СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CONTROLLING DATA STREAM TRANSFER RATE AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

Предлагаемые изобретения объединены единым изобретательским замыслом, относятся к области многоканальных волоконно-оптических систем передачи, в частности к системам, использующим спектральное мультиплексирование каналов.
Известен способ повышения емкости волоконно-оптического канала, заключающийся в передаче по одному волокну нескольких цифровых потоков на различных оптических несущих в пределах области прозрачности линейного волокна, называемый спектральным мультиплексированием каналов - СМК (Brackett С.A. "Dense WDM Networks". Fourteenth European Conference on Optical Communications (ECOC 88), 11-15 Sept. 1988 Techn. Digest, part I, p.533, Brighton, UK). Способ характеризуется тем, что каждая пара терминалов волоконно-оптического тракта - передающий и приемный - использует постоянную рабочую длину волны для передачи цифрового потока с постоянной скоростью в каждом спектральном канале. Для смены терминала-корреспондента может использоваться изменение рабочей длины волны, но общее число одновременно передаваемых по системе каналов ограничено числом мультиплексируемых оптических несущих, скорость передачи информационных потоков при этом остается постоянной.
Известны устройства передачи сигналов по волоконно-оптическим линиям связи (см., например, Патент РФ №2248087, 1999 г., Патент РФ №2204211, 2001 г.). Известные аналоги содержат источники оптического излучения, оптические мультиплексоры/демультиплексоры, среду передачи оптического сигнала, в качестве которой использовано оптическое волокно, фотоприемные устройства.
Общим недостатком аналогов является невозможность изменения скорости передачи информационных потоков в конкретном заданном спектральном канале.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и выбранным в качестве прототипа является способ передачи сигналов синхронных цифровых волоконно-оптических систем методом спектрально-кодового мультиплексирования (патент РФ №2124812 от 10.01.1999), заключающийся в том, что совокупность N входных символов. N-канального сигнала цифровой синхронной системы передачи, образующуюся в течение каждого тактового интервала, кодируют тактовым набором m СВЧ поднесущих из числа m СВЧ поднесущих, генерируемых синтезатором поднесущих, причем m, n и N связаны соотношением , где  - число размещений из n элементов по m, модулируют излучения m канальных оптических передатчиков, различающихся оптическими длинами волн, тактовым набором m СВЧ поднесущих с одновременным вводом в оптический сигнал информации о тактовой частоте цифровой синхронной системы передачи, передают сигналы различных цифровых каналов на любой из используемых рабочих оптических длин волн в соответствии с распределением рабочих длин волн контролируемым блоком управления переключением используемых оптических длин волн между передающими и приемными терминалами систем связи, объединяют спектрально-разнесенные выходные оптические сигналы всех m канальных оптических передатчиков в групповой оптический линейный сигнал, передают группового оптический линейный сигнал по линейному оптическому тракту, разделяют в приемном терминале групповой оптический сигнал на m составляющих по признаку различия оптических длин волн, детектируют каждый составляющий оптического сигнала канальным фотоприемным устройством, определяют, какое значение СВЧ поднесущей было передано по каждому из m оптических каналов на данном тактовом интервале с одновременным выделением тактовой частоты цифровой синхронной системы передачи, формируют эквивалент тактового набора m СВЧ поднесущих, аналогичного полученному в результате кодирования входной совокупности N символов на передающем терминале, декодируют эквивалент тактового набора m СВЧ поднесущих с формированием совокупности N двоичных символов, распределенных в течение данного тактового интервала по N выходным каналам приемного терминала так же, как на входе передающего терминала.
Из известных наиболее близким аналогом (прототипом) по своей технической сущности заявленному устройству является устройство по патенту РФ №2124812 от 10.01.1999.
