Оптоэлектронное выходное устройство терминального комплекса связи

Полезная модель относится к электросвязи, в частности к устройствам, обеспечивающим согласованную и защищенную работу передатчиков оконечных установок терминальных комплексов документальной электросвязи с физическими линиями в однополюсном режиме. Предлагаемое устройство может быть использовано в телеграфном терминальном оборудовании, к которому предъявляются повышенные требования по защите передаваемой информации от несанкционированного доступа к ней. Технический результат достигается за счет того, что в оптоэлектронное выходное устройство терминального комплекса связи, содержащее буферный ключ, оптимальный фильтр, формирователь выходных сигналов, два оптоэлектронных ключа, пороговый блок, линейный усилитель, инвертор, линейную нагрузку, источник линейного напряжения, индикатор и оптоэлектронный аналоговый элемент, введены дополнительный формирователь выходных сигналов, блок регуляторов тока, имитатор линейной нагрузки и усилитель тока с соответствующей структурой связей. Нововведения позволяют повысить надежность защиты информации при ее передаче по открытым каналам и повысить достоверность контроля выполнения требований по защите информации. Это достигается за счет уменьшения не только уровеня электромагнитного информационного излучения (путем ограничения спектра передаваемых сигналов оптимальным фильтром), но и за счет значительного уменьшения информационной составляющей сигналов в первичной сети линейного питания (путем снижения неравномерности отбора мощности из первичной сети как в период формирования стартовых и стоповых посылок, так и в период переходных процессов при чередовании посылок).

Полезная модель относится к электросвязи, в частности к устройствам, обеспечивающим согласованную и защищенную работу передатчиков оконечных установок терминальных комплексов документальной электросвязи с физическими линиями.

Предлагаемое устройство может быть использовано в телеграфном терминальном оборудовании, обеспечивающем обмен информацией между передатчиками открытой конфиденциальной дискретной информации и устройствами криптографической защиты сообщений по незащищенным линейным цепям сигналами постоянного тока одного направления (в однополюсном режиме) [ГОСТ Р 51026-97. Цепи внешние оконечных установок документальной электросвязи (стр.4, п.6.3), ГОСТ 25830-83. Цепи внешние телеграфных буквопечатающих стартстопных аппаратов пятиэлементного кода].

Известны методы, обеспечивающие информационную безопасность телекоммуникационных комплексов, объединенных для совместного функционирования средствами безопасной (защищенной) транспортировки информации [Труды IV Российской научно-технической конференции. «Новые информационные технологии в системах связи и управления», 17-18 мая 2005 г. - Калуга: изд-во Бочкаревой, часть 1, стр.23]. Известны также методики защиты информации от несанкционированного доступа и контроля в системах оповещения [Материалы III Российской научно-технической конференции. «Новые

информационные технологии в системах связи и управления». Часть 1. - Калуга: издательство ЦНТИ, 2004, стр.157, 171-173].

Известные методы и методики направлены на использование криптографических способов защиты информации и реализуются программными средствами. Однако, использование аппаратных средств в таких системах может привести к снижению надежности защиты информации от несанкционированного использования.

Известно устройство согласования передатчика терминального комплекса связи с физической линией [Авторское свидетельство СССР №882015, М. Кл.³ Н 04 L 25/18, Н 03 К 5/01 «Устройство согласования», опубл. 15.11.81. Бюл. №42], содержащее буферный ключ, вход которого подключается к передатчику терминального комплекса, формирователь выходных сигналов, оптоэлектронные ключи, оптимальный фильтр, пороговый блок, усилитель, линейную нагрузку и источник линейного напряжения (однополюсную линейную батарею). В известном устройстве время его переключения из одного состояния в другое (при формировании старт-стопных посылок) задается с помощью оптимального фильтра и может регулироваться. Регулировка длительности фронтов переключения позволяет устанавливать необходимый спектральный состав выходного сигнала, передаваемого в линию связи, а ограничение длительности перехода по минимальному времени существенно уменьшает мощность электромагнитного излучения в моменты формирования токовых и бестоковых посылок (уровень мощности электромагнитного информационного излучения в устройстве тем ниже, чем ниже скорость переключения). Это повышает надежность защиты передаваемой информации от несанкционированного контроля по изменениям электромагнитного поля. Однако, это не исключает возможность несанкционированого получения передаваемой информации за счет контроля неравномерности отбора мощности от источника линейного

