КАНАЛООБРАЗУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области телекоммуникаций, в частности, к аналоговым телефонным системам связи и предназначена для создания в аналоговом телефонном канале связи дополнительного аналогового канала передачи звуковой информации.
Из уровня техники известно устройство контроля телефонной линии общего пользования UM 103 (Петраков А.В., Основы практической защиты информации, М., Радио и связь, 1999, с.128, 133). Устройство предназначено для трансляции по радиоканалу телефонных переговоров контролируемого абонента или группы абонентов. Подключение производится в разрыв одного (любого) провода телефонной линии и в любом месте. Устройство не изменяет параметров телефонной линии и не вносит каких-либо дополнительных шумов. Питание производится непосредственно от линии связи, поэтому не требуется дополнительных источников питания. Используемый частотный диапазон исключает случайное прослушивание радиозакладки с помощью радиоприемника. При подключении устройства в разрыв одного провода телефонной линии полярность радиозакладки не имеет значения.
Известно устройство «телефонное ухо» ЭЛСИТИ-001 (Петраков А.В., Основы практической защиты информации, М., Радио и связь, 1999, с.128, 133), которое предназначено для акустического контроля помещений по телефонным линиям. Оно не оказывает влияния на нормальное функционирование телефонных линий и телефонных аппаратов, не требует дополнительного источника питания. Для прослушивания акустической обстановки помещения достаточно набрать номер телефона, к которому подключено «телефонное ухо».
Наиболее близким аналогом предложенной полезной модели является устройство с выносным микрофоном, содержащее микрофонный усилитель, узел согласования с телефонной линией, узел проверки состояния телефонной линии и передающее акустическую информацию в звуковом диапазоне, для аналоговых телефонных каналов связи (Специальные радиосистемы, Классификация специальных технических средств, предназначенных для съема информации в телефонной линии, http://www.radioscanner.ru/info).
Работает указанное устройство следующим образом. Если телефонный аппарат находится в режиме «трубка лежит», то с устройства по телефонному каналу связи следуют звуковые сигналы акустики помещения. Прием звуковых сигналов акустики возможен на протяжении всей трассы от телефонного аппарата до телефонной станции. Если телефонный аппарат находится в режиме «трубка снята» или на телефонный аппарат приходят вызывные сигналы, то устройство переходит в режим ожидания, то есть звуковые сигналы акустики в линию связи не проходят, а следуют сигналы телефонии. Все повторяется вновь с момента перехода телефонного аппарата в режим «трубка лежит».
Для приема звуковых сигналов акустики достаточно использовать усилитель с большим входным сопротивлением. Усилитель подключается параллельно к линии связи.
Следовательно принцип формирования сигналов акустики помещений и телефонии одинаков, поэтому они находятся в одном частотном диапазоне 300…3400 Гц и передавать их одновременно по одному телефонному каналу связи нельзя. Необходимо разнести эти события по времени. В этом случае временными реперными точками будут моменты:
- «трубка положена» - проходят по линии связи только звуковые сигналы акустики;
- «трубка поднята» - проходят только сигналы телефонии.
В другом варианте звуковые сигналы акустики с микрофонного усилителя воздействуют на высокочастотный генератор несущей частоты, которая может быть выбрана в диапазоне от 20 кГц до 8 мГц.
Звуковые сигналы акустики на высокой частоте вводятся в телефонную линию связи и передаются по ней. Модулированные высокочастотные сигналы принимаются соответствующей аппаратурой, подключаемой параллельно к линии связи на всем ее протяжении. После фильтрации и усиления звуковые сигналы акустики передаются не регистрирующую аппаратуру.
Такое техническое решение обеспечивает одновременную передачу по аналоговому телефонному каналу связи сигналов телефонии и звуковых сигналов акустики помещений.
Поскольку в аналоговых учережденческих (впрочем как и в городских) телефонных станциях для электропитания применяются источники тока, звуковые сигналы акустики формируются в соответствии с выражением:
0
где: i - ток в линии связи при подключенном к ней устройстве с выносным микрофоном в режиме «трубка лежит», ток покоя;
0
i - переменный ток на выходе микрофонного усилителя при преобразовании звуковых сигналов акустики в электрические;
1
0
1
i - пульсирующий ток, образующийся в линии связи при преобразовании тока i в соответствии с током i звуковых сигналов акустики.