Устройство-прототип для его осуществления содержит передающий терминал, в состав которого входят устройство ввода в терминал сигналов N-канальной синхронной цифровой системы передачи, кодер-коммутатор, синтезатор СВЧ поднесущих, m канальных оптических передатчиков с разнесенными длинами волн, устройство объединения спектрально-разнесенных каналов, линейный оптический тракт, при этом через устройство ввода в терминал сигналов N-канальной синхронной цифровой системы передачи входы N синхронных цифровых каналов подключены к N информационным входам кодера-коммутатора, вход сигнала коммутации подключен к коммутационному входу кодера-коммутатора, вход тактовой частоты подключен к тактовым входам кодера-коммутатора, синтезатора СВЧ поднесущих и канальных оптических передатчиков, n СВЧ выходов синтезатора СВЧ поднесущих подключены к n СВЧ входам кодера-коммутатора, m СВЧ выходов кодера-коммутатора подключены соответственно к входам модуляторов m канальных оптических передатчиков, оптические выходы m канальных оптических передатчиков подключены к m входам устройства объединения спектрально-разнесенных оптических каналов, выход которого подключен к входу линейного оптического тракта, а также приемный терминал, который содержит устройство разделения спектрально-разнесенных оптических каналов, m канальных фотоприемных устройств, устройство тактовой синхронизации, синтезатор СВЧ поднесущих, m канальных устройства определения поднесущей, декодер, дешифратор сигналов коммутации, контроллер коммутатора синхронных цифровых каналов, коммутатор синхронных цифровых каналов, устройство вывода из терминала N сигналов и тактовой частоты синхронной цифровой системы передачи, при этом выход линейного оптического тракта подключен ко входу устройства разделения спектрально-разнесенных оптических каналов, m выходов которого подключены соответственно к оптическим входам m канальных фотоприемных устройств, первые СВЧ выходы которых подключены соответственно к информационным СВЧ входам канальных устройств определения поднесущей, а вторые СВЧ выходы подключены ко входам устройства тактовой синхронизации, выходы которого подключены к входам тактовой синхронизации устройств определения поднесущей, декодера, устройства вывода из терминала N сигналов и тактовой частоты синхронной цифровой системы передачи и входу тактовой частоты синтезатора СВЧ поднесущих, СВЧ выходы которого подключены параллельно ко входам СВЧ поднесущих во всех m устройствах определения поднесущей, выходы устройств определения поднесущей подключены соответственно к m по n информационным входам декодера, при этом в состав декодера входит устройство вывода избыточных тактовых наборов СВЧ поднесущих, выходы которого подключены к входам дешифратора сигналов коммутации, выход дешифратора подключен к входу контроллера коммутатора синхронных цифровых каналов, выход контроллера подключен к управляющему входу этого коммутатора, N информационных входов которого подключены к N информационным выходам декодера, N информационных выходов подключен к N входам устройства вывода из приемного терминала синхронных цифровых каналов.
Недостатками способа-прототипа и устройства его реализующего являются следующие:
1) осуществление передачи по спектральным каналам информационных потоков синхронной цифровой иерархии (SDH) только с одинаковой и постоянной скоростью в каждом спектральном канале;
2) при скоростях передачи сигналов выше 2,5 Гбит/с в результате воздействия влияния эффекта вынужденного комбинационного (рамановского) рассеяния снижается достоверность передачи оптических сигналов.
При выходе из строя одного или нескольких спектральных каналов главного оптического тракта может возникнуть необходимость перераспределить нагрузку в другой спектральный канал этого же тракта, что потребует увеличения скорости передачи информации по данному спектральному каналу. Также может возникнуть задача увеличения скорости в передачи в конкретном спектральном канале, при сохранении прежней скорости передачи информационных потоков в остальных спектральных каналах. Очевидно, что увеличение скорости передачи приведет к снижению достоверности передачи в данном спектральном канале.
Известно, что вводимая в оптическое волокно мощность связана со скоростью передачи оптического сигнала следующим образом (Сайтов И.А., Щекотихин В.М. Теоретические основы построения средств связи оптического диапазона. Уч. пособие. - Орел: Академия ФСО России, 2008. - 490 с):
νν,m
где P - мощность оптического сигнала m-го спектрального канала, вводимая в оптическое волокно, мВт;
istm
P - мощность источника оптического излучения, излучаемая в m-й спектральный канал, мВт;
В - скорость передачи, Гбит/с;
χ - коэффициент зависимости изменения мощности сигнала от скорости модуляции, обусловленный типом внешнего модулятора.
Таким образом, при повышении скорости передачи цифрового информационного потока в конкретном спектральном канале вводимая в оптическое волокно мощность для данного спектрального канала будет изменяться, что повлияет на интенсивность вынужденного комбинационно рассеяния (ВКР), следовательно, и на достоверность передачи оптического сигнала при заданной протяженности линии связи.
Кроме того, ВКР оказывает доминирующее влияние на достоверность передачи оптического сигнала при скоростях передачи оптического сигнала свыше 2,5 Гбит/с (Овчинников А.А., Светиков Ю.В., Синев С.Г. Методика оптимизации параметров линейного тракта ВОСП со спектральным разделением. // Электросвязь - 1992. - №12. - С.19-21).
νν
por
νν
por
ВКР является пороговым эффектом, поэтому для предотвращения его проявления величина вводимой в оптическое волокно мощности оптического сигнала P должна быть ниже некоторого порогового значения вводимой мощности P, рассчитанного для конкретного типа оптического волокна (Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика. - М.: Мир, 1996. - 234 с.). В случае если интенсивность вводимой в оптическое волокно мощности превысит некоторое пороговое значение P>P, то интенсивность рамановской помехи возрастает так быстро, что в нее переходит большая часть энергии вводимого в оптическое волокно излучения. При этом будет уменьшаться значение отношения оптический сигнал/шум в длинноволновых спектральных каналах волоконно-оптического линейного тракта, а следовательно, будет ухудшаться достоверность передачи оптического сигнала в них.
Достоверность передачи оптического сигнала принято оценивать по такому показателю как вероятность битовой ошибки, которую можно вычислить, проводя измерения значения отношения оптический сигнал/шум на входе фотоприемного устройства (Заркевич Е.А., Скляров O.K., Устинов С.А. Тестирование и мониторинг параметров в сетях WDM. Непрерывный контроль и измерение системных параметров в сетях WDM // Технологии и средства связи. - №2, 2002; №3, 2002.):
m
где Ho - значение отношения оптический сигнал/шум на входе фотоприемного устройства m-го спектрального канала, дБм;
sm
P - мощность оптического сигнала на входе фотоприемного устройства m-го спектрального канала, мВт;
Σm
Р - суммарная мощность информационного сигнала и шумов m-го спектрального канала, мВт;
qm
P - мощность квантовых шумов оптических передатчиков с разнесенными длинами волн m-го спектрального канала, мВт.