напряжения в процессе формирования токовых и бестоковых посылок (при токовой посылке - максимум отбора мощности, при бестоковой - минимум, близкий к нулю). При подключенном источнике линейного напряжения к первичной сети в ней также будет проявляться неравномерность потребления мощности, коррелированная с передаваемой информацией, которая может стать доступной для неограниченного круга лиц. Кроме того, в связи с отсутствием в устройстве элементов индикации, оно имеет низкую достоверность контроля функционирования.

Известно оптоэлектронное выходное устройство, обеспечивающее согласованную работу передатчика терминального комплекса связи с физической линией [Авторское свидетельство СССР №995362, М. Кл.³ Н 04 L 25/18, Н 03 К 5/01 «Устройство согласования», опубл. 07.02.83. Бюл. №5], выбранное в качестве ближайшего аналога (прототипа), содержащее буферный ключ, вход которого соединен с выходом передатчика терминального комплекса связи, оптимальный фильтр, формирователь выходных сигналов, два оптоэлектронных ключа, пороговый блок, линейный усилитель, инверторы, линейную нагрузку, источник линейного напряжения, индикатор и оптоэлектронный аналоговый элемент, входной цепью которого является светодиод, с соответствующей структурой связей.

В известном устройстве также уменьшен уровень мощности электромагнитного информационного излучения. Кроме того, в устройстве повышена достоверность контроля функционирования за счет элементов индикации. Однако, как и в ранее рассмотренном устройстве, в нем велика неравномерность отбора мощности от источника линейного напряжения при формировании информационных посылок. Кроме того, степень неравномерности отбора мощности не может быть проконтролирована. Перечисленные недостатки снижают надежность защиты информации, передаваемой устройством в линию связи, от несанкционированного

получения. При этом устройство имеет низкую достоверность контроля защиты информации.

Целью полезной модели является повышение надежности защиты информации при ее передаче и повышение достоверности контроля выполнения требований по защите информации.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронное выходное устройство терминального комплекса связи, содержащее оптимальный фильтр, вход которого подключен к выходу буферного ключа, а выход соединен со входом формирователя выходных сигналов, выход которого подключен ко входу первого оптоэлектронного ключа, первый выход которого объединен с первым выходом второго оптоэлектронного ключа, источник линейного напряжения, первый полюс которого соединен с первым выводом линейной нагрузки, инвертор, оптоэлектронный аналоговый элемент, пороговый блок, линейный усилитель, индикатор, причем вход буферного ключа соединен с выходом передатчика терминального комплекса, введены дополнительный формирователь выходных сигналов, блок регуляторов тока, имитатор линейной нагрузки и усилитель тока, выход которого подключен к индикатору, а вход - к выходу порогового блока, вход которого соединен с выходом линейного усилителя, вход которого подключен к выходу оптоэлектронного аналогового элемента, входная цепь которого включена между точкой объединения первых выходов оптоэлектронных ключей и вторым полюсом источника линейного напряжения, к первому полюсу которого подключен первый вывод имитатора линейной нагрузки, второй вывод которого соединен с первым выводом блока регуляторов тока, второй вывод которого подключен ко второму выходу второго оптоэлектронного ключа, вход которого соединен с выходом дополнительного формирователя выходных сигналов, вход которого подключен к выходу инвертора, вход которого соединен с выходом оптимального фильтра, при этом второй выход первого оптоэлектронного

ключа соединен с третьим выводом блока регуляторов тока, четвертый вывод которого подключен ко второму выводу линейной нагрузки.

