FocusonPCB - Vicenza, 15-16 maggio 2024
Torna a Vicenza il 15 e 16 maggio 2024 Focus on PCB, la terza edizione della fiera dedicata all'intera filiera dei circuiti stampati. Nata dalla volontà del Gruppo PCB Assodel…
Abbiamo visitato uno dei luoghi a maggiore densità di strumentazione elettronica presenti in Italia, i laboratori di ricerca e sviluppo di Alcatel-Lucent della sede di Vimercate.
Ecco cosa abbiamo trovato tra le eccellenze del "designed in Italy".
Entriamo il maggior polo di ricerca industriale nelle telecomunicazioni nel Paese, che è anche la base mondiale per le attività del gruppo Alcatel-Lucent nel campo dei sistemi di trasmissione ottici e wireless.
Qui lavorano la maggior parte degli 800 ricercatori italiani delle multinazionale franco-americana, che investe un budget di ricerca e sviluppo annuale di circa 140 milioni di euro, un valore tra i più rilevanti nel campo delle industrie hi-tech presenti in Italia.
Dai laboratori italiani di Alcatel-Lucent, che oltre a quello principale di Vimercate comprendono anche i siti Genova, Battipaglia, Rieti e Bari, sono usciti prodotti e componenti innovativi che si sono fatti apprezzare negli ultimi sui mercati internazionali trasformandosi in opportunità di esportazione qualificate.
Per esempio, a Vimercate sono state sviluppate le nuove generazioni di ponti radio intelligenti ad altissima capacità, i primi nati con un “cuore” già rivolto al traffico dati e Internet, proprio per consentire l’adeguamento delle reti mobili alla crescita del traffico su chiavette e smartphone.
In soli due anni, Alcatel-Lucent grazie a queste nuove generazioni di prodotti progettati in Italia ha conquistato il primo posto (fonte Infonetics) nel mercato mondiale del backhaul mobile orientato al traffico IP, quel segmento di rete che collega le antenne della rete dei cellulari alle centrale di commutazione e instradamento del traffico.
Sempre in Italia, in collaborazione con altri centri di ricerca e con i Bell Labs, è stata condotta larga parte della progettazione dei nuovi sistemi di trasmissione ottica a 100 Gigabit in tecnologia “ottica coerente”, che permette di moltiplicare la velocità, aumentare le distanze coperte e dimezzare i consumi energetici sfruttando tecniche di modulazione avanzate sui segnali trasmessi mediante fibra ottica.
Nuovi progetti sono già in cantiere, dagli sviluppi della fortunata generazione di ponti radio 9500 MPR, alla convergenza di reti e applicazioni sulle reti mobili (l’IMS o IP Multimedia Subsystem), fino ai “circuiti integrati fotonici” che rappresentano il futuro prossimo venturo delle comunicazioni ad alta capacità su fibra ottica.
Ma entriamo in alcuni dei principali laboratori del plesso di Vimercate, a partire dalla camera anecoica dove vengono effettuate le prove di compatibilità e suscettibilità elettromagnetica.
Le dimensioni della grande camera semianecoica sono tali da poter ospitare un campo di pallavolo, senza timore per le alzate più audaci, visto che il soffitto si trova all’equivalente del terzo piano di una casa.
Si tratta di una delle camere semianecoiche più grandi in assoluto in Italia, nella quale è possibile eseguire in sicurezza tutte le prove di compatibilità e suscettibilità elettromagnetica verificando i disturbi irradiati o condotti secondo i requisiti definiti dalle norme internazionali applicabili ai prodotti commerciali e militari.
La caratteristiche dimensionali della camera semianecoica di Alcatel-Lucent e la presenza di una camera anecoica di dimensioni inferiori che simula le condizioni di propagazione in condizioni nel vuoto, oltre alle peculiarità tecnico-prestazionali che ne hanno permesso la certificazione secondi i principali standard internazionali, ne fanno anche un asset intensamente utilizzato, non solo per i test della progettazione e della produzione di Alcatel-Lucent, ma anche di molte altre aziende dell’industria elettronica, informatica, dell’elettronica di consumo.
Naturalmente, si tratta di un prezioso riferimento per l’industria delle telecomunicazioni su vasta scala, utilizzato, in virtù anche delle rigorose procedure di sicurezza e riservatezza, anche per eseguire prove su prodotti di altre aziende tra loro concorrenti sul mercato.
Molti dei prodotti che il largo pubblico conosce e utilizza sono stati sottoposti ai test della camera anecoica vimercatese. Tra questi, anche una delle più conosciute console per videogiochi, che proprio qui ha ‘passato gli esami’ delle certificazioni valide in tutto il mercato europeo.
La sfida da affrontare per fare evolvere le reti mobili di oggi e di domani è enorme e riguarda non solo la connessione tra la stazione radio base (il cosiddetto “Nodo B”) e l’utente finale, ma anche quella tra la stazione stessa e la rete di trasporto principale, in altre parole, il canale che collega la cella e quindi l’insieme degli utenti al suo interno, con la rete fissa.
In larga misura, il traffico che riguarda questo segmento della rete (il cosiddetto “backhaul”) passa attraverso l’etere, utilizzando i ponti radio e l’evoluzione più significativa degli ultimi anni è nata nei laboratori italiani di Alcatel-Lucent a Vimercate.
Qui, infatti, è nato il sistema 9500 MPR o Microwave Packet Radio, il primo al mondo specificamente progettato per combinare in modo ottimale tanto il tradizionale traffico degli utenti fonia quanto il traffico emergente dei dati, orientato pertanto al protocollo Internet (IP).