Задачей патентуемой группы изобретений являются способ управления скоростью передачи информационного потока в заданном спектральном канале и устройство для его осуществления, позволяющие получить повышение достоверности передачи оптического сигнала (повышение значения отношения оптический сигнал/шум на входе фотоприемного устройства) за счет минимизации влияния эффекта вынужденного комбинационного рассеяния при требуемой протяженности волоконно-оптической линии связи.
Эта задача решается тем, способ управления скоростью передачи информационных потоков заключающийся в том, что совокупность N входных символов N-канального сигнала цифровой синхронной системы передачи, образующуюся в течение каждого тактового интервала, кодируют тактовым набором m СВЧ поднесущих из числа n СВЧ поднесущих, генерируемых синтезатором СВЧ поднесущих. При этом m, n и N связаны соотношением , где  - число размещений из n элементов по m. Причем модулируют излучения m канальных оптических передатчиков, различающихся оптическими длинами волн, тактовым набором m СВЧ поднесущих с одновременным вводом в оптический сигнал информации о тактовой частоте цифровой системы передачи. Сигналы различных цифровых каналов передают на конкретной из используемых рабочих оптических длин волн в соответствии с распределением рабочих длин волн контролируемым блоком управления переключением используемых оптических длин волн между передающими и приемными терминалами систем связи. Затем объединяют спектрально-разнесенные выходные оптические сигналы всех m канальных оптических передатчиков в групповой оптический линейный сигнал. Групповой оптический линейный сигнал передают по линейному оптическому тракту и в приемном терминале разделяют на m составляющих по признаку различия оптических длин волн. Каждую составляющую оптического сигнала детектируют канальным фотоприемным устройством. Определяют, какое значение СВЧ поднесущей было передано по каждому из m оптических каналов на данном тактовом интервале. При этом одновременно выделяют тактовую частоту цифровой системы передачи, формируют эквивалент тактового набора m СВЧ поднесущих, аналогичного полученному в результате кодирования входной совокупности N символов на передающем терминале. Затем декодируют эквивалент тактового набора m СВЧ поднесущих с формированием совокупности N двоичных символов, распределенных в течение данного тактового интервала по N выходным каналам приемного терминала так же, как на входе передающего терминала. При этом дополнительно формируют сигнал коммутации таким образом, что при получении сигнала об ухудшении значения отношения оптический сигнал-шум в каком-либо спектральном канале осуществляют перераспределение информационного потока из этого спектрального канала по остальным, либо в случае необходимости увеличения скорости в конкретно заданном спектральном канале формируют соответствующее управляющее воздействие. Кроме того, с одновременным выделением тактовой частоты цифровой системы передачи и сигналов коммутации, осуществляют контроль значения отношения оптический сигнал-шум и в случае отклонения от нормы в каком-либо спектральном канале передают соответствующий сигнал по обратному каналу связи для формирования сигнала коммутации.
Новая совокупность существенных признаков позволяет достичь указанного технического результата за счет того, что контролируют значение отношение оптический сигнал-шум в каждом спектральном канале и в случае отклонения от нормы формируют соответствующий сигнал коммутации на распределение цифровых потоков по другим спектральным каналам, либо при необходимости повышения скорости передачи в конкретном спектральном канала при сохранении скорости передачи в других спектральных каналах формируется соответствующий сигнал управления модуляторами канальных оптических передатчиков.
Эта задача решается тем, что устройство управления скоростью передачи, содержащее передающий терминал, в состав которого входят кодер-коммутатор, синтезатор СВЧ поднесущих, m канальных оптических передатчиков с различными рабочими длинами волн, устройство объединения спектрально-разнесенных каналов, линейный оптический тракт. При этом входы N цифровых каналов подключены к N информационным входам кодера-коммутатора. Вход сигнала коммутации подключен к коммутационному входу кодера-коммутатора, вход тактовой частоты подключен к тактовым входам кодера-коммутатора, синтезатора СВЧ поднесущих и канальных оптических передатчиков, n СВЧ выходов синтезатора СВЧ поднесущих подключены к n СВЧ входам кодера-коммутатора, m СВЧ выходов кодера-коммутатора подключены соответственно к входам модуляторов m канальных оптических передатчиков. Оптические выходы n канальных оптических передатчиков подключены к m входам устройства объединения спектрально-разнесенных оптических каналов, выход которого подключен к входу линейного оптического тракта. Приемный терминал, который содержит устройство разделения спектрально-разнесенных оптических каналов, m канальных фотоприемных устройств, устройство тактовой синхронизации, синтезатор СВЧ поднесущих, канальные устройства определения поднесущей, декодер. Выход линейного оптического тракта подключен к входу устройства разделения спектрально-разнесенных оптических каналов, m выходов которого подключены соответственно к оптическим входам канальных m фотоприемных устройств. Первые СВЧ выходы канальных m фотоприемных устройств которых подключены соответственно к информационным СВЧ входам устройств определения поднесущей, а вторые СВЧ выходы подключены к входам устройства тактовой частоты. Выходы устройства тактовой частоты подключены к входам тактовой частоты устройств определения поднесущей, декодера и входу тактовой частоты синтезатора СВЧ поднесущих. Выходы синтезатора СВЧ поднесущих подключены параллельно ко входам СВЧ поднесущих во всех m устройствах определения поднесущей. Выходы устройств определения поднесущей подключены соответственно к m по n информационным входам декодера. В состав декодера входит устройство вывода избыточных тактовых наборов СВЧ поднесущих, выходы которого подключены к входам дешифратора сигналов коммутации. Дешифратор сигналов коммутации соединен с входом контроллера коммутатора цифровых каналов, выходы которого соединены с входами коммутатора цифровых каналов. Дополнительно введена схема управления коммутацией, устройство ввода в терминал сигналов N-канальных цифровых информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации, схема управления канальными оптическими передатчиками, оптический анализатор спектра, канал обратной связи, контроллер коммутатора цифровых каналов, коммутатор цифровых каналов, устройство вывода сигналов N-канальных цифровых информационных потоков и тактовой частоты. При этом один выход схемы управления коммутацией соединен с входом для ввода сигнала коммутации устройства ввода в терминал N информационных потоков, тактовой частоты и сигналов. Второй выход схемы управления коммутацией соединен с вторым входом схемы управления канальными оптическими передатчиками. При этом N информационных потоков подключены к устройству ввода в терминал N-канальных информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации, информационные выходы которого подключены к N информационным входам кодера-коммутатора, а сигнал коммутации подключен к коммутационному входу кодера-коммутатора и к входу схемы управления канальными оптическими передатчиками. Выходы канальных фотоприемных устройств соединены с входами оптического анализатора спектра, выход которого по каналу обратной связи соединен с входом схемы управления коммутацией. Выход дешифратора сигналов коммутации подключен к входу контроллера коммутатора цифровых каналов, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора цифровых каналов. N информационных выходов коммутатора цифровых каналов подключено к N входам устройства вывода из терминала N синхронных информационных потоков и тактовой частоты.
Благодаря новой совокупности существенных признаков за счет дополнительно введенных элементов в заявленное устройство, реализовано управление скоростью передачи информационного потока в волоконно-оптической системе передачи. При этом минимизировано влияние эффекта вынужденного комбинационного рассеяния при требуемой протяженности волоконно-оптической линии связи.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленных способа и устройства передачи синхронных информационных потоков, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленных способа и устройства, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявленных изобретений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявленные объекты изобретения поясняются чертежами, на которых:
на фиг.1 - структура устройства передачи информационных потоков;
на фиг.2 - графики зависимости отношения оптический сигнал/шум от длины линии при увеличении скорости передачи в спектральном канале №8 до и после оптимизации значений мощности оптического излучения, вводимого в оптическое волокно.
Реализация заявленного способа заключается в следующем. На вход передающего терминала подается совокупность N входных символов N-канального сигнала цифровой системы передачи, образующуюся в течение каждого тактового интервала, кодируют тактовым набором т СВЧ поднесущих из числа n СВЧ поднесущих, модулируют излучения m канальных оптических передатчиков, различающихся оптическими длинами волн, тактовым набором m СВЧ поднесущих с одновременным вводом в оптический сигнал информации о тактовой частоте цифровой системы передачи и сигналов коммутации, передают сигналы различных цифровых каналов на используемых рабочих оптических длинах волн в соответствии с распределением рабочих длин волн контролируемым блоком управления переключением используемых оптических длин волн между передающими и приемными терминалами систем связи, при этом в случае поступления по каналу обратной связи от оптического анализатора спектра сигнала о снижении значения отношения оптический сигнал-шум в конкретном спектральном канале схема управления коммутацией производит перераспределение входящего информационного по спектральным каналам, формирует сигнал коммутации для управления кодером-коммутатором и подает соответствующие сигналы управления на схему управления канальными оптическими передатчиками, которая осуществляет управление модуляторами канальных оптических передачиков, кроме того, в приемном терминале определяют, какое значение СВЧ поднесущей было передано по каждому из m оптических каналов на данном тактовом интервале с одновременным выделением тактовой частоты синхронной системы передачи и сигналов коммутации, а после формирования эквивалента тактового набора m СВЧ поднесущих, декодируют эквивалент тактового набора m СВЧ поднесущих и сигналы коммутации с формированием совокупности N двоичных символов, распределенных в течение данного тактового интервала по N выходным каналам приемного терминала так же, как на входе передающего терминала.
Заявленный способ управления скоростью передачи информационных потоков обеспечивает повышение достоверности передачи оптического сигнала за счет повышение значения отношения оптический сигнал/шум на входе фотоприемного устройства при требуемой протяженности волоконно-оптической линии связи.
Правомерность теоретических предпосылок проверялась с помощью имитационной модели волоконно-оптической системы передачи с мультиплексированием по длине волны при следующих условиях:
- число спектральных каналов m=8;
- протяженность - 80 км;
- необходимо передать цифровые информационные потоки 10 Giga-bitEthernet, имеющие скорость передачи 9,95 Гбит/с (10 GBase-W), однако в спектральном канале №8 необходимо обеспечить информации со скоростью 10,3125 Гбит/с (10 GBase-R);
rтреб
- для выполнения требований по достоверности передачи оптического сигнала для значения отношения оптический сигнал/шум должно быть не менее Но>27 дБм.
Результаты проверки приведены на фиг.2, где на фиг.2а показаны графики зависимости отношения оптический сигнал/шум от длины линии в спектральных каналах до оптимизации значений мощности оптического излучения, вводимого в оптическое волокно. Анализ графиков показывает, что вследствие влияния эффекта вынужденного комбинационного рассеяния форма графиков зависимости отношения оптический сигнал/шум для длинноволновых спектральных каналов отличается от линейной, а также при увеличении скорости передачи спектральный канал №8 не удовлетворяет требованию по достоверности передачи оптического сигнала. На фиг.2б представлены аналогичные графики после оптимизации вводимой в оптическое волокно мощности оптического сигнала.
Из приведенных данных следует, что после оптимизации значений мощности оптического сигнала, вводимой в оптическое волокно, и распределения информационных потоков по спектральным каналам влияние ВКР на достоверность передачи оптического сигнала снижается, при этом все спектральные каналы удовлетворяют требованию по достоверности передачи, что указывает на возможность достижения заявленного технического результата.
ПЕР
ПРМ
1
m
ПЕР
ПРМ
1
m
1
m
Устройство управления скоростью передачи информационных потоков (фиг.1) содержит схему управления коммутацией 1, устройства ввода в терминал N синхронных информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации 2, кодера-коммутатора 3, синтезаторов СВЧ-поднесущих 4 и 4, схемы управления канальными оптическими передатчиками 5, канальных оптических передатчиков 6-6, устройств объединения и разделения спектрально-разнесенных оптических каналов 7 и 7, оптического тракта передачи линейного сигнала 8 (линейное оптическое волокно), канальных фотоприемных устройств 9-9, канальных устройств определения поднесущей 10-10 устройства тактовой синхронизации 11, оптического анализатора спектра 12, декодера 13, дешифратора сигналов коммутации 14, контроллера коммутатора цифровых информационных потоков 15, коммутатора 16, устройства вывода сигналов N синхронных информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации 17.
ПЕР
1
m
ПЕР
1
m
1
m
ПЕР
ПРМ
1
m
1
m
1
m
ПРМ
1
m
1
m
1
m
Элементы соединены между собой следующим образом (фиг.1). Первый выход схемы управления коммутацией 1 соединен с входом устройства ввода в терминал N-канальных информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации 2 для ввода сигнала коммутации. Второй выход схемы управления коммутацией 1 соединен с входом схемы управления канальными оптическими передатчиками 5. Информационные выходы устройства ввода в терминал N-канальных информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации 2 подключены к N информационным входам кодера-коммутатора 3, выход устройства ввода в терминал N синхронных информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации для передачи сигнала коммутации подключен к коммутационному входу кодера-коммутатора 3 и схемы управления канальными оптическими передатчиками 5, выход для передачи тактовой частоты устройства ввода в терминал N-канальных информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации подключен к тактовым входам кодера-коммутатора 3, синтезатора СВЧ поднесущих 4 и канальных оптических передатчиков 6-6, n СВЧ выходов синтезатора СВЧ поднесущих 4 подключены к n СВЧ входам кодера-коммутатора, m СВЧ выходов кодера-коммутатора 3 подключены к входам модуляторов m канальных оптических передатчиков 6-6, m выходов схемы управления канальными оптическими передатчиками 5 подключены к входам m канальных оптических передатчиков 6-6, оптические выходы m канальных оптических передатчиков подключены к m входам устройства объединения спектрально-разнесенных оптических каналов 7, выход которого подключен ко входу линейного оптического тракта 8, выход которого подключается ко входу устройства разделения спектрально-разнесенных оптических каналов 7, m выходов которого подключены соответственно к оптическим входам m канальных фотоприемных устройств 9-9, первые СВЧ выходы которых подключены соответственно к информационным СВЧ входам устройств определения поднесущей 10-10 и входам оптического анализатора спектра 12, выход которого по каналу обратной связи соединен с соответствующим входом схемы управления коммутацией 1, а вторые СВЧ выходы канальных m фотоприемных устройств 9-9 подключены к входам устройства тактовой синхронизации 11, один выход которого соединен с входом синтезатора СВЧ поднесущих 4, другой выход соединен со входами для тактовой частоты канальных устройств определения поднесущей 10-10, выход устройства тактовой синхронизации 11 для передачи сигнала коммутации соединен со входом декодера 13, n выходов синтезатора СВЧ поднесущих 4прм соединены со входами канальных устройств определения поднесущей 10-10, N выходов каждого канального устройства определения поднесущей 10-10 СВЧ выходы которого подключены параллельно ко входам СВЧ поднесущих во всех m устройствах определения поднесущей, выходы устройств определения поднесущей подключены соответственно к m по n информационным входам декодера 13, при этом в состав декодера введено устройство вывода избыточных тактовых наборов СВЧ поднесущих, выходы которого подключены к входам дешифратора сигналов коммутации 14, выход дешифратора сигналов коммутации подключен ко входу контроллера коммутатора цифровых каналов 15, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора цифровых каналов 16, N информационных входов которого подключены к N информационным выходам декодера 13, N информационных выходов подключено к N входам устройства вывода из терминала N синхронных информационных потоков и тактовой частоты 17.