Для минимизации структуры оптоэлектронных ключей и повышения их нагрузочной способности при больших токах линии предпочтительно их выполнение на основе транзисторных оптронов, так как они могут работать со значительными токами коллектора фототранзисторов без применения дополнительных усилительных схем.

Для повышения скоростных возможностей устройства целесообразно оптоэлектронные ключи выполнять на основе диодных оптронов и усилителей фототока на основе транзисторов Дарлингтона, поскольку диодные оптроны имеют самое высокое быстродействие среди известных типов оптронов.

Для обеспечения высокой точности формирования выходных сигналов оптоэлектронными ключами (с заданным спектром) необходима такая же высокая точность формирования токов через светодиоды оптоэлектронных ключей, для чего формирователи выходных сигналов целесообразно выполнять на операционных усилителях по схеме генераторов тока, управляемых напряжением.

Для повышения точности фазоинверсной работы оптоэлектронных ключей необходимо обеспечить работу инвертора в режиме фазоинверсии с высокой линейностью, что наиболее оптимально может быть реализовано на операционном усилителе, охваченном 100%-ой отрицательной обратной связью и имеющем единичный коэффициент усиления.

Для получения оптимального спектра выходных сигналов целесообразно оптимальный фильтр выполнять по схеме одного из типов активных фильтров Баттерворта, Бесселя или Чебышева, так как в этих фильтрах существенно увеличена крутизна затухания частот вне спектра выходных сигналов [Лачин В.И., Савелов Н.С. «Электроника». Учебное

пособие. Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2001 (стр.242-248, рис.2.59, 2.60, 2.61, 2.62, 2.63)].

Для обеспечения высокой точности контроля амплитудных параметров сигналов, формируемых оптоэлектронными ключами, передаточные характеристики оптоэлектронного аналогового элемента должны иметь высокую температурную стабильность и быть линейными во всем диапазоне изменения токов, отбираемых от источника линейного напряжения. Оптоэлектронный аналоговый элемент целесообразно строить на основе диодного оптрона (у него наиболее линейная передаточная характеристика) и транзисторного усилителя, работающего в линейном режиме. Учитывая тот факт, что температурный коэффициент передачи тока у диодных оптронов имеет отрицательное значение, для обеспечения температурной стабильности необходимо, чтобы температурный коэффициент усиления транзисторного линейного усилителя имел положительное значение и был близким или равным по абсолютной величине температурному коэффициенту передачи тока диодного оптрона [Игуменов Д.В. и др. «Особенности применения оптронов в режиме малых токов». М. «Энергия», 1979 (стр.49-50, рис.28, 29, 30)].

Пороговый блок в устройстве предпочтительно выполнять по схеме двухпорогового компаратора (дискриминатора), который может быть реализован на основе двух компараторов напряжений и источников опорных напряжений [Алексеенко А.Г. др. «Применение прецизионных аналоговых ИС». М.: «Сов. радио», 1980 (стр.173-175)].

Блок регуляторов тока целесообразно реализовывать на основе сдвоенного переменного резистора, так как при этом обеспечивается синхронное изменение сопротивлений резисторов при управлении ими с помощью общего органа управления.

Имитатор линейной нагрузки целесообразно выполнять на основе переменного резистора с подстройкой.

С целью улучшения буферизации оптимального фильтра, уменьшения влияния выходной цепи передатчика терминального комплекса на параметры оптимального фильтра и повышения к.п.д. буферного ключа предпочтительно выполнять его в виде комплементарной пары МДП-транзисторов с изолированными затворами, которые объединены и являются входом ключа, а выход ключа соединен с объединенными стоками транзисторов [Опадчий Ю.Ф. и др. «Аналоговая и цифровая электроника» (Полный курс): Учебник для вузов. М.: «Горячая линия - Телеком», 2000 (стр.542, рис.16.6, стр.408, рис.10.28)].

Предлагаемая полезная модель представлена на чертеже.

