КАНАЛООБРАЗУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области телекоммуникаций, в частности, к цифровым телефонным системам связи и предназначена для создания в цифровом IP канале связи/предназначенном для транспортирования цифровых пакетов информации (голос + данные), дополнительного аналогового канала передачи звуковой информации.
Из уровня техники известно 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.
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.
Наиболее близким аналогом предложенной полезной модели является каналообразующий преобразователь (RU 93605, 27.04.2010). С помощью этого преобразователя можно производить передачу звуковой информации об акустике помещений в аналоговой форме по цифровому телефонному каналу связи. Достигается такая передача путем подключения этого преобразователя в разрыв одного из двух проводов телефонной линии связи в любом месте на всем ее протяжении от абонентского цифрового телефонного аппарата до учрежденческой (офисной) цифровой телефонной станции. При этом аналоговый канал передачи звуковых сигналов акустики образуется в абонентском цифровом телефонном канале связи за счет преобразования постоянного напряжения, подаваемого по телефонной линии связи от учрежденческой цифровой телефонной станции к абонентскому цифровому телефонному аппарату для обеспечения его функционирования, в пульсирующее в соответствии со звуковыми сигналами акустики.
Передача голосовой информации и данных в цифровых IP каналах связи производится с помощью пакетов импульсов, частота следования которых в пакетах составляет 10 мГц, по 4-х проводным (2-е пары проводов) линиям связи. Одна пара для прямого, а вторая пара для обратного подканалов передачи цифровых информационных пакетов.
В обоих подканалах применена гальваническая развязка IP телефонного аппарата и линейного коммутатора пакетов IP сервера с линиями связи с помощью высокочастотных импульсных трансформаторов.
В этой связи в линиях связи прямого и обратного подканалов отсутствует постоянное напряжение для питания телефонного IP аппарата.
Электропитание IP телефонного аппарата может производиться либо от сетевого адаптера, либо от сплиттера, питающее напряжение на который посылается от инжектора по свободной паре проводов (15 и 16 на фиг.1).
Недостаток всех известных устройств, в том числе и выбранного в качестве наиболее близкого аналога, заключается в том, что они не могут быть применимы для формирования, передачи и приема звуковых сигналов акустики помещений в аналоговой форме по цифровому IP каналу связи.
Не целесообразно создавать дополнительный аналоговый звуковой канал путем включения каналообразующего преобразователя параллельно или последовательно (в разрыв одного из связных проводов) линии связи в любом - прямом или обратном IP подканале.
Причина: высокочастотные импульсные трансформаторы и трансформаторы фильтров в IP канале связи обладают практически нулевым импедансом на звуковых частотах 300-3400 Гц. Фактической нагрузкой выходной цепи каналообразующего преобразователя по патенту RU 93605 при таком включении будет распределенное сопротивление линии связи, которое в пределах офиса имеет очень малые величины. К тому же организация дополнительного канала передачи звуковой информации в IP каналах связи может приводить к искажениям и сбоям как импульсов в цифровых пакетах, так и самих пакетов.
Вывод: невозможно организовать ни в одном из IP подканалов дополнительный канал передачи звуковых сигналов акустики в аналоговой форме.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании такой конструкции каналообразующего устройства и в нахождении такого способа включения его в цифровой IP канал связи, которые позволили бы образовать дополнительный канал передачи звуковых сигналов акустики по цифровому IP каналу связи и исключить указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается:
- в возможности формирования, передачи и приема звуковых сигналов акустики в аналоговой форме по цифровому IP каналу связи,
- в оперативном получении непрерывной звуковой информации в аналоговой форме по цифровому IP каналу связи из мест установки микрофона,
- в достижении необходимых надежности и качества передачи и приема звуковых сигналов акустики по цифровому IP каналу связи,
- в исключении сбоев и искажений импульсов в цифровых информационных пакетах от передаваемых по цифровому IP каналу аналоговых звуковых сигналов акустики,
- в возможности одновременной передачи цифровых информационных пакетов (голос + данные) и звуковых сигналов акустики в аналоговой форме,
- в отсутствии демаскирующего фактора,
- в сравнительно малых массогабаритных параметрах.
