Portata massima della fibra ottica: distanze, budget ottico e guida per velocità
Sommario
La portata massima di un cavo in fibra ottica non è una proprietà del solo cavo — è il risultato di un equilibrio tra l'attenuazione del collegamento e la sensibilità delle apparecchiature attive. Lo stesso cavo OS2 può trasportare 1 Gbit/s su 100 km con moduli adeguati, oppure solo 10 Gbit/s su 10 km con moduli standard. Questa guida spiega i principi del budget ottico, fornisce le distanze reali per standard e per velocità e vi aiuta a calcolare la portata del vostro impianto.
Il budget ottico: concetto fondamentale
Il budget ottico (o bilancio di collegamento) è il margine di potenza disponibile tra il trasmettitore e il ricevitore di un collegamento in fibra. Si esprime in dB e rappresenta la perdita massima che il collegamento può sopportare mantenendo un tasso di errore accettabile (BER ≤ 10⁻¹²).
Budget ottico (dB) = Potenza di trasmissione (dBm) − Sensibilità del ricevitore (dBm) − Margine di sicurezza (dB)
Esempio concreto con un modulo SFP+ LR 10G standard:
- Potenza di trasmissione tipica: da −1 dBm a +3 dBm
- Sensibilità del ricevitore: −14 dBm
- Margine di sicurezza consigliato: 3 dB (invecchiamento, variazioni termiche)
- → Budget disponibile: (3) − (−14) − 3 = 14 dB
Questo budget di 14 dB deve assorbire tutte le perdite del collegamento: attenuazione del cavo, perdite dei connettori, perdite delle giunzioni a fusione e perdite di eventuali componenti passivi (accoppiatori, splitter). La portata massima si ottiene dividendo il budget disponibile per l'attenuazione per km del cavo:
Distanza max (km) = Budget disponibile (dB) ÷ Attenuazione cavo (dB/km) − [Perdite fisse / Attenuazione cavo]
Per un cavo OS2 con attenuazione di 0,35 dB/km a 1310 nm, 4 connettori (4 × 0,5 dB = 2 dB) e 2 giunzioni (2 × 0,1 dB = 0,2 dB): distanza max ≈ (14 − 2 − 0,2) / 0,35 ≈ 33 km.
Distanze per standard IEEE e ITU
| Standard | Velocità | Tipo fibra | Lunghezza d'onda | Distanza max | Modulo |
|---|---|---|---|---|---|
| 1000BASE-SX | 1 Gbit/s | OM2 / OM3 | 850 nm | 550 m | SFP 1G SX |
| 1000BASE-LX | 1 Gbit/s | OS2 SM | 1310 nm | 10 km | SFP 1G LX |
| 1000BASE-ZX | 1 Gbit/s | OS2 SM | 1550 nm | 80 km | SFP 1G ZX |
| 10GBASE-SR | 10 Gbit/s | OM3 / OM4 | 850 nm | 300 m / 400 m | SFP+ SR |
| 10GBASE-LR | 10 Gbit/s | OS2 SM | 1310 nm | 10 km | SFP+ LR |
| 10GBASE-ER | 10 Gbit/s | OS2 SM | 1550 nm | 40 km | SFP+ ER |
| 10GBASE-ZR | 10 Gbit/s | OS2 SM | 1550 nm | 80 km | SFP+ ZR |
| 25GBASE-SR | 25 Gbit/s | OM4 | 850 nm | 100 m | SFP28 SR |
| 25GBASE-LR | 25 Gbit/s | OS2 SM | 1310 nm | 10 km | SFP28 LR |
| 40GBASE-SR4 | 40 Gbit/s | OM3 / OM4 | 850 nm × 4 | 100 m / 150 m | QSFP+ SR4 |
| 40GBASE-LR4 | 40 Gbit/s | OS2 SM | CWDM 4λ | 10 km | QSFP+ LR4 |
| 40GBASE-ER4 | 40 Gbit/s | OS2 SM | CWDM 4λ | 40 km | QSFP+ ER4 |
| 100GBASE-SR4 | 100 Gbit/s | OM4 | 850 nm × 4 | 150 m | QSFP28 SR4 |
| 100GBASE-LR4 | 100 Gbit/s | OS2 SM | CWDM 4λ | 10 km | QSFP28 LR4 |
| GPON (ITU G.984) | 2,5 / 1,25 Gbit/s | OS2 SM | 1490 / 1310 nm | 20 km (classe B+) | SFP GPON OLT |
| XGS-PON (G.9807.1) | 10 Gbit/s simmetrico | OS2 SM | 1577 / 1270 nm | 20 km (classe N2) | SFP+ XGS-PON |
Fattori che limitano la portata
Quattro fenomeni fisici limitano la distanza massima di un collegamento in fibra:
1. Attenuazione — è il fattore dominante per i collegamenti da brevi a medi. Ogni chilometro di fibra assorbe una parte della potenza luminosa. A 1310 nm, la silice OS2 presenta 0,35 dB/km; a 1550 nm, solo 0,20 dB/km (finestra di attenuazione minore). A 850 nm (multimodale), l'attenuazione è di 3,5 dB/km — ovvero 17× più elevata che in monomodale a 1550 nm.
