.
Ad esempio, nella Figura 4 è mostrato un gruppo di edifici facenti parte di uno stesso comprensorio in cui ciascun edificio è dotato di una sala apparecchiature e di una struttura d'ingresso (EF). Una struttura di ingresso consente il passaggio da cavi per esterni a cavi da interno a fini di routing all'interno di un edificio. Una delle sale apparecchiature contiene il permutatore principale mentre le rimanenti contengono un permutatore intermedio. La dorsale comprende cablaggio da interni per le dorsali degli edifici e cablaggio da esterno per la dorsale del comprensorio fra gli edifici.
La tipologia gerarchica a stella definita nello standard TIA/EIA-568 offre flessibilità in svariate applicazioni. Ad esempio, un sistema centralizzato di commutazione e distribuzione presenta una singola sala apparecchiature con cablaggio orizzontale dall'area di lavoro direttamente al permutatore principale. In alternativa, un sistema distribuito include apparecchiature nel locale con armadi di piano per commutazione locale all'interno di un'area di lavoro. Potrebbe inoltre supportare una sala apparecchiature supplementare tramite un permutatore intermedio. Lo standard TIA/EIA-568 permette il supporto di altre tipologie diverse dalla configurazione a stella da parte del cablaggio fra locali con armadi di piano.
Requisiti di cablaggio in un sistema AV in fibra ottica
La tipologia di cablaggio da utilizzare in un sistema AV in fibra ottica dipende da diversi fattori, ad esempio il numero di fibre richieste, le opzioni di terminazione, le sedi di installazione del cavo e le modalità di utilizzo del cavo nell'ambito dell'infrastruttura. Ad esempio, il sistema AV in fibra ottica nella Figura 5 si serve di un sistema centralizzato di commutazione e distribuzione con un'unica sala apparecchiature e numerose aree di lavoro. Dato che la sala apparecchiature e le aree di lavoro si trovano sullo stesso livello, un locale con armadi di piano non è necessario. Ogni cavo in fibra si estende dalla sala apparecchiature verso un trasmettitore o ricevitore in un'area di lavoro.
Applicazioni multi‑livello
In una struttura multi-livello dove una sala apparecchiature serve aree di lavoro su più piani, come da Figura 6, ogni piano richiede un locale con armadi di piano. Un pannello di sezionamento o un contenitore portagiunti nel locale permette di riconfigurare la rete di un piano e offre un pratico punto di passaggio dal cablaggio orizzontale alla dorsale, o cablaggio verticale.
È possibile eliminare un pannello di sezionamento o un contenitore portagiunti realizzando un collegamento dedicato per ogni linea dall'area di lavoro alla sala apparecchiature. In questo modo può essere possibile ridurre i costi e le perdite ottiche. È però necessario che il cavo in fibra ottica sia conforme a tutti i codici di sicurezza e di costruzione nazionali e locali per l'utilizzo sia negli spazi di dorsale sia orizzontali.
Applicazioni fra diversi edifici
Il sistema mostrato nella Figura 7 utilizza una tipologia gerarchica a stella e include svariati componenti AV nella sala apparecchiature, nei locali con armadi di piano e nelle aree di lavoro. Le apparecchiature di commutazione e distribuzione si trovano nei locali con armadi di piano per il routing locale e nella sala apparecchiature per routing a livello di sistema. La sala apparecchiature serve anche da punto di ingresso per il collegamento ad apparecchiature che si trovano in altri edifici attraverso la dorsale di comprensorio. Questa progettazione di sistema utilizza un'ampia gamma di cavi per interni ed esterni.
Cablaggio orizzontale
Nelle aree di lavoro le apparecchiature AV sono collocate in diversi punti e comprendono sorgenti video, display, proiettori, computer, tastiere e mouse con diversi tipi di segnali elettrici, come DisplayPort, HDMI, DVI, SDI multi-rate, VGA, component HD, video a definizione standard, audio, USB, RS‑232 ed Ethernet. I trasmettitori e i ricevitori che si trovano in prossimità delle sorgenti e dei display AV forniscono collegamenti sia per i cavi ottici che per i cavi AV per la conversione fra il dominio ottico e quello elettrico.