Указанный технический результат достигается в каналообразующем устройстве для формирования, передачи и приема звуковых сигналов акустики помещений по цифровому IP каналу связи, содержащем каналообразующий преобразователь, включающий в себя узел питания, соединенный по входу с блоком питания IP телефонного аппарата, а по выходу - с усилителем тока, вход которого объединен с микрофоном, а выход - с узлом согласования, состоящим из согласующего трансформатора, первичная обмотка которого через разделительный конденсатор объединена с выходом усилителя тока, а вторичная обмотка одним выводом через резистор соединена с одним из проводов линии связи прямого IP подканала, а вторым - с одним из двух проводов линии связи обратного IP подканала, и звукоприемник звуковых сигналов акустики, включающий в себя согласующий трансформатор, первичная обмотка которого одним выводом через резистор соединена с одним из двух проводов линии связи прямого IP подканала, а вторым - с одним из двух проводов линии связи обратного IP подканала, а вторичная обмотка выведена на усилитель звуковых сигналов акустики звукоприемника.
Согласующий трансформатор узла согласования звукоприемника выполнен с возможностью гальванической развязки звукоприемника с линией связи и выполнения функции фильтра высокой частоты во входном тракте звукоприемника.
Благодаря схемотехники отдельных узлов и способу включения каналообразующего устройства в цифровой IP канал связи обеспечивается получение непрерывной звуковой информации из мест установки микрофона по IP каналу связи.
Выбранные способы формирования, передачи и приема звуковых сигналов акустики по IP каналу связи дают возможность технической реализации заявленного устройства с отсутствием демаскирующего фактора, получать и передавать сравнительно большие величины звуковых сигналов акустики, что в итоге позволяет существенно повысить надежность и качество их передачи и приема.
Кроме того, технический результат достигается за счет простой схемотехники заявленного устройства и малому числу радиокомпонентов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен цифровой IP канал передачи информационных пакетов (голос + данные) и сигналов акустики; на фиг.2-4 - преобразование 4-х проводной линии связи IP канала на звуковых частотах 300-3400 Гц; на фиг.5-8 - осциллограммы сигналов в цифровом IP канале связи при одновременной передаче цифровых информационных пакетов и звуковых сигналов акустики.
На фиг.1 изображена функциональная схема каналообразующего устройства 23 для формирования, передачи и приема звуковых сигналов акустики в IP канале связи, а также показан вариант подключения каналообразующего устройства 23 к IP линии связи.
Каналообразующее устройство 23 включает в себя каналообразующий преобразователь 7, содержащий узел питания 1, соединенный по входу с блоком (источником) питания IP телефонного аппарата, а выход - с усилителем тока 2, вход которого объединен с микрофоном 3, а выход - с узлом согласования 4, состоящим из согласующего трансформатора ТР1, первичная обмотка W1 которого через разделительный конденсатор С1 соединена с выходом усилителя тока 2, а вторичная обмотка W2 одним выводом через резистор R1 связана с одним из двух проводов (9 или 10) линии связи ЛС1 прямого IP подканала связи, а вторым - с одним из двух проводов (11 или 14) линии связи ЛС2 обратного IP подканала связи, и звукоприемник 8 звуковых сигналов акустики, узел согласования 5 которого состоит из согласующего трансформатора ТР2, первичная обмотка W1 которого одним выводом через резистор R2 объединена с одним из двух проводов (9 или 10) линии связи ЛС1 прямого IP подканала связи, а вторым - с одним из двух проводов (11 или 14) линии связи ЛС2 обратного IP подканала связи, а вторичная обмотка W2 выведена на усилитель 6 звуковых сигналов акустики звукоприемника 8.
Аналоговый канал передачи звуковых сигналов акустики создан в цифровом IP канале связи путем подключения узла согласования 4 каналообразующего преобразователя 7 заявленного устройства одним выводом к одному из двух проводов (9 или 10) линии связи ЛС1 прямого IP подканала связи, а вторым - с одним из двух проводов (11 или 14) линии связи ЛС2 обратного IP подканала связи, а также за счет соединения узла согласования 5 звукоприемника 8 заявленного устройства одним выводом с одним из двух проводов (9 или 10) линии связи ЛС1 прямого IP подканала связи, а вторым - с одним из двух проводов (11 или 14) линии связи ЛС2 обратного IP подканала связи.
Каналообразующее устройство 23 работает следующим образом.
При подаче электропитания на источник питания с выхода узла питания 1 питающее напряжение следует на электронную схему каналообразующего преобразователя 7 заявленного устройства (КОПУ): усилитель тока 2, микрофон 3, узел согласования 4. Звуковые сигналы акустики, преобразованные микрофоном 3 в электрические, усиливаются с помощью усилителя тока 2 и через разделительный конденсатор С1 воздействуют на первичную обмотку W1 согласующего трансформатора ТР1 узла согласования 4 с полосой пропускания 300-3400 Гц.