2. Dispersione cromatica (CD) — le diverse lunghezze d'onda che compongono un impulso luminoso viaggiano a velocità leggermente diverse e arrivano sfasate. Questo fenomeno allarga gli impulsi e crea errori binari oltre una certa distanza. Le fibre G.652D hanno una dispersione nulla intorno ai 1310 nm (~0 ps/nm·km) ed elevata a 1550 nm (~17 ps/nm·km). Per i sistemi a 100 Gbit/s e oltre, è necessaria una compensazione della dispersione (DCF o DSP digitale).
3. Dispersione modale di polarizzazione (PMD) — le fibre reali non sono perfettamente cilindriche: la birifrangenza meccanica divide ciascun modo in due componenti di polarizzazione che viaggiano a velocità leggermente diverse. Trascurabile per le velocità ≤ 10 Gbit/s, diventa critica a 40 Gbit/s e oltre sulle fibre lunghe. Le fibre moderne G.652D hanno una PMD ≤ 0,1 ps/√km.
4. Effetti non lineari — a potenza ottica molto elevata (sistemi DWDM amplificati), nella silice compaiono effetti non lineari (SPM, XPM, FWM). Essi limitano la potenza iniettabile e quindi la portata sui collegamenti sottomarini e sui backbone DWDM a lunga distanza.
Monomodale OS2: da 10 km a diverse migliaia
La fibra monomodale OS2 (G.652D) è la soluzione universale per le distanze superiori a 550 m. I suoi punti di forza: attenuazione ultra-bassa (0,35 dB/km a 1310 nm, 0,20 dB/km a 1550 nm), assenza di dispersione modale, compatibilità con tutte le tecnologie di modulazione avanzate.
A seconda del sistema di trasmissione impiegato:
- Collegamenti diretti senza amplificazione: 10 Gbit/s su 10 km (SFP+ LR), 40 km (ER), 80 km (ZR) con moduli specializzati
- Collegamenti amplificati (EDFA): gli amplificatori a fibra drogata all'erbio compensano le perdite e consentono distanze di 600–1.000 km tra rigeneratori
- Collegamenti DWDM: fino a 100 lunghezze d'onda multiplexate su una singola fibra, ciascuna che trasporta 100 Gbit/s o più, su migliaia di chilometri (cavi sottomarini)
- GPON / XGS-PON: 20 km standard (classe B+/N2), esteso fino a 60 km con OLT a budget ottico potenziato (PR30)
Suggerimento: utilizza la finestra 1550 nm per massimizzare la portata
A parità di velocità, un modulo che trasmette a 1550 nm (SFP+ ER/ZR) raggiunge da 1,5× a 2× più lontano di un modulo a 1310 nm (LR), grazie alla minore attenuazione della silice a questa lunghezza d'onda. Per un collegamento tra siti compreso tra 15 e 80 km, preferisci quindi i moduli a 1550 nm ai moduli standard a 1310 nm.
Multimodale OM3/OM4: portate brevi ma economiche
La fibra multimodale OM3/OM4 è ottimizzata per i collegamenti brevi ad alta densità, tipicamente nei datacenter. Il suo limite principale è la dispersione modale: le centinaia di modi di propagazione si allargano reciprocamente con la distanza, impedendo la trasmissione ad alta velocità oltre qualche centinaio di metri.
- OM3: 10 Gbit/s su 300 m, 40 Gbit/s su 100 m (MPO-8), 100 Gbit/s su 100 m (MPO-12)
- OM4: 10 Gbit/s su 400 m, 40 Gbit/s su 150 m, 100 Gbit/s su 150 m, 400 Gbit/s su 100 m (MPO-32)
- OM5: 400 Gbit/s tramite SWDM4 su 150 m (4 lunghezze d'onda a 850/880/910/940 nm)
Il vantaggio economico è reale: i moduli SFP+ SR (multimodale 850 nm VCSEL) costano da 2 a 3× meno dei moduli SFP+ LR (monomodale 1310 nm laser) a parità di velocità. Per un datacenter con centinaia di collegamenti server-switch inferiori a 100 m, il risparmio è sostanziale.
Non sovrastimare la portata multimodale
Le distanze garantite (OM3: 300 m a 10G) corrispondono a condizioni nominali con connettori puliti e una perdita d'inserzione ≤ 3 dB in totale. Con connettori usurati, curvature strette o giunzioni di scarsa qualità, la portata reale può essere significativamente inferiore. Misura il budget ottico reale con un OPM (misuratore di potenza) prima di finalizzare un impianto multimodale critico.
Moduli SFP/SFP+/QSFP: scegliere per distanza
Il modulo ricetrasmettitore è il componente chiave che determina la portata. La sua scelta dipende da tre parametri: velocità obiettivo, tipo di fibra disponibile, distanza da coprire.
Per i collegamenti fino a 80 km senza amplificazione, i moduli ZR/ER a 1550 nm offrono le migliori portate. La gamma Elfcam comprende moduli 40G ZR4 (80 km) e 25G LR (80 km) compatibili con le principali marche di switch (Cisco, Arista, Mellanox, HPE, Juniper).
Calcolare la portata massima del proprio impianto
Ecco il metodo in 4 fasi per calcolare la portata massima del vostro collegamento:
Fase 1 — Rilevare le caratteristiche dei moduli: potenza di trasmissione min/max (dBm) e sensibilità del ricevitore (dBm) nella scheda tecnica del modulo.
Fase 2 — Calcolare il budget ottico lordo: Budget = Potenza di trasmissione min − Sensibilità del ricevitore
Fase 3 — Sottrarre le perdite fisse:
- Connettori: da 0,3 a 0,5 dB per connettore (budget prudente: 0,5 dB × numero di connettori)
- Giunzioni a fusione: da 0,05 a 0,1 dB per giunzione
- Margine di sicurezza: 3 dB minimo (invecchiamento, variazioni termiche, tolleranza)
Fase 4 — Dividere per l'attenuazione del cavo:
- OS2 a 1310 nm: 0,35 dB/km
- OS2 a 1550 nm: 0,20 dB/km
- OM3/OM4 a 850 nm: 3,5 dB/km
Se la distanza calcolata è inferiore al vostro fabbisogno, esistono diverse soluzioni: utilizza un modulo con potenza di trasmissione più elevata, passa a una finestra di lunghezza d'onda più favorevole (1550 nm invece di 1310 nm), riduci il numero di connettori, o integra un amplificatore ottico (EDFA) sul collegamento.
Se al contrario la potenza è troppo elevata per il vostro collegamento breve (rischio di saturazione del ricevitore), gli attenuatori fissi in linea permettono di regolare il livello di potenza ricevuto nell'intervallo accettabile del ricevitore.
1Qual è la portata massima teorica di una fibra ottica?
Non esiste un limite teorico assoluto: con amplificatori EDFA distanziati ogni 80–100 km, i sistemi DWDM sottomarini trasportano centinaia di Tbit/s su migliaia di chilometri. Il collegamento sottomarino FLAG (Fiber-optic Link Around the Globe) copre 28.000 km. In pratica senza amplificazione, le distanze raggiungibili sono: 550 m (10G multimodale OM3), 10 km (10G monomodale LR), 40 km (ER), 80 km (ZR), 120+ km con moduli speciali.