Оптоэлектронное выходное устройство терминального комплекса связи содержит оптимальный фильтр 1, буферный ключ 2, формирователь 3 выходных сигналов, первый оптоэлектронный ключ 4, второй оптоэлектронный ключ 5, источник 6 линейного напряжения, линейную нагрузку 7, инвертор 8, оптоэлектронный аналоговый элемент 9, пороговый блок 10, линейный усилитель 11, индикатор 12, передатчик 13 терминального комплекса, дополнительный формирователь 14 выходных сигналов, блок 15 регуляторов тока, имитатор 16 линейной нагрузки, усилитель 17 тока.

Оптоэлектронные ключи 4 и 5 могут быть выполнены на транзисторных оптронах (как показано на чертеже) или на диодных оптронах и транзисторах Дарлингтона.

Формирователи 3 и 14 могу быть выполнены на операционных усилителях по схеме генератора тока, управляемого напряжением.

Инвертор 8 должен быть линейным фазоинвертором и может быть построен на операционном усилителе со 100%-ой отрицательной обратной связью и единичным коэффициентом усиления.

Оптимальный фильтр 1 может быть выполнен по схеме одного из типов активных фильтров Баттерворта, Бесселя или Чебышева.

Оптоэлектронный аналоговый элемент 9 может быть построен на основе диодного оптрона и транзисторного усилителя, работающего в линейном режиме.

Пороговый блок 10 представляет собой амплитудный дискриминатор и может содержать логический элемент И 18, первый компаратор 19 напряжений, второй компаратор 20 напряжений, первый источник 21 опорного напряжения, второй источник 22 опорного напряжения.

Блок 15 регуляторов тока содержит первый переменный резистор 23 и второй переменный резистор 24, при этом оба резистора включены в реостатном режиме и имеют общий орган управления.

Имитатор 16 линейной нагрузки может быть выполнен на основе переменного резистора 25 в реостатном включении и иметь индивидуальную подстройку.

Буферный ключ 2 может быть реализован на основе комплементарной пары МДП-транзисторов с изолированными затворами.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

После включения источников напряжения устройство подлежит настройке на режим, который при работе устройства будет обеспечивать максимальную надежность защиты информации от возможного несанкционированного ее получения. Настройка проводится в два этапа. На первом этапе передатчик 13 терминального комплекса связи устанавливается в режим формирования стоповой (токовой) посылки в линейной нагрузке 7, при котором с выхода передатчика 13 на вход буферного ключа 2 постоянно поступает высокий уровень напряжения, соответствующий логической единице (лог.1). В этом режиме лог.1, проходя через ключ 2 и фильтр 1, приводит к формированию тока на выходе формирователя 3, и оптоэлектронный ключ 4 переходит во включенное состояние. При этом в линейной нагрузке 7 появляется ток,

величина которого определяется источником 6 линейного напряжения, сопротивлением резистора 24 блока 15 и активным сопротивлением линейной нагрузки 7. Этот ток протекает по следующей цепи: положительный полюс источника 6 - входная цепь элемента 9 - выходная цепь ключа 4 - резистор 24 - линейная нагрузка 7 - отрицательный полюс источника 6. Органом управления блока 15 резистор 24 устанавливается в такое положение, при котором индикатор 12 находится во включенном состоянии, при этом линейный ток должен удовлетворять требованиям, которые определены стандартом [ГОСТ Р 51026-97. Цепи внешние оконечных установок документальной электросвязи (стр.4, п.6.3)].

Включенное состояние индикатора 12 определяется величиной тока во входной цепи оптоэлектронного элемента 9, порогом включения порогового блока (дискриминатора) 10 и шириной окна дискриминации этого блока.

Порог включения амплитудного дискриминатора 10 определяется величиной напряжения источника 21, а порог выключения - величиной напряжения источника 22.

Ширина окна дискриминации определяется разностью напряжений между источниками 22 и 21.