I cavi in fibra ottica forniscono i collegamenti dei segnali dalle aree di lavoro alle sale apparecchiature o ai locali con gli armadi di piano nello spazio orizzontale. Dato che le sorgenti e i display possono trovarsi in aree di lavoro diverse, viene esteso un cavo separato da ogni punto di installazione dei trasmettitori o dei ricevitori verso queste sale. I cavi dovrebbero essere sufficientemente robusti da poter resistere a trazioni e manipolazioni e devono soddisfare tutti i codici di sicurezza e di costruzione del caso. Un pannello di sezionamento nel locale con gli armadi di piano offre un pratico punto di terminazione per il cablaggio orizzontale, permettendo così una facile riconfigurazione e ampliamenti futuri, come illustrato nella Figura 8. Il cablaggio orizzontale può essere pre‑terminato per semplificare l'installazione o terminato sul campo.
Il numero di fibre richiesto in ogni cavo dipende dal trasmettitore o dal ricevitore utilizzati. Di norma sono richieste da una a quattro fibre per ogni tratta fra un trasmettitore o ricevitore e il locale con gli armadi di piano. Ad esempio, i prodotti Extron della serie FOX utilizzano una fibra per segnali unidirezionali e due fibre per segnali bidirezionali. Si consiglia tuttavia di estendere sempre cavi duplex per accomodare sia comunicazioni unidirezionali sia bidirezionali e per upgrade futuri.
Cavi di dorsale dell'edificio
Il cablaggio che fa parte della dorsale dell'edificio collega il locale con gli armadi di piano alla sala apparecchiature. I pannelli di sezionamento nelle due sale offrono pratici punti di terminazione. Inoltre, il cablaggio multi-fibra semplifica l'installazione fra le sale, con un minor numero di cavi da instradare. Il cablaggio di dorsale dell'edificio dev'essere conforme ai codici di sicurezza e di costruzione nazionali e locali.
Cavi di dorsale del comprensorio
La dorsale di comprensorio permette di distribuire i segnali fra gli edifici di un'ampia struttura, ad esempio un polo universitario o aziendale. I cavi per utilizzo esterno devono resistere ad asperità meteorologiche, umidità, roditori e altre condizioni naturali ostili imposte dall'ambiente. Possono essere installati come cavi aerei fra pali elettrici o telefonici, interrati direttamente o instradati attraverso condotti.
I codici di costruzione consentono di estendere i cavi da esterni a distanze limitate oltre i quadri elettrici di servizio. Le singole fibre dei cavi da esterni vengono giuntate su singole fibre di un cavo da interni corrispondente, per formare un collegamento permanente fra i due cavi. I segmenti giuntati sono posati in un cassetto ottico, alloggiato per protezione all'interno di un contenitore portagiunti come da Figura 9. Alcuni cavi sono certificati sia per uso esterno che per uso interno e possono essere terminati direttamente nel pannello di sezionamento o nei dispositivi terminali.
Bretelle ottiche
Le bretelle ottiche sono cavi simplex e duplex terminati in fase di produzione utilizzati in spazi di cablaggio orizzontale, locali che ospitano armadi di piano e in sale apparecchiature per realizzare brevi collegamenti, ad esempio fra dispositivi montati a rack e un pannello di sezionamento. Le bretelle di tipo duplex sono disponibili con polarità invertita (AB/BA) o con terminazioni dirette (AB/AB), come illustrato nella Figura 10. Lo standard TIA/EIA-568 indica le bretelle con polarità invertita per segnali ottici duplex bidirezionali per garantire che l'uscita o il lato di trasmissione (Tx) ad ogni estremità sia collegato all'ingresso o al lato di ricezione (Rx) sull'estremità opposta.
Le bretelle dovrebbero essere cavi di qualità particolarmente elevata dotati di connettori pre-terminati, come i cavi ottici multimodali 2LC MM P e monomodali 2LC SM P di Extron. La lunghezza dovrebbe essere sufficiente a realizzare i collegamenti senza sottoporre il cavo a sollecitazioni e tuttavia non eccessiva, in modo da mantenere una disposizione ordinata dei cavi. I cavi ottici pre-assemblati 2LC MM P e 2LC SM P di Extron sono cavi duplex disponibili in varie lunghezze da 1 m a 60 m per una vasta gamma di applicazioni. Sono pre-terminati con connettori LC standard lucidati in conformità alle norme UPC. La configurazione con polarità invertita (AB/BA) garantisce una mappatura corretta delle porte di ingresso e uscita (Tx/Rx) in un'infrastruttura in fibra ottica conforme allo standard TIA/EIA-568, o per il collegamento di un extender della serie FOX in un'applicazione punto‑punto.
Cavi simplex e duplex per interni
Costruzione del cavo
Un cavo in fibra ottica simplex, come illustrato nella Figura 11, contiene una singola fibra con rivestimento aderente circondata da elementi di rinforzo in filati aramidici. Al centro del cavo, la fibra di vetro con diametro di 125 μm è circondata da un rivestimento protettivo con diametro di 250 μm. Per ulteriore protezione è aggiunto un rivestimento secondario con diametro di 900 μm. Il filato aramidico è in Kevlar®, il materiale impiegato da personale militare e di polizia per la costruzione dei giubbotti antiproiettile. Offre ulteriore protezione e resistenza alla trazione. Una guaina esterna da 2 mm a 3 mm di diametro circonda il filato e la fibra avvolta e costituisce uno strato di protezione finale.
Un cavo ottico zip duplex, come illustrato nella Figura 12, è composto da due fibre simplex unite insieme e facilmente separabili. Ogni fibra con rivestimento aderente è circondata da elementi di rinforzo in filati aramidici e da una guaina di rivestimento. Un filo sottile di materiale di rivestimento tiene unite le fibre centralmente.
Utilizzi
Dato che la maggior parte dei segnali AV percorre una o due fibre, i cavi di tipo simplex e duplex sono i più comuni cavi in fibra utilizzati nei sistemi AV. Sono usati per bretellame e spesso installati in spazi orizzontali fra locali con armadi di piano o sale apparecchiature e aree di lavoro. Dotati di certificazione plenum e riser, possono essere installati all'interno di pareti, sotto pavimenti sopraelevati e in spazi di ricircolo dell'aria. Il formato ridotto e il peso contenuto facilitano la posa di questo tipo di cavi. Le fibre rivestite e protette singolarmente consentono una terminazione semplice sul campo e offrono resistenza per manipolazioni di routine.
Cavi per interni a più fibre
Un cavo breakout in fibra ottica contiene un insieme di bretelle simplex rivestite da una guaina esterna comune, come illustrato nella Figura 13. Le fibre simplex sono raggruppate intorno a un elemento dielettrico centrale che fornisce ulteriore resistenza. Il rivestimento esterno può essere spelato usando un filo di sguaino integrato per esporre le fibre simplex per spelatura e terminazione. Una volta terminate, le singole fibre possono essere innestate direttamente in pannelli di sezionamento o apparecchiature terminali. Il materiale di rivestimento può essere certificato per utilizzi riser o plenum per l'installazione all'interno di pareti e in spazi di ricircolo dell'aria.
I cavi breakout trovano utilizzo in qualunque applicazione che richiede l'instradamento di fibre multiple punto‑punto. Dato che le singole fibre sono protette da elementi di rinforzo e da una guaina, i cavi breakout sono spesso utilizzati in spazi orizzontali fra aree di lavoro e un locale con armadi di piano o una sala apparecchiature. Sono impiegati anche nella dorsale in fibra dell'edificio per collegare il locale con gli armadi di piano alla sala apparecchiature in una tipologia gerarchica. I cavi breakout sono utilizzabili fra pannelli di sezionamento o innestabili direttamente nelle apparecchiature.
Un cavo di distribuzione consiste di fibre con rivestimento aderente multiple raggruppate intorno a un elemento di rinforzo centrale circondato da filato aramidico e da una guaina esterna, come illustrato nella Figura 14. Le fibre ad avvolgimento stretto non sono rivestite singolarmente, perciò i cavi di distribuzione tendono ad avere dimensioni e peso inferiori rispetto ai cavi breakout a parità di fibre. Il materiale di rivestimento esterno può essere certificato per utilizzi riser o plenum per l'installazione all'interno di pareti e in spazi di ricircolo dell'aria.
Al pari dei cavi breakout, i cavi di distribuzione trovano utilizzo in applicazioni che richiedono l'instradamento di fibre multiple punto‑punto. Alcuni installatori preferiscono cavi di distribuzione nella dorsale di edificio in ragione del formato e del peso contenuti. Tuttavia, dato che non è presente la protezione supplementare fornita da elementi di trazione e rivestimento per le singole fibre, i cavi di distribuzione richiedono un contenitore protettivo in ogni pannello di sezionamento come indicato nella Figura 15. Si sconsiglia di innestare cavi di distribuzione direttamente nelle apparecchiature o di utilizzarli per collegamenti orizzontali.
Cavi per esterni con struttura a tubetti
I cavi per esterni sono progettati per resistere a trattamenti bruschi, condizioni atmosferiche avverse e ambienti ostili. Un cavo in fibra ottica per esterni standard impiega una costruzione con struttura lasca ("loose tube"), come illustrato nella Figura 16. Ogni fascio di fibre da 250 μm con rivestimento primario è protetto da un tubetto lasco. Il tubo è riempito di gel tamponante o di un materiale igroespandibile resistente alla penetrazione di acqua. Numerosi rivestimenti a tubetti laschi circondano un elemento di trazione dielettrico centrale. I tubetti rivestiti, l'elemento di rinforzo e la guaina esterna proteggono le fibre da eventuali danni e impediscono curvature eccessive. Il design a tubetti laschi permette ai cavi di espandersi e contrarsi su un ampio intervallo di temperature senza sottoporre le fibre a sollecitazioni.
È necessario prestare particolare attenzione in fase di terminazione di cavi con struttura a tubetti in un pannello di sezionamento o un contenitore portagiunti al fine di evitare danni alle fibre da 250 μm rivestite. Un kit di sfioccamento include un diramatore e tubi di protezione da 900 μm che consentono di separare e coprire le singole fibre da 250 μm, per garantire una protezione simile a quanto offerto da un cavo di distribuzione da interni, come illustrato nella Figura 17. Una volta installate, le fibre da 900 μm rivestite possono essere terminate tramite giunzioni o connettori ma richiedono comunque la protezione di un contenitore.
Un kit breakout è simile a un kit di sfioccamento ma comprende anche filato aramidico e guaine esterne da 2 mm o 3 mm che simulano la protezione di un cavo breakout, come da Figura 18. Il diramatore separa le singole fibre e serve da serracavo. Un tubetto di protezione da 900 μm copre la fibra ed è circondato da filati aramidici e da una guaina esterna. Con un kit breakout installato, la fibra può essere terminata in pannelli di sezionamento o direttamente in apparecchiature, ad esempio una matrice. L'utilizzo di un kit di sfioccamento o di un kit breakout contribuisce ad evitare eventuali danni alle fragili fibre da 250 μm derivanti da trattamenti bruschi, curvature o rotture.
Cavi con armatura
I cavi con armatura integrano uno strato in alluminio sotto la guaina esterna per fornire ulteriore protezione alle fibre ottiche. Sono disponibili sia in versione con rivestimento aderente per interni sia con struttura a tubetti laschi per esterni, come da Figura 19. L'armatura offre ulteriore protezione per cavi che potrebbero essere esposti a rischi specifici, ad esempio i roditori.
Cavi tattici
I cavi di tipo tattico sono cavi in fibra con rivestimento aderente estremamente robusti, costruiti in base a standard militari per condizioni ambientali impegnative. Gli impieghi militari trovano applicazione in situazioni di combattimento in cui è necessario garantire un collegamento altamente affidabile per le comunicazioni. Nelle applicazioni televisive i cavi tattici in fibra offrono un collegamento solido ad elevata larghezza di banda fra le telecamere e la sede mobile di trasmissione per eventi sportivi o riprese effettuate in esterni. Una guaina esterna robusta e elementi di rinforzo in filato aramidico offrono una resistenza superiore allo schiacciamento e protezione da eventuali danni provocati dal passaggio sopra il cavo di veicoli televisivi o di attrezzature militari di supporto.