После преобразований (1) имеем:
2
где: U - пульсирующее напряжение, образующееся в линии связи при преобразовании напряжения покоя  в соответствии с напряжением  звуковых сигналов акустики;
3
U - напряжение в линии связи при отключенном устройстве с выносным микрофоном;
r - распределенное сопротивление линии связи с учетом внутреннего сопротивления источника питания телефонной станции.
Из (2) видно, что при  максимальная амплитуда звуковых сигналов акустики
2max
3
U=U
0
3.
3
Следовательно, линейность звуковых сигналов акустики может обеспечиваться в пределах от U до U При превышении верхнего значения происходит их ограничение на уровне U (фиг.3, 4, 5).
3
0
Для исключения демаскирования при таком способе формирования и передачи звуковых сигналов акустики необходимо минимизировать разность U-U, то есть обеспечить минимально возможное потребление тока устройством с выносным микрофоном и тем самым уменьшить заметную разницу напряжений в линии связи при отключенном и при подключенным устройстве с выносным микрофоном.
Однако это обстоятельство заставляет существенно сужать динамический диапазон принимаемых звуковых сигналов, затрудняет прием слабых сигналов акустики в помещении, значительно уменьшает надежность и качество передачи и приема звуковых сигналов акустики по телефонному каналу связи, усложняет схемотехнику как устройства с выносным микрофоном, так и его приемной части.
В случае передачи звуковых сигналов акустики по аналоговому телефонному каналу связи на высокой несущей частоте должны учитываться жесткие требования к электрическим параметрам телефонных линий общего пользования, от которых зависит качество, надежность и дальность передачи звуковой информации, при этом существенно усложняется устройство с выносным микрофоном. Необходимо также решать вопросы защиты телефонного канала связи от высокочастотных помех.
Итак известные устройства с выносным микрофоном, в том числе и выбранное в качестве наиболее близкого аналога, создавались с учетом одного из важных требований - максимальной минимизации демаскирующих факторов, диктуемых областью их применения: «шпионские» цели, несанкционированные передача и съем звуковой информации в телефонных линиях связи.
В этой связи им присущ ряд недостатков, перечисленных выше.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании устройства - каналообразующего преобразователя для осуществления санкционированного контроля акустики помещений путем формирования и передачи сигналов акустики по абонентскому аналоговому телефонному каналу связи, в котором отсутствовали бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается:
- в расширении линейного участка динамического диапазона входных звуковых сигналов акустики помещений, преобразуемых в электрические сигналы,
- в достижении необходимых надежности и качества передачи и приема звуковых сигналов акустики по аналоговому абоненсткому телефонному каналу связи,
- в исключении искажений и пропаданий вызывных сигналов телефонии из-за перегрузки и сбоев в кодовых последовательностях импульсов номеронабирателя при воздействии на преобразователь высокоинтенсивных звуковых сигналов акустики,
- в разработке простого по схемотехнике, по используемой элементной базе, по изготовлению преобразователя с сравнительно небольшими массогабаритными параметрами, универсального по использованию в аналоговых учережденческих телефонных станциях с различными линейными напряжениями питания.
Указанный технический результат достигается в каналообразующем преобразователе, содержащем узел согласования с телефонной линией связи, по входу соединенный с абонентской аналоговой телефонной линией связи, а по выходу с токовым усилителем - ключом, детектором положения телефонной трубки и узлом защиты, объединенный выход которых вместе с выходом звукоприемника соединен с другим входом токового усилителя - ключа, выход которого подключен к входу звукоприемника.
Токовый усилитель - ключ содержит транзистор, коллектор которого подключен к шине питания, а его эмиттер через две параллельных ветви, одна из которых представляет низко импеданскую пару из резистора и шунтирующего его конденсатора, а другая - последовательное соединение микрофона и нагрузочного резистора звукоснимателя, подключен к другой шине питания, при этом база транзистора соединена с объединенным выходом звукоприемника, детектора положения телефонной трубки и узла защиты.
Узел защиты содержит транзистор, коллектор которого соединен с базой транзистора токового усилителя - ключа, база соединена с резистором, второй вывод которого вместе с эмиттером транзистора подключены к шине питания, а другая шина питания подведена к базе транзистора через последовательно соединенные резистор и конденсатор.