Поэтому, если линейный ток нагрузки 7, установленный резистором 24, находится в окне дискриминации, то индикатор 12 будет находиться во включенном состоянии, так как в этот период с выхода блока 10 лог. 1 поступает на вход усилителя 17 тока, который формирует ток через излучатель индикатора 12.

В этом режиме, за счет инвертора 8, формирователь 14 выключен, а значит выключен и оптоэлектронный ключ 5 и ток в цепи резистора 23 отсутствует (следует отметить, что значение сопротивления резистора 23 в этот момент времени точно совпадает со значением сопротивления резистора 24 за счет синхронного изменения их значений).

На втором этапе настройки передатчик 13 терминального комплекса связи устанавливается в режим формирования стартовой (бестоковой) посылки в линейной нагрузке 7, при котором с выхода передатчика 13 на вход буферного ключа 2 постоянно поступает низкий уровень напряжения, соответствующий логическому нулю (лог.0).

В этом режиме лог.0, проходя через ключ 2, фильтр 1 и инвертор 8, приводит к формированию тока на выходе формирователя 14, и оптоэлектронный ключ 5 переходит во включенное состояние, а оптоэлектронный ключ 4 выключается. При этом в линейной нагрузке 7 ток прекращается, однако отбор тока от источника 7 не прекращается, так как включение оптоэлектронного ключа 5 приводит к тому, что появляется новая цепь для протекания тока: положительный полюс источника 6 - входная цепь элемента 9 - выходная цепь ключа 5 - резистор 23 - резистор 25 - отрицательный полюс источника 6.

Орган управления подстроечного резистора 25 имитатора линейной нагрузки 16 устанавливается в такое положение, при котором индикатор 12 вновь окажется во включенном состоянии.

Включенное состояние индикатора 12 при формировании бестоковой посылки будет свидетельствовать о том, что от источника 6 отбирается ток, величина которого с высокой точностью совпадает с величиной линейного тока, отбираемого от источника 6 во время формирования токовой посылки. Эта точность будет обеспечиваться при любой амплитуде токовой посылки, потому что регулировка линейного тока с помощью резистора 24 приводит к синхронному изменению сопротивления резистора 23.

Следует особо отметить тот факт, что в правильно настроенном устройстве обеспечено постоянство (равенство) отбора тока от источника 6 и в моменты перехода от токовых посылок к бестоковым, и наоборот, за счет равномерности перераспределения токов через оптоэлектронные ключи 4 и 5 при изменении их состояний (закон изменения токов на

фронтах ключа 4 с высокой точностью обратносимметричен закону изменения токов на фронтах ключа 5, что обеспечивается согласованной работой оптимального фильтра 1 и линейного фазоинвертора 8).

Последнее обстоятельство оказывает наибольшее влияние на повышение надежности защиты информации, когда при передаче информации непрерывная работа передатчика 13 вызывает противофазные переключения оптоэлектронных ключей 4 и 5.

Как следует из описания, надежность защиты передаваемой информации в значительной степени зависит от точности настройки устройства, которая, в свою очередь, зависит от ширины окна дискриминации порогового блока 10 и правильности выбора частот среза в оптимальном фильтре 1.

В зависимости от эксплуатационных требований, предъявляемых к терминальному комплексу связи, составной частью которого является оптоэлектронное выходное устройство, всегда имеется техническая возможность выбора оптимальных значений названных параметров. При этом могут быть значительно упрощены требования к источнику 6 линейного напряжения.

Применение предлагаемого устройства в терминальных комплексах связи позволяет существенно повысить надежность защиты информации при попытках ее несанкционированного получения по электромагнитным каналам и каналам первичной сети питания. При этом одновременно повышается эффективность контроля функционирования устройства.

Качественное улучшение названных показателей оптоэлектронного выходного устройства, подтвержденное экспериментальными исследованиями, позволяет использовать его с высокой эффективностью в системах передачи конфиденциальной информации.