Codifica a colori dei cavi in fibra ottica
Lo standard TIA/EIA-598 definisce uno schema di codifica a colori, come descritto nella Tabella 1, per semplificare l'identificazione delle singole fibre o di gruppi di fibre all'interno di un cavo. Per i cavi di distribuzione, come da Figura 14, i colori dei rivestimenti aderenti seguono lo schema identificato dallo standard TIA/EIA-598. In cavi con struttura a tubetti laschi, come da Figura 16, i codici a colori si applicano ai tubetti e alle singole fibre che contengono. In genere la codifica a colori non si applica alle guaine di rivestimento dei cavi.
| Posizione | Codice colore |
|---|---|
| 1 | Blu |
| 2 | Arancione |
| 3 | Verde |
| 4 | Marrone |
| 5 | Ardesia |
| 6 | Bianco |
| 7 | Rosso |
| 8 | Nero |
| 9 | Giallo |
| 10 | Viola |
| 11 | Rosa |
| 12 | Acqua |
| da 13 a 24 | Ripetere la sequenza 1‑12 con segni o linee in nero |
La guaina esterna di un cavo in fibra per interni assiste nell'identificazione del tipo di fibra all'interno del cavo, come mostrato nella Tabella 2. Tuttavia è possibile che vengano usati altri colori che non seguono questa prassi. Perciò la marcatura stampata sulla guaina esterna offre ulteriori informazioni di riconoscimento della tipologia di fibra all'interno del cavo. Dato che le singole fibre di un cavo breakout hanno rivestimenti separati, il colore può osservare lo schema TIA/EIA-598 riportato in Tabella 1 per identificare facilmente le singole fibre o lo schema della Tabella 2 per riconoscere la tipologia di fibra all'interno del cavo.
| Colore guaina | Tipo di fibra |
|---|---|
| Arancione | Multimodale OM1 o OM2 |
| Giallo | Monomodale OS1 o OS2 |
| Acqua | Multimodale ottimizzata per laser OM3 o OM4 |
| Rosso | Monomodale OS1 o OS2 |
| Blu | Fibra monomodale con mantenimento della polarizzazione |
I codici a colori dei connettori non sono specificati dallo standard TIA/EIA-598 ma in genere la maggior parte dei produttori utilizza una serie di colori comuni per indicare la tipologia di fibra e la lucidatura delle estremità dei connettori, come riportato nella Tabella 3. Le geometrie di lucidatura dei connettori più usate sono contatto fisico (PC), contatto fisico super (SPC), contatto fisico ultra (UPC) e contatto fisico angolato (APC). I connettori PC, SPC e UPC si distinguono per una terminazione leggermente curva delle estremità e impiegano diversi gradi di precisione che producono una perdita di accoppiamento via via inferiore e una migliore perdita di riflessione. I tre connettori sono compatibili. Lo stile APC prevede una lucidatura ad un'angolazione di otto gradi per produrre una perdita di riflessione ≥65 dB per la fibra monomodale, che riduce le riflessioni a un valore di 0,000032%. Inoltre, i connettori APC devono essere calettati per assicurare un allineamento corretto delle estremità in fase di collegamento. Il connettore APC non è compatibile con i connettori PC, SPC o UPC.
La maggior parte dei codici colore dei connettori non è rispettata ma quasi tutti i produttori usano il verde acceso per identificare i connettori monomodali con lucidatura di tipo APC e garantire che i connettori APC siano abbinati soltanto ad altri connettori APC. In caso contrario si possono causare danni permanenti alle estremità dei connettori.
| Colore connettore | Tipo di connettore e fibra | Tipo di lucidatura |
|---|---|---|
| Beige o grigio | Multimodale OM1 da 62,5 μm | PC, SPC o UPC |
| Nero | Multimodale OM2 da 50 μm | PC, SPC o UPC |
| Acqua | Multimodale OM3/OM4 da 50 μm e 10 Gbps | PC, SPC o UPC |
| Blu | Monomodale OS1 o OS2 con lucidatura PC, SPC o UPC | PC, SPC o UPC |
| Verde | Monomodale OS1 o OS2 con lucidatura APC | APC |
Conclusioni
I cavi in fibra ottica offrono vantaggi specifici nei sistemi AV, soprattutto in applicazioni sicure e su lunghe distanze. Scegliere il cavo appropriato dipende dal numero di fibre richieste, dalla sede di installazione, dalla tipologia di cablaggio e dalla progettazione complessiva del sistema. Le costruzioni dei cavi sono disponibili sia per utilizzi in interni che in esterni così da offrire una soluzione per qualsiasi sistema AV. La codifica a colori fornisce un metodo per identificare con semplicità i cavi multi‑fibre.