2È possibile aumentare la portata di un collegamento in fibra esistente?
Sì, diversi approcci: sostituire i moduli con modelli a potenza più elevata (es: passare da LR a ER o ZR), cambiare la lunghezza d'onda da 1310 nm a 1550 nm (attenuazione del 40 % più bassa), ridurre le perdite passive (pulizia dei connettori, sostituzione degli adattatori usurati), o installare un amplificatore ottico EDFA a metà del collegamento. La sola pulizia dei connettori può recuperare da 1 a 3 dB, ovvero diversi chilometri aggiuntivi.
3Quale differenza di portata tra 1310 nm e 1550 nm?
L'attenuazione di una fibra OS2 è di 0,35 dB/km a 1310 nm contro 0,20 dB/km a 1550 nm, ovvero il 40 % di attenuazione in meno a 1550 nm. Con un budget ottico identico di 14 dB (budget tipico del modulo) e 2 dB di perdite fisse (connettori, giunzioni), la portata passa da ~34 km a 1310 nm a ~60 km a 1550 nm. Per questo i sistemi a lunga distanza utilizzano sistematicamente la finestra 1550 nm.
4Un cavo in fibra ottica multimodale può trasmettere su 10 km?
No, in pratica. La dispersione modale delle fibre multimodali limita la portata a qualche centinaio di metri per le velocità di 10 Gbit/s e oltre. A 1 Gbit/s, una fibra OM3 può tecnicamente raggiungere 1.000 m — ma a 10 km, le perdite per attenuazione (3,5 dB/km × 10 km = 35 dB) superano ampiamente il budget ottico disponibile. Per 10 km, utilizza sistematicamente la fibra monomodale OS2 con moduli SFP+ LR.
5A cosa serve un attenuatore ottico su un collegamento in fibra?
Su un collegamento molto breve (da qualche metro a qualche centinaio di metri), la potenza ottica ricevuta può superare l'intervallo di sensibilità del ricevitore, provocandone la saturazione ed errori binari. Un attenuatore fisso in linea (1, 2, 3, 5, 10, 15 dB) inserisce una perdita calibrata per riportare la potenza ricevuta nell'intervallo accettabile. Gli attenuatori Elfcam sono disponibili in connettori LC/UPC, SC/APC e FC/PC nelle versioni fisse o variabili.
6Qual è la portata massima del GPON in una rete FTTH?
Lo standard GPON classe B+ (ITU G.984) specifica una portata massima di 20 km tra l'OLT e l'ONU più lontano, con un budget ottico di 28 dB. Questo budget assorbe le perdite del cavo di distribuzione, delle giunzioni e degli splitter PLC (tipicamente 15–18 dB per un 1:32). L'XGS-PON (G.9807.1, classe N2) offre un budget simile a 10 Gbit/s. Gli OLT a budget esteso (PR30 = 30 dB) permettono di raggiungere fino a 60 km o rapporti di split più elevati.
7Come misurare le perdite reali di un collegamento in fibra?
Due metodi complementari: l'OPM (misuratore di potenza ottica) + sorgente luminosa misura la perdita d'inserzione totale da estremità a estremità (metodo a inserzione, secondo IEC 61280-4-1). L'OTDR (riflettometro ottico) localizza ciascun difetto lungo il percorso — giunzione, connettore, rottura — con la loro posizione e la loro attenuazione individuale. Il metodo OTDR è obbligatorio per le certificazioni operatori FTTH e i cantieri di telecomunicazioni.
8Quali tempi per ricevere i moduli SFP a lunga portata Elfcam?
I moduli SFP+ LR (10G/10 km), SFP28 LR (25G/10 km), QSFP+ LR4 (40G/10 km) e QSFP28 LR4 (100G/10 km) sono disponibili in magazzino in Francia con spedizione entro 24h. I moduli a lunga portata (ER/ZR, 40–80 km) e gli attenuatori ottici sono anch'essi in magazzino. Compatibili con le apparecchiature Cisco, Arista, Mellanox/Nvidia, HPE, Juniper, Marvell e Freebox Ultra. Consegna espressa disponibile per i progetti urgenti.