Детектор положения телефонной трубки содержит стабилитрон, один вывод которого подключен к шине питания, а второй - к резистивному делителю, состоящему из подстроечного резистора, присоединенного с одной стороны к стабилитрону, а с другой - к базе транзистора токового усилителя - ключа, и последовательно соединенного с ним резистора, один вывод которого подведен к узлу соединения подстроечного резистора, коллектора транзистора узла защиты, микрофона звукоприемника и базы транзистора токового усилителя - ключа, а второй - к другой шине питания.
Заявленная полезная модель обеспечивает:
- увеличение тока потребления преобразователем в статике до предельных величин, определяемых энергетическими возможностями источника питания телефонной станцией. Это позволяет расширить линейную часть динамического диапозона воспринимаемых звуковых сигналов акустики до сравнительно больших величин (несколько вольт), соизмеряемых с сигналами телефонии;
- улучшение соотношения сигнал/шум при передаче звуковой информации об акустике помещений по телефонной линии связи;
- введение защиты вызывных сигналов телефонии от искажений и пропаданий, обословленных их перегрузкой по цепи питания преобразователя;
- введение защиты кодовых последовательностей импульсов номеронабирателя от сбоев, обусловленных прохождением на плоских вершинах импульсов номеронабирателя высокоинтенсивных сигналов акустики;
- введение в преобразователь подстроечного элемента для обеспечения его работы в учрежденческих телефонных станциях, источники питания которых имеют разные линейные напряжения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная блок-схема каналообразующего преобразователя; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема каналообразующего преобразователя; на фиг.3 - 5 - осциллограммы электрических сигналов акустики в телефонной линии связи; на фиг.6 - абонентские аналоговые каналы связи учрежденческой (офисной) аналоговой телефонной станции (УАТС), содержащие заявленный преобразователь и звукорегистрирующую аппаратуру для съема и озвучивания сигналов акустики помещений с линии связи.
Каналообразующий преобразователь (фиг.1) включает в себя узел согласования 1 с телефонной линией связи (ТЛС), соединенный по входу с абонентской аналоговой телефонной линией связи (ААТЛС), а по выходу - с токовым усилителем - ключом 2, детектором 3 положения телефонной трубки и узлом защиты 4, объединенный выход 6 которых вместе с выходом звукоприемника 5 соединен с другим входом токового усилителя - ключа 2, выход которого соединен с входом звукоприемника 5.
Каналообразующий преобразователь работает следующим образом (фиг.2):
1. Режим «трубка положена».
0
3
При подключении преобразователя параллельно к абонентской телефонной линии связи (АТЛС) на выходе мостового выпрямителя VDS1 узла согласования 1 с ТЛС устанавливается напряжение, полярность которого не зависит от полярности напряжения на его входе, а в ААТЛС на входе VDS1 появляется напряжение U, величина которого меньше исходного напряжения U, то есть
0
из-за падения напряжения на r при протекании тока потребления i преобразователя.
0
Выражение (3) определяет линейную часть динамического диапазона преобразования входных звуковых сигналов акустики в электрические. Чем больше i при r=const, тем шире динамический диапазон.
0
0
Ограничивается ток i энергетическими возможностями источника питания телефонной станции. При превышении током i определенной величины абонентская линия рассматривается телефонной станцией, как «занята».
0
ст
В режиме «трубка положена» напряжение U превышает напряжение стабилизации U на стабилитроне VD2 и он оказывается в проводящем состоянии.
На базе VT2 появляется напряжение:
4
где: U - напряжение на базе VT2 в режиме «трубка положена»,
3
3
4
R - сопротивление резистора резистивного делителя R-R,
4
3
4
R - сопротивление на выходе подстроечного резистора делителя R-R.
4
0
Под действием напряжения U транзистор VT2 открыт и в АТЛС устанавливается ток покоя i.
0
5
6
4
4
6
5
Ток i определяется, в основном, током эмиттера VT2 и включает в себя токи двух параллельных ветвей МК - R и R и зависит от напряжения U. Напряжение U определяет также напряжение питания звукоприемника 5. Резистор R выбирается существенно меньше, чем сопротивление цепочки МК+R так, что, несмотря на большой ток в эмиттерной цепи, микрофон МК звукоприемника 5 работает в оптимальном токовом режиме.
4
4
4
0
4
0
3
Исходя из (4) величина U может регулироваться, например, подстроечным резистором. Изменением сопротивления R можно варьировать величиной U, а с ним и током i, в частности, добиваться компенсации ухода U и i при подключении преобразователя к телефонной станции с другим напряжением U.