Circa 160 progettisti e ricercatori sono impegnati nel laboratorio Microwave di Vimercate, un polo di eccellenza riconosciuto in tutto il mondo nell’industria delle telecomunicazioni. Qui, già negli anni ’60 nascevano i ponti radio per la radiodiffusione televisva e, dal 1967, per le reti di telecomunicazione, con sistemi a breve e a lunga distanza, a bassa e ad alta capacità, dai ponti radio da 2 Mbit/s per uso locale ai sistemi con capacità di centinaia di Mbit/s al secondo per applicazioni di trasporto a lunga distanza e impiegati anche nelle aree più impervie del pianeta.
Le funzionalità richieste dal mercato ai ponti radio di nuove generazione comprendono:
Il concetto di Microwave Packet Radio, nato nei laboratori di Vimercate e incarnato dalla famiglia di prodotti Alcatel-Lucent 9500 MPR, rappresenta un'innovativa evoluzione delle soluzioni di trasporto a microonde, ottimizzata per il trasporto dei servizi mobili di quarta generazione (LTE) e compatibile con i servizi tradizionali 2G/3G e relative infrastrutture.
Oggi la piattaforma 9500 MPR rappresenta il prodotto di punta in questo settore e sfrutta tutte le tecnologie brevettate sviluppate da Alcatel-Lucent sia riguardante le gli algoritmi di modulazione e demodulazione a microonde (che oggi arrivano al formato 256 QAM), sia quelli dei metodi per il trattamento della qualità del servizio, tipici delle reti a pacchetto.
In estrema sintesi, un ponte radio ad alta capacità realizzato con 9500 MPR offre ai clienti un serie di vantaggi competitivi:
L'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).
La ricerca scientifica dei laboratori di Vimercate di Alcatel-Lucent ha segnato un altro successo nel mondo delle telecomunicazioni, dimostrando quel che vuol dire essere un centro di eccellenza che unisce la tradizione di innovazione del design italiano con un network internazionale di primissimo piano.
I laboratori di Vimercate hanno infatti svolto un ruolo guida nell’ambito di un progetto che ha permesso di commercializzare il primo sistema in grado di realizzare una trasmissione a 100 Gbit/s su un singolo canale sfruttando tecnologie di “ottica coerente” di nuova generazione
Si tratta di una tecnologia che trova applicazione sugli apparati di trasmissione in tecnologia WDM, che in Italia, a Trieste, hanno il loro hub produttivo mondiale.
La tecnologia di trasmissione in tecnologia ottica coerente di nuova generazione consente di realizzare un deciso passo in avanti nell’elaborazione del segnale poiché, a differenza dei sistemi convenzionali, sfrutta come vettori di informazione non solo la potenza del segnale (rilevando lo stato acceso / spento) ma anche sua fase e polarizzazione.
Ciò consente di adottare schemi di modulazione ben noti nel campo delle trasmissioni radio (BPSK, QPSK e potenzialmente QAM di ordine superiore) applicandoli al segnale ottico, per aumentare la quantità di bit trasmesssi su un canale ottico pur rimanendo all'interno dello stesso spettro (colore) di un normale segnale ottico WDM.
A Vimercate sono stati sviluppati elementi decisivi, come il circuito integrato specializzato ASIC (Application Specific Integrated Circuit) che gestisce la funzione chiave di elaborazione digitale del segnale (DSP).
Diversi avanzamenti tecnologici sono stati utilizzati dai laboratori: grazie alle tecniche di multiplazione a divisione di polarizzazione (PDM) è stato possibile raddoppiare l’efficienza spettrale del segnale, ovvero la quantità di bit trasportata a parità di frequenza.
I processori DSP (Digital Signal Processor) e i relativi algoritmi impiegati hanno consentito di compensare la dispersione cromatica (CD) e la dispersione di modo di polarizzazione (PMD), cosa che ha permesso di aumentare la capacità trasmissiva e anche la lunghezza delle tratte senza rigenerazione elettrica.
Una caratteristica particolare che rende ancor più interessante questa tecnologia è che essa permette di continuare ad utilizzare in larga misura le fibre esistenti, senza necessità di sostituzione.
In altri termini, un sistema 100 Gbit/s in ottica coerente di Alcatel-Lucent permette di unificare sulla stessa fibra canali a 100 Gbit/s insieme con sistemi precedenti a 10 e a 40 Gbit/s, senza le perdite prestazionali generalmente correlate all’uso di sistemi di classe diversa.
Accanto all’integrazione sistemistica, il grande laboratorio di Integration & Validation di Alcatel-Lucent a Vimercate si occupa anche dell’elemento cruciale di tutti i progetti: la verifica del rispetto degli standard di progettazione e qualitativi e il raggiungimento sul campo degli obiettivi fissati, per garantire che il prodotto corrisponda anche alle condizioni operative del mondo reale e quindi delle diverse condizioni operative delle reti e delle interconnessioni con altri apparati.
Questa parte finale della progettazione, prima che il prodotto sia trasferito alle fabbriche, come quella di Trieste, o alle altre unità della filiera produttiva mondiale, è svolta dal Validation & Integration Test Plant di Alcatel-Lucent a Vimercate.
Qui, un folto team di specialisti, sorretti da un’ampia dotazione tecnologica, provvede ad un autentico “terzo grado”, soprattutto degli aspetti softwaristici, dei nuovi prodotti.
Ogni sistema ha la sua personalità e questa dev’essere osservata nell’ambito delle condizioni di impiego reale, che sono a loro volta influenzate dalle specifiche della rete in cui l’apparato dovrà essere inserito. Per questo, sofisticati tool di simulazione si preoccupano di riprodurre le condizioni di funzionamento di reti diverse conducendo campagne di test estremamente realistiche e attendibili per assicurare il corretto funzionamento nelle più complesse situazioni nelle reti di tutto il mondo.
Lo scopo principale delle varie prove è verificare che la rete sia progettate in modo tale da assicurare:
