СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ МУЛЬТИПРОТОКОЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO SEND MULTI-PROTOCOL INFORMATION FLOWS AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Предлагаемые технические решения 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 C.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 одного цифрового потока. Для смены терминала-корреспондента может использоваться изменение рабочей длины волны, но общее число одновременно передаваемых по системе каналов ограничено числом мультиплексируемых оптических несущих.
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 передачи мультипротокольных информационных потоков, имеющих разные скорости.
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 n 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 групповой 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) возможность передачи по спектральным каналам только информационных потоков синхронной цифровой иерархии (SDH) одинаковой скорости;
2) при скоростях передачи сигналов выше 2,5 Гбит/с в результате воздействия влияния эффекта вынужденного комбинационного (рамановского) рассеяния снижается достоверность передачи оптических сигналов.
Современная концепция оптических транспортных сетей (Рекомендация G.805. Общая функциональная архитектура транспортных сетей) предполагает сочетание как средств статического (SDH), так и статистического мультиплексирования (ATM, 10 Gigabit Ethernet и т.д.), причем используемые технологии переноса могут также отличаться по скорости передачи.
Известно, что вводимая в оптическое волокно мощность связана со скоростью передачи оптического сигнала следующим образом (Саитов И.А., Щекотихин В.М. Теоретические основы построения средств связи оптического диапазона. Уч.пособие. - Орел: Академия ФСО России, 2008. - 490 с.):
vv, m
ist m
где P - мощность оптического сигнала m-го спектрального канала, вводимая в оптическое волокно, мВт; 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 передаче по спектральным каналам мультипротокольных цифровых информационных потоков (с различными скоростями) вводимая в оптическое волокно мощность для каждого спектрального канала будет различна, что повлияет на интенсивность вынужденного комбинационно рассеяния (ВКР), а 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).
vv
por
vv
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.
Задачей изобретения является разработка способа передачи мультипротокольных информационных потоков и устройства для его осуществления, позволяющих 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 использовании в спектральных каналах различных технологий переноса информации и требуемой протяженности волоконно-оптической линии связи.
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
s m
Σ m
q m
где Ho - значение отношения оптический сигнал/шум на входе фотоприемного устройства m-го спектрального канала, дБм; P - мощность оптического сигнала на входе фотоприемного устройства m-го спектрального канала, P - суммарная мощность информационного сигнала и шумов m-го спектрального канала, мВт; P - мощность квантовых шумов оптических передатчиков с разнесенными длинами волн m-го спектрального канала, мВт.
В заявленном способе эта задача решается тем, что в известном способе передачи сигналов синхронных цифровых волоконно-оптических систем методом спектрально-кодового мультиплексирования, заключающемся 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 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 групповой 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, дополнительно анализируют скорости и протоколы передачи совокупности N мультипротокольных информационных потоков, затем совокупность N входных символов N-канального сигнала цифровой системы передачи, образующуюся в течение каждого тактового интервала, кодируют тактовым набором m 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 распределение рабочих длин осуществляют следующим образом: высокоскоростные информационные потоки направляют по коротковолновым спектральным каналам, а информационные потоки с меньшими скоростями направляют по спектральным каналам с большей длиной волны, 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.
Новая совокупность существенных признаков позволяет достичь указанного технического результата за счет того, что анализируют скорости и протоколы передачи совокупности N мультипротокольных информационных потоков, 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 распределение рабочих длин осуществляют следующим образом: высокоскоростные информационные потоки направляют по коротковолновым спектральным каналам, а информационные потоки с меньшими скоростями направляют по спектральным каналам с большей длиной волны, кроме того, сигналы различных цифровых каналов водят в оптическое волокно с различной мощностью сигнала.
Эта задача решается в заявленном устройстве передачи мультипротокольных информационных потоков за счет того, что в известном устройстве передачи сигналов синхронных цифровых волоконно-оптических систем методом спектрально-кодового мультиплексирования, содержащем 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 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 ко 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, канальные устройства определения поднесущей, декодер, дешифратор сигналов коммутации, 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 устройств определения поднесущей, а вторые СВЧ выходы подключены ко входам устройства тактовой синхронизации, выходы которого подключены к входам тактовой синхронизации устройств определения поднесущей, декодера 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 ко входам дешифратора сигналов коммутации, дополнительно введены анализатор протоколов, схема управления канальными оптическими передатчиками с разнесенными длинами волн, устройство ввода в терминал N мультипротокольных информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации, контроллер коммутатора цифровых каналов, коммутатор цифровых каналов и устройство вывода из терминала N мультипротокольных информационных потоков и тактовой частоты, при этом N мультипротокольных информационных потоков подключены к анализатору протоколов, выходы цифровых каналов которого через устройство ввода в терминал N мультипротокольных информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации подключены к N информационным входам кодера-коммутатора, а сигнал коммутации подключен к коммутационному входу кодера-коммутатора и к входу схемы управления канальными оптическими передатчиками с разнесенными длинами волн, выходы которой подключены ко вторым входам m канальных оптических передатчиков, выход дешифратора сигналов коммутации подключен ко входу контроллера коммутатора цифровых каналов, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора цифровых каналов, N информационных входов которого подключены к N информационным выходам декодера, N информационных выходов подключено к N входам устройства вывода из терминала N мультипротокольных информационных потоков и тактовой частоты.
Благодаря новой совокупности существенных признаков за счет дополнительно введенных элементов в заявленное устройство реализовано повышение достоверности передачи оптического сигнала (повышение значения отношения оптический сигнал/шум на входе фотоприемного устройства). При этом минимизировано влияние эффекта вынужденного комбинационного рассеяния при использовании в спектральных каналах различных технологий переноса информации и 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 мультипротокольных 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 прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения 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 мультипротокольных информационных потоков;
на фиг.2 - графики зависимости отношения оптический сигнал/шум от длины линии при различной скорости информационных потоков в спектральных каналах до и после оптимизации значений мощности оптического излучения, вводимого в оптическое волокно;
на фиг.3 - схема анализатора протоколов.
Реализация заявленного способа заключается в следующем. На вход передающего терминала подаются N передаваемых цифровых потоков, которые поступают на анализатор протоколов передачи, которые анализируют скорости и протоколы передачи совокупности N мультипротокольных информационных потоков, затем совокупность N входных символов N-канального сигнала цифровой системы передачи, образующуюся в течение каждого тактового интервала, кодируют тактовым набором m 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 распределение рабочих длин осуществляют следующим образом: высокоскоростные информационные потоки направляют по коротковолновым спектральным каналам, а информационные потоки с меньшими скоростями направляют по спектральным каналам с большей длиной волны, 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 передачи мультипротокольных информационных потоков обеспечивает повышение достоверности передачи оптического сигнала за счет повышения значения отношения оптический сигнал/шум на входе фотоприемного устройства при использовании в спектральных каналах различных технологий переноса информации и 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, имеющие разную скорость передачи и различные по технологии переноса STM-64 (9,95 Гбит/с) и 10 GigabitEthernet Base-R (10,3125 Гбит/с);
r треб
- для выполнения требований по достоверности передачи оптического сигнала для STM-64 значение отношения оптический сигнал/шум должно быть не менее Ho>27 дБм.
Результаты проверки приведены на фиг.2, где на фиг.2а показаны графики зависимости отношения оптический сигнал/шум от длины линии при различной скорости информационных потоков 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 так же не все спектральные каналы удовлетворяют требованию по достоверности передачи оптического сигнала. На фиг.2б представлены аналогичные графики после оптимизации вводимой в оптическое волокно мощности оптического сигнала и рационального распределения цифровых информационных потоков по спектральным каналам.
Из приведенных данных следует, что после оптимизации значений мощности оптического сигнала, вводимой в оптическое волокно, и рационального распределения мультипротокольных 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 передачи мультипротокольных информационных потоков (фиг.1) состоит из анализатора протоколов 1, устройства ввода в терминал сигналов N-канальной цифровой системы передачи, 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, декодера 12, дешифратора сигналов коммутации 13, контроллера коммутатора цифровых информационных потоков 14, коммутатора 15, устройства вывода сигналов N-канальной цифровой системы передачи, тактовой частоты и сигналов коммутации 16.
ПЕР
1
m
ПЕР
1
m
1
m
ПЕР
ПРМ
1
m
1
m
1
m
ПРМ
1
m
ПРМ
1
m
1
m
Элементы соединены между собой следующим образом (фиг.1). N выходов анализатора протоколов 1 соединены N с информационными входами устройства ввода в терминал сигналов N-канальной цифровой системы передачи, тактовой частоты и сигналов коммутации 2, а специальный выход анализатора протоколов для передачи сигнала коммутации связан со специальным входом устройства ввода в терминал сигналов N-канальной цифровой системы передачи, тактовой частоты и сигналов коммутации 2, N информационных выходов устройства ввода в терминал сигналов N-канальной цифровой системы передачи, тактовой частоты и сигналов коммутации 2 подключены к N информационным входам кодера-коммутатора 3, выход устройства ввода в терминал сигналов N-канальной цифровой системы передачи, тактовой частоты и сигналов коммутации 2 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 сигналов N-канальной цифровой системы передачи, тактовой частоты и сигналов коммутации 2 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 подключены соответственно к входам модуляторов m канальных оптических передатчиков 6-6, m выходов схемы управления канальными оптическими передатчиками 5 подключены к специальным 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 линейного оптического тракта 8 подключается ко входу устройства разделения спектрально-разнесенных оптических каналов 7, m выходов которого подключены соответственно к оптическим входам m канальных фотоприемных устройств 9-9, выходы для выделения тактовой частоты m канальных фотоприемных устройств 9-9, первые СВЧ выходы которых подключены соответственно к информационным СВЧ входам устройств определения поднесущей 10-10 и входам для выделения тактовой частоты устройства вывода сигналов N-канальной цифровой системы передачи, тактовой частоты и сигналов коммутации 16, а вторые СВЧ выходы подключены ко входам устройства тактовой синхронизации 11, один выход которого соединен со 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 12, n выходов синтезатора СВЧ поднесущих 4 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 12, при этом в состав декодера введено устройство вывода избыточных тактовых наборов СВЧ поднесущих, выходы которого подключены ко входам дешифратора сигналов коммутации 13, выход дешифратора сигналов коммутации подключен ко входу контроллера коммутатора цифровых каналов 14, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора цифровых каналов 15, N информационных входов которого подключены к N информационным выходам декодера 12, N информационных выходов подключено к N входам устройства вывода из терминала N мультипротокольных информационных потоков и тактовой частоты 16.
Анализатор протоколов 1 реализует функции мониторинга и анализа трафика в сети: определяет скорость поступающих информационных потоков в каждом из N каналов цифровой системы передачи, захватывает и декодирует пакеты различных протоколов (определяет тип используемой технологии переноса цифрового информационного потока передачи), формирует управляющий сигнал - сигнал коммутации, который необходим для распределения информационных потоков по соответствующим спектральным каналам в зависимости от скорости входящего цифрового информационного потока. Анализатор протоколов 1 может быть реализован в различных вариантах. В частности его схема, показанная на фиг.3, содержит детекторы скорости входящих информационных потоков 1.1.1-1.1.N, схему фильтрации и буферизации пакетов 1.2, декодер 1.3, схему анализатора пакетов 1.4, схему формирователя сигналов коммутации 1.5.
Одни выходы детекторов скорости входящих информационных потоков 1.1.1-1.1.N соединены с N входами схемы фильтрации и буферизации пакетов 1.2, другие выходы детекторов скорости входящих информационных потоков 1.1.1-1.1.N выходят из схемы анализатора протоколов и далее поступают на N информационных входов устройства ввода в терминал сигналов N-канальной цифровой системы передачи, тактовой частоты и сигналов коммутации, выходы схемы фильтрации и буферизации пакетов 1.2 соединяются с N входами декодера 1.3, выходы которого соединены с N входами схемы анализатора пакетов 1.4, выходы которой соединены с N входами схемы формирователя сигналов коммутации 1.5.
Анализатор протоколов может быть построен по известной схеме, например, см. книгу Леонтьев Б.К. Крэкинг без секретов. - М.: Компьютерная литература, 2001 г., С.326-334.
Устройство ввода в терминал N мультипротокольных информационных потоков, тактовой частоты и сигналов коммутации 2 предназначено для ввода в терминал цифровых мультипротокольных информационных потоков, 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 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. - C.110-120.
Схема управления канальными оптическими передатчиками 5 обеспечивает управление мощностью оптических передатчиков за счет реализации известного алгоритма (И.А.Саитов 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 Саитов И.А., Щекотихин В.М. Теоретические основы построения средств связи оптического диапазона. Учебное пособие. - Орел: Академия ФСО России, 2008. - С.232-237.
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 7 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 Саитов 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.
Оптическое волокно 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 4. 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.
T
1
m
1. Устройство тактовой синхронизации 11 восстанавливает тактовую частоту F 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.
Декодер 12 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 13 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 14 вырабатывает соответствующую командную комбинацию 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 15 реализует коммутацию информационных потоков для соответствующих 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. - C.114-116.
Устройства вывода из терминала N мультипротокольных информационных потоков и тактовой частоты для вывода цифровых мультипротокольных информационных потоков, сигналов тактовой синхронизации и сигналов коммутации и распределения их к абонентам 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
Устройство работает следующим образом. На вход передающего терминала подаются N передаваемых цифровых потоков, которые поступают на анализатор протоколов передачи 1, с выхода которого информационные потоки поступают на устройство ввода в терминал сигналов N-канальной цифровой системы передачи, 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 информанных 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 видеовходы кодера-коммутатора подводятся параллельно N входных цифровых информационных потоков, а также тактовая частота F. 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. 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 видеовходах кодера-коммутатора 3 отображается (кодируется) в новое, однозначно соответствующее ей распределение r СВЧ поднесущих (из n возможных) и вся процедура повторяется такт за тактом.
1
m
ПЕР
ПЕР
1
m
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 (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 соответственно.
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 поднесущей 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 12 в качестве эквивалента принятого тактового набора СВЧ поднесущих и отображается декодером 12 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 К, 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 12 сервисный тактовый набор, не входящий в таблицу декодирования информационных тактовых наборов, выводится на вход дешифратора сигналов коммутации 13, затем передается на вход контроллера коммутатора цифровых информационных потоков 14, в котором, в свою очередь, вырабатывается соответствующая командная комбинация для требуемых переключений, передаваемая в коммутатор 15. После выполнения этих переключений порядок расстановки синхронных каналов, существовавший на входе передающего терминала и переданный на выход декодера 12, изменится на другой, заданный сигналом коммутации СК и реализованный коммутатором 15. В таком новом порядке совокупность цифровых информационных потоков через устройство вывода 16 поступает к аппаратуре принимающих абонентов (фиг.1).