2
3
6
Звуковые сигналы акустики, преобразованные микрофоном МК звукоприемника 5 в электрические, через разделительный конденсатор С проходят на базу транзистора VT2. Транзистор VT2 усиливает по току переменные сигналы акустики за счет прохождения их через конденсатор С, шунтирующий резистор R так, что на выходе преобразователя в ААТЛС наблюдается пульсирующий ток в соответствии с выражением (1).
Таким образом токовый усилитель - ключ 2 производит усиление по току сигналов акустики и управление малоимпедансной нагрузкой по цепи питания преобразователя, а также обеспечивает управление подачей электропитания на звукоприемник 5.
3
0
0
На фиг.3 - 5 показаны осциллограммы электрических звуковых сигналов акустики помещений в ААТЛС для NEC 2400jPx при U=25,8 В, U=22/6 В, i=7,6 mA.
2
3
2
3
2
3
На фиг.3 сигналы акустики в линии связи при U>U; на фиг.4 сигналы акустики в линии связи при U≤U; на фиг.5 сигналы акустики в линии связи при U<U.
Вызывные сигналы синусоидальной формы с приходом на телефонный аппарат с положенной трубкой преобразуются на выходе мостового выпрямителя VDS1 узла согласования 1 с телефонной линией в однополярные полусинусоиды.
По цепи R1 - С1 они воздействуют на базу транзистора VT1 узла защиты 4, который открывается на каждой полусинусоиде, и запирает транзистор VT2 токового усилителя - ключа 2. Тем самым запрещается прохождение вызывных сигналов на малоимпедансную нагрузку в цепи эмиттера VT2. Это обстоятельство дает возможность избежать искажений и пропаданий вызывных сигналов от перегрузки по цепи питания преобразователя.
2. Режим «трубка поднята».
0
0
ст
При поднятии трубки напряжение U снижается до значения U<U. Ток в цепи VD2 прекращается и напряжение на базе VT2 через резистор R3 понижается до нуля. Напряжение питания с звукоприемника 5 снимается, сигналы акустики в АТЛС не проходят. По линии связи следуют только сигналы телефонии.
Если в указанном режиме с телефонного аппарата с помощью номеронабирателя производится набор телефонного номера в импульсном режиме, когда напряжение меняется от импульса к импульсу от уровня «трубка поднята» до уровня «трубка положена», на плоских вершинах кодовых импульсов, соответствующих уровню «трубка положена», могут появляться звуковые сигналы акустики.
При больших величинах звуковых сигналов могут возникать сбои в кодовой последовательности импульсов номеронабирателя, что обуславливает неправильный набор телефонного номера.
Защита от таких сбоев построена на основе транзистора VT1, который открывается по цепи R1 - С1 от каждого кодового импульса из последовательности на фронте, соответствующем перепаду напряжения от уровня «трубка поднята» до уровня «трубка положена» и на всю его длительность.
Производится запрет прохождения сигналов акустики на плоской вершине каждого кодового импульса. Тем самым исключаются сбои в кодовых последовательностях импульсов.
На фиг.4 показана учрежденческая (офисная) аналоговая телефонная станция 7. Приведены два аналоговых канала (линии связи) 8 этой станции. В одном из каналов преобразователь 9 и звукорегистрирующая аппаратура 10 подключены параллельно к линии связи 8. Подключение к линии связи 8 может быть произведено в любом месте на всем ее протяжении от телефонного аппарата 11 до телефонной станции 7.
В другом канале преобразователь 9 вместе с микрофоном МК размещен в телефонном аппарате 11 и подключен параллельно к линии связи 8. Звукорегистрирующая аппаратура 10 подключается так же, как указано выше.
Принципиальная схема преобразователя очень проста, содержит небольшое количество электронных компонентов, не сложна в изготовлении и имеет сравнительно малые массогабаритные параметры.
Каналообразующий преобразователь сопряжен, испытан и работает в современном отечественном комплексе аппаратуры компьютерной звукозаписи «Фобос» фирмы «Вокорд», широко востребованной на Российском рынке, в составе офисных телефонных станций:
Panasonic КХ-Т336, KX-TD500, TES 824;
Ericsson MD110, Business Phone 250;
Nec2400jPx, Nec2000jPs.
Линейные напряжения источников электропитания этих станций составляют: 20 В, 22 В, 25 В, 27 В, 29 В, 43 В.