1. Оптоэлектронное выходное устройство терминального комплекса связи, содержащее оптимальный фильтр, вход которого подключен к выходу буферного ключа, а выход соединен со входом формирователя выходных сигналов, выход которого подключен ко входу первого оптоэлектронного ключа, первый выход которого объединен с первым выходом второго оптоэлектронного ключа, источник линейного напряжения, первый полюс которого соединен с первым выводом линейной нагрузки, инвертор, оптоэлектронный аналоговый элемент, пороговый блок, линейный усилитель, индикатор, причем вход буферного ключа соединен с выходом передатчика терминального комплекса, отличающееся тем, что в него введены дополнительный формирователь выходных сигналов, блок регуляторов тока, имитатор линейной нагрузки и усилитель тока, выход которого подключен к индикатору, а вход - к выходу порогового блока, вход которого соединен с выходом линейного усилителя, вход которого подключен к выходу оптоэлектронного аналогового элемента, входная цепь которого включена между точкой объединения первых выходов оптоэлектронных ключей и вторым полюсом источника линейного напряжения, к первому полюсу которого подключен первый вывод имитатора линейной нагрузки, второй вывод которого соединен с первым выводом блока регуляторов тока, второй вывод которого подключен ко второму выходу второго оптоэлектронного ключа, вход которого соединен с выходом дополнительного формирователя выходных сигналов, вход которого подключен к выходу инвертора, вход которого соединен с выходом оптимального фильтра, при этом второй выход первого оптоэлектронного ключа соединен с третьим выводом блока регуляторов тока, четвертый вывод которого подключен ко второму выводу линейной нагрузки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый оптоэлектронный ключ выполнен на транзисторном оптроне, при этом коллектор и эмиттер фототранзистора являются соответственно первым и вторым выводами оптоэлектронного ключа, вход которого подключен к светодиоду оптрона.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый оптоэлектронный ключ содержит диодный оптрон и транзистор Дарлингтона, коллектор и эмиттер которого являются соответственно первым и вторым выводами оптоэлектронного ключа, вход которого подключен к светодиоду оптрона, фотодиод которого соединен с базой транзистора Дарлингтона.

4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что каждый формирователь выходных сигналов построен на операционном усилителе по схеме генератора тока, управляемого напряжением.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инвертор является линейным фазоинвертором и выполнен на операционном усилителе с глубокой отрицательной обратной связью и единичным коэффициентом усиления.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптимальный фильтр выполнен по схеме одного из типов активных фильтров Баттерворта, Бесселя или Чебышева.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптоэлектронный аналоговый элемент выполнен по схеме термокомпенсированного оптоэлектронного линейного усилителя на основе транзисторного линейного усилителя и диодного оптрона, светодиод которого является входной цепью элемента, а фотодиод подключен ко входу транзисторного линейного усилителя, выход которого является выходом элемента, при этом температурный коэффициент усиления транзисторного линейного усилителя является положительным и равным или близким по абсолютной величине температурному коэффициенту передачи тока диодного оптрона.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пороговый блок является амплитудным дискриминатором.

9. Устройство по пп.1 и 8, отличающееся тем, что амплитудный дискриминатор содержит два компаратора напряжений, два источника опорных напряжений и логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора напряжений, инвертирующий вход которого подключен к положительному полюсу первого источника опорного напряжения, второй вход элемента И соединен с выходом второго компаратора напряжений, неинвертирующий вход которого подключен к положительному полюсу второго источника опорного напряжения, при этом другие входы компараторов напряжений объединены и являются входом порогового блока, выход которого является выходом элемента И.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок регуляторов тока содержит два переменных резистора, имеющих общий орган управления, при этом первый и второй выводы блока являются выводами первого переменного резистора, а третий и четвертый выводы блока являются выводами второго переменного резистора.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что имитатор линейной нагрузки содержит переменный резистор с подстройкой, выводы которого являются выводами имитатора.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что буферный ключ выполнен в виде комплементарной пары МДП-транзисторов с изолированными затворами, которые объединены и являются входом ключа, а выход ключа соединен с объединенными стоками транзисторов.