С вторичной обмотки W2 трансформатора ТР1 звуковые сигналы через ограничительный резистор R1 проходят на линии связи ЛС1 и ЛС2 (провода 9 и 11).
В линиях связи ЛС1 и ЛС2 появляются звуковые сигналы акустики. Съем этих сигналов производится с помощью звукоприемника 8 в любом месте ЛС1 и ЛС2 на всем их протяжении от IP телефонного аппарата 20 (IPTA) до коммутатора 17 пакетов, устанавливаемого поблизости от IP сервера.
у
По линиям связи ЛС1 и ЛС2 (провода 10 и 14) звуковые сигналы следуют на звукоприемник 8 и воздействуют на его входной тракт: ни первичную обмотку W1 трансформатора ТР2 узла согласования 5 через ограничительный резистор R2.
С вторичной обмотки W2 трансформатора ТР2 узла согласования 5 звуковые сигналы направляются на вход усилителя 6.
Трансформатор ТР2 узла согласования 5 звукоприемника 8 выполняет функцию не только гальванической развязки, но и фильтра высоких частот, то есть исключает необходимость установки подобного фильтра.
Ограничительные резисторы R1 и R2 необходимы для исключения влияния выходного и входного тракта КОПУ 7 и звукоприемника 8 соответственно на передаточные характеристики IP подканалов.
В линейных цепях штатной аппаратуры (фиг.1, поз 24): коммутаторов пакетов 17 и IPTA 20 для обеспечения гальванической развязки с линиями связи применяют высокочастотные импульсные трансформаторы, к примеру, коммутаторы CISCO, HALO, Surecom и др. В упрощенном виде на фиг.1, поз.24 показаны схемные решения гальванической развязки с линиями связи в штатной аппаратуре.
В связи с тем, что частота следования импульсов в информационном пакете составляет 10 МГц, линейные развязывающие трансформаторы ТР3, ТР4, ТР5, ТР6 и трансформаторы фильтров Ф1, Ф2, Ф3, Ф4 (фиг.1, поз.24) являются высокочастотными импульсными трансформаторами. На звуковых частотах 300-3400 Гц при допустимых упрощениях трансформаторы ТР3, ТР4, ТР5, ТР6 и трансформаторы фильтров Ф1, Ф2, Ф3, Ф4 (фиг.2) имеют входной импеданс близкий к нулю. Практически их обмотки, расположенные в цепях ЛС1 и ЛС2, можно считать короткозамкнутыми на звуковых частотах (фиг.3).
Результат: 4-х проводная линия связи IP канала преобразуется в 2-х проводную на звуковых частотах, то есть каждая 2-х проводная линия связи ЛС1 (прямой IP подканал) и ЛС2 (обратный IP подканал) преобразуется в однопроводную (фиг.4).
Следствие: для передачи и приема звуковых сигналов акустики по линиям связи ЛС1 и ЛС2 цифрового IP канала можно использовать любые из приведенных комбинаций проводов: 9-11, 9-14, 10-11, 10-14 (фиг.4). Например, при передаче сигналов акустики по проводам 9-11, съем этих сигналов можно производить с проводов 9-11, 9-14, 10-11, 10-14.
max
max
При одновременном транспортировании цифровых IP пакетов и звуковых сигналов акустики, как видно из осциллограмм на фиг.5-8, последние никоим образом не искажают амплитудно-частотных характеристик импульсов и не приводят к их сбоям в информационных пакетах 21 в прямом (фиг.5, 7) и обратном (фиг.6, 8) IP подканалах. При этом могут передаваться звуковые сигналы 22 акустики амплитудой 5-6 В (фиг.5 и 6 U≈6 В, фиг.7 и 8 U≤2 В).
Осциллограммы показывают, что цифровой IP канал передачи информационных пакетов и образованный в нем дополнительный аналоговый канал передачи звуковых сигналов акустики при одновременной работе не испытывают взаимного влияния.
При включении IPTA в питающую сеть через адаптер КОПУ можно установить внутри телефонного аппарата. Того же результата можно добиться при питании IPTA от сплиттера 19, напряжение питания на который приходит по свободной паре проводов 15 и 16 (фиг.1) линии связи от инжектора 18. При этом, питая КОПУ по той же паре проводов 15 и 16 от инжектора 18, его можно устанавливать в любом месте линии связи на всем ее протяжении от IPTA до коммутатора 17 пакетов (фиг.1).
Предложенная полезная модель каналообразующего устройства испытана и применена в IP канале связи на базе цифровой телефонной станции Nec2400jPx. Каналообразующее устройство сопряжено с современным отечественным комплексом компьютерной звукозаписи «Фобос» фирмы «Вокорд».