Схема управления коммутацией 1 предназначена для формирования сигнала коммутации и распределения синхронных информационных потоков по исправно-функционирующим спектральным каналам в случае выхода из строя какого-либо спектрального канала, а также формирования управляющего сигнала для схемы управления канальными оптическими передатчиками. Схема данного устройства является известной и может быть реализована, как указано, например, в книге Ионов С.В., Лихачев А.М., Насурдинов Э.Ф. Новые технологии построения технических систем электросвязи. / Под ред. А.А.Иванова. - М., 1999. - С.140-144.
Устройство ввода в терминал N синхронных информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации 2 предназначено для ввода в терминал информационных потоков синхронной цифровой иерархии, сигналов тактовой синхронизации и сигналов коммутации и может быть построено по любой известной схеме, например, см. книгу Андреев И.А., Бурдин В.А. и др. Строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий связи. Учебник для вузов. / Под ред. Б.В.Попова. - М.: Радио и связь, 1995. - С.93-97.
Кодер-коммутатор 3 представляет собой разновидность известного кодирующего устройства, "отображающую" комбинацию N входных символов ("нулей" и "единиц"), образующуюся в течение каждого тактового интервала, в однозначно соответствующее этой комбинации сочетание m определенных СВЧ-поднесущих (m×n). Такое отображение может выполняться известными схемотехническими приемами с помощью быстродействующей электронной логики и диодных СВЧ-ключей, как это показано в книге Никульский И.Е. Оптические интерфейсы цифровых коммутационных станций и сети доступа. - М.: Техносфера, 2006. - С.113-118.
ПЕР
ПРМ
Синтезатор СВЧ поднесущих 4 и 4 обеспечивает формирование сетки оптических несущих информационных каналов. Схема данного устройства известна и может быть реализована как указано, например, в книге Янг М. Оптика и лазеры, включая волоконную оптику и оптические волноводы: пер. с англ. - М.: Мир, 2005. - С.110-120.
Схема управления канальными оптическими передатчиками 5 обеспечивает управление мощностью излучения оптических передатчиков за счет реализации известного алгоритма (И.А.Сайтов и др. Программа оптимизации характеристик активных компонентов волоконно-оптического линейного тракта в условиях доминирующего влияния вынужденного комбинационного рассеяния на достоверность передачи оптических сигналов. - Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ и баз данных №2008614569. - Заявка №2008613593 от 01.08.2008). Схема данного устройства является известной и может быть реализована, как это указано в книге Сайтов И.А., Щекотихин В.М. Теоретические основы построения средств связи оптического диапазона. Учебное пособие. - Орел: Академия ФСО России, 2008. - С.232-237.
1
m
Канальные оптические передатчики 6-6 предназначены для преобразования электрического сигнала на входе в оптический сигнал на выходе. Как правило, в системах с мультиплексированием по длине волны в качестве канальных оптических передатчиков используются лазерные диоды. Данные устройства являются известными и могут быть реализованы, как это укзано в книге Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. - М.: Компания Сайрус Системе, 1999. - С.134-143.
ПЕР
ПРМ
Устройство объединения спектрально-разнесенных оптических каналов 7 выполняет функцию спектрального уплотнения оптических сигналов и вводит групповой оптический сигнал в оптическое волокно. Устройство разделения спектрально-разнесенных оптических каналов 6 предназначено для демультиплексирования информационного потока. Схемы устройств объединения и разделения спектрально-разнесенных оптических каналов аналогичны друг другу, известны и могут быть реализованы, как это указано в книге Сайтов И.А., Щекотихин В.М. Теоретические основы построения средств связи оптического диапазона. Учебное пособие. - Орел: Академия ФСО России, 2008. - С.244 252, рис.5.31.
1
М+1
Оптическое волокно 8-8 является основным элементом оптических кабелей связи и служит средой распространения оптического сигнала. Технология изготовления оптических кабелей связи и оптического волокна достаточно известна и описана, например, в книге Верник С.М., Гитин В.Я., Иванов B.C. Оптические кабели связи. - М.: Радио и связь, 1988. - С.15-21, рис.3.
1
m
1
m
Канальные фотоприемные устройства 9-9 предназначены для осуществления оптоэлектронного преобразования принятого излучения соответствующего канала и его предварительного усиления в частотных полосах всех m возможных СВЧ-поднесущих. Схемы канальных фотоприемных устройств 9-9, хорошо известны и могут реализовываться, как это указано в книге Мосс Т., Баррел Г., Эллис Б. Полупроводниковая оптоэлектроника: пер. с англ. М.: Мир, 1976. С.125-135.
1
m
m
m
m
ПРМ
Канальные устройства определения поднесущей 10-10 предназначены для выделения СВЧ поднесущих из принятого сигнала. Принцип работы устройства определения поднесущей 10 следующий: сигнал с выхода канального фотоприемника 9 подается на вход канального устройства определения поднесущей 10, усиливается и разделяется на n сигналов, каждый из которых подводится к своему смесителю (всего их n), к которому подводится также одна из m СВЧ-поднесущих, вырабатываемых синтезатором 3. На выходе смесителей установлены фильтры нижних частот (ФНЧ), так что номинальный сигнал на выходе ФНЧ будет образовываться только при одновременном подходе к смесителю одинаковых поднесущих. Этот сигнал и определит принятую в данном канале поднесущую. На границах тактовых интервалов сигналом "синхр" производится сброс предыдущего значения. Схемы канальных устройств определения поднесущей известны и могут быть реализованы как это указано в книге Калашников Н.И., Крупицкий Э.И., Дороднов И.Л., Носов В.И. Системы радиосвязи: учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1988. С.144-151.
1
m
Устройство тактовой синхронизации 11 восстанавливает тактовую частоту FT по ее гармоникам, содержащимся в фототоках канальных фотоприемных устройств 9-9, и формирует сигналы, необходимые для тактовой синхронизации всех функциональных узлов приемного терминала. Схема устройства тактовой синхронизации известна и может быть реализована, как это указано в книге Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. - М.: Эко-Трендз, 2000. - 254-257 с.
Оптический анализатор спектра 12 осуществляет измерение параметров принятого оптического сигнала, а именно значение отношения оптический сигнал-шум в каждом спектральном канале. В случае если значение отношения оптический сигнал шум в каком-то спектральном канале становиться ниже требуемого, то оптический анализатор спектра посылает по обратному каналу связи сигнал на схему управления канальными оптическими передатчиками 4, которая обеспечивает перераспределение информационного потока из неисправного спектрального канала и соответственно корректирует мощность, вводимую в другие спектральные каналы. Оптический анализатор спектра является известным устройством и может быть реализован, как это указано в книге Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. - М.: Компания Сайрус Системе, 1999. - С.337-338.
Декодер 13 обеспечивает декодирование тактового набора СВЧ-поднесущих в тактовое распределение N двоичных символов на выходах декодера, повторяющее распределение символов на входе кодера-коммутатора 3. Схема декодера известна и может быть реализована, например, см. книгу Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. - М.: Радио и связь, 1987. - С.191-193, рис.1.19.
Дешифратор сигналов коммутации 14 производит дешифровку сервисного тактового набора с формированием соответствующего управляющего сигнала. Схема дешифратора сигналов является известной и может быть реализована как это указано, например, в книге Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. - М.: Эко-Трендз, 2000. - С.145-147.
Контроллер коммутатора цифровых каналов 15 вырабатывает соответствующая командная комбинация для требуемых переключений, передаваемых в коммутатор. Контроллер коммутатора цифровых каналов явялется известным устройством и может быть реализован, как указано в книге Шмалько А.В. Цифровые сети связи: основы планирования и построения. - М.: Эко-Трендз, 2001. - С.64-66.
Коммутатор цифровых каналов 16 реализует коммутацию информационных потоков для соотвествующих пользователей. Коммутатор цифровых каналов является известным устройством и может реализовываться как указано в книге Шмалько А.В. Цифровые сети связи: основы планирования и построения. - М.: Эко-Трендз, 2001. - С.114-116.
Устройства вывода из терминала N синхронных информационных потоков и тактовой частоты 17 предназначено для вывода цифровых синхронных информационных потоков, сигналов тактовой синхронизации и сигналов коммутации и распределения их к абонентам и может быть построено по любой известной схеме, например, см. книгу Андреев И.А., Бурдин В.А. и др. Строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий связи. Учебник для вузов. / Под ред. Б.В.Попова. - М.: Радио и связь, 1995. - С.93-97.
ПЕР
m
m
T
m
1
m
1
m
ПЕР
ПЕР
1
m
1
M+1
Устройство работает следующим образом. На вход передающего терминала подаются N передаваемых цифровых потоков, которые поступают на устройство ввода в терминал сигналов N синхронных информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации 2. С выхода схемы управления коммутацией 1 поступает сигнал коммутации на соответствующий вход устройства ввода в терминал сигналов N синхронных информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации 2. Сигнал тактовой частоты поступает на вход синтезатора СВЧ поднесущих 4, который формирует n, где  гармоник тактовой частоты, кратность и число которых определяются полосой рабочих частот оптоэлектронных узлов передающего и приемного терминалов (канальные оптические передатчики 6, канальные фотоприемные устройства 9), а также исходными техническими параметрами (число передаваемых цифровых информационных потоков N, число спектрально мультиплексируемых оптических каналов m). Эти n гармоник, предназначенные для использования далее в качестве СВЧ поднесущих передаваемых сигналов, подводятся на СВЧ входы кодера-коммутатора 3, а на другие входы кодера-коммутатора подводятся параллельно N входных цифровых информационных потоков, а также тактовая частота F и сигналы коммутации. Тактовый набор m СВЧ поднесущих подается одновременно на m канальных оптических передатчиков 6 и схему управления канальными оптическими передатчиками 5, которая управляет значением мощности вводимого в оптическое волокно оптического сигнала. На другой вход схемы управления канальными оптическими передатчиками поступает сигнал от схемы управления коммутацией и в случае перераспределения нагрузки из неисправного спектрального канала по другим спектральным каналам схема управления оптическими передатчиками обеспечивает требуемое увеличение излучаемой мощности оптического сигнала. Передатчики излучают сигналы, каждый на своей длине волны (λ, …, λ), модулированные этими СВЧ поднесущими в течение данного тактового интервала. В конце каждого тактового интервала сигналом тактовой синхронизации производится сброс установки диодных СВЧ ключей, коммутирующих поднесущие, затем новая тактовая комбинация на N входах кодера-коммутатора 3 отображается (кодируется) в новое, однозначно соответствующее ей распределение r СВЧ поднесущих (из n возможных) и вся процедура повторяется такт за тактом. Выходные тракты оптических канальных передатчиков 6-6, подключаются к входам устройства объединения спектрально-разнесенных оптических каналов 7, обычно выполняемого в системах со спектральным мультиплексированием на основе оптических фильтров. Устройство 7 суммирует m оптических сигналов с различными длинами волн (λ, …, λ), промодулированных на каждом такте "своим" распределением СВЧ поднесущих в групповой линейный оптический сигнал, который вводится в оптический тракт передачи линейного сигнала 8-8 (в линейное оптическое волокно).
ПРМ
1
m
1
m
На входе приемного терминала после прохождения по линейному тракту групповой линейный сигнал вначале подвергается с помощью такого же устройства 7, но включенного в обратном направлении, разделению на m спектрально-разнесенных оптических каналов, каждый из которых подключается на вход "своего" канального фотоприемного устройства 9-9, выходные сигналы которых подаются на входы устройства тактовой синхронизации 11, а также на входы канальных устройств определения поднесущей 10-10 и оптического анализатора спектра 12 соответственно. Оптический анализатор спектра 12 обеспечивает измерение значения отношения оптический сигнал-шум в каждом спектральном канале. Если значение отношение оптический сигнал-шум в каждом спектральном канале соответствует норме, то система продолжает функционировать в нормальном режиме. В случае, если значение отношение оптический сигнал-шум в каком-то спектральном канале отклоняется от нормы, то с выхода оптического анализатора спектра 12 по каналу обратной связи, который организуется в потоке в обратном направлении, поступает соответствующий сигнал на схему управления коммутацией 1.
T
ПРМ
1
m
1
m
Восстановленная тактовая частота F с выхода устройства тактовой синхронизации 11 подается на вход синтезатора СВЧ поднесущих 4 аналогично синтезатору в передающем терминале, с той лишь разницей, что набор m синтезированных СВЧ поднесущих с выходов синтезатора поступает не на одно устройство (кодер-коммутатор 3), а на СВЧ входы всех m канальных устройств определения поднесущй 10-10, в которых этот набор используется для гетеродинирования сигналов, подводимых с выходов канальных фотоприемных устройств 9-9.
1
m
Таким образом, m канальный набор СВЧ поднесущих с выходов устройств 10-10 подводится к информационным входам декодера 13 в качестве эквивалента принятого тактового набора СВЧ поднесущих и отображается декодером 13 в тактовое распределение N двоичных символов на выходах декодера, повторяющее распределение символов на входе кодера-коммутатора 3.
При подаче на коммутационный вход кодера-коммутатора 3 сигнала коммутации передаваемых цифровых информационных потоков кодером формируется соответствующий этому сигналу "сервисный" тактовый набор СВЧ поднесущих, который не входит в таблицу кодирования информационных совокупностей двоичных символов, а содержится в таблице кодирования сервисных сигналов. Если число коммутационных (сервисных) сигналов, предусмотренных при работе системы связи, равно K, то число r поднесущих берется таким, чтобы , где  - число размещений из r элементов по R.
Прохождение сервисного тактового набора по оптическому тракту устройства не отличается от прохождения информационного тактового набора, но в декодере 13 сервисный тактовый набор, не входящий в таблицу декодирования информационных тактовых наборов, выводится на вход дешифратора сигналов коммутации 14, затем передается на вход контроллера коммутатора цифровых информационных потоков 15, в котором, в свою очередь, вырабатывается соответствующая командная комбинация для требуемых переключений, передаваема в коммутатор 16. После выполнения этих переключений порядок расстановки синхронных каналов, существовавший на входе передающего терминала и переданный на выход декодера 13, изменится на другой, заданный сигналом коммутации СК и реализованный коммутатором 16. В таком новом порядке совокупность цифровых информационных потоков через устройство вывода из терминала N синхронных информационных потоков и тактовой частоты 17 поступает к аппаратуре принимающих абонентов (фиг.1).