Оптоэлектронный линейный передатчик, адаптивный к параметрам канала связи
Полезная модель относится к электросвязи, в частности к оптоэлектронным линейным передатчикам, адаптивным к параметрам каналов связи и обеспечивающим согласованную и защищенную работу цифровых передатчиков оконечных установок терминальных комплексов документальной электросвязи с физическими линиями в однополюсном режиме. Передатчик может быть использован в телеграфном оборудовании, к которому предъявляются повышенные требования по защите передаваемой в каналы связи информации. Технический результат заключается в упрощении эксплуатации путем автоматизации процессов, связанных с адаптацией оптоэлектронного передатчика к каналам связи, параметры которых изменяются во времени (в том числе и по случайным законам). Оптоэлектронный линейный передатчик, адаптивный к параметрам канала связи содержит буферный ключ, цифровой передатчик, оптимальный фильтр, инвертор, два формирователя выходных сигналов, два оптоэлектронных ключа, блок контроля, индикационное устройство, оптоэлектронный аналоговый элемент, источник линейного напряжения, канал связи с двумя выводами, регулятор линейного тока. Вновь введены управляемый ограничитель тока, согласующее устройство, масштабный усилитель, устройство выборки-хранения, фильтр низких частот, формирователь одиночных импульсов и элемент задержки с соответствующей структурой связей. Нововведения, улучшая адаптивные функции, позволяют оперативно следить за изменениями параметров каналов связи и автоматически, без участия оператора, осуществлять перестройку режимов работы узлов оптоэлектронного передатчика. Это существенно сокращает эксплуатационные трудозатраты при сохранении высокой надежности защиты информации. 18з.п. ф-лы, 1 ил.
Полезная модель относится к электросвязи, в частности к оптоэлектронным линейным передатчикам, адаптивным к параметрам каналов связи и обеспечивающим согласованную и защищенную работу цифровых передатчиков оконечных установок терминальных комплексов документальной электросвязи с физическими линиями.
Предлагаемый оптоэлектронный линейный передатчик может быть использован в телеграфном терминальном оборудовании телекоммуникационных систем, обеспечивающем обмен информацией между цифровыми 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 цифрового передатчика терминального комплекса связи с физической линией [Авторское свидетельство СССР №882015, М.Кл.3 Н04L 25/18, Н03К 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, всвязи с отсутствием в устройстве элементов индикации, оно имеет низкую достоверность контроля функционирования.
Известно оптоэлектронное выходное устройство, обеспечивающее согласованную работу цифрового передатчика терминального комплекса связи с физической линией [Авторское свидетельство СССР №995362, М.Кл.3 Н04L 25/18, Н03К 5/01 «Устройство согласования», опубл. 07.02.83. Бюл. №5], 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.
Известно также устройство, являющееся оптоэлектронным линейным передатчиком, который может быть адаптирован к параметрам канала связи (физической линии) [Патент РФ №56099 на полезную модель «Оптоэлектронное выходное устройство терминального комплексам связи», МПК 7 Н04L 25/18, Н03К 5/01, опубл. 27.08.2006. Бюл. №24], выбранное в качестве ближайшего аналога (прототипа), содержащее буферный ключ, вход которого подключен к выходу цифрового передатчика, а выход соединен со входом оптимального фильтра, выход которого соединен со входами инвертора и первого формирователя выходных сигналов, выход которого подключен ко входу первого оптоэлектронного ключа, первый выход которого объединен с первым выходом второго оптоэлектронного ключа, вход которого подключен к выходу второго формирователя выходных сигналов, вход которого соединен с выходом инвертора, линейный усилитель, выход которого через пороговый блок (блок контроля амплитуды) подключен к индикационному устройству, а вход соединен с выходом оптоэлектронного аналогового элемента, входная цепь которого включена между точкой объединения первых выходов оптоэлектронных ключей и первым полюсом источника линейного напряжения, второй полюс которого подключен к первому выводу канала связи (линии связи), второй вывод которого через регулятор линейного тока соединен со вторым выходом первого оптоэлектронного ключа.
Кроме того, в известном оптоэлектронном линейном передатчике имеется цепь из последовательно соединенных имитатора линейной нагрузки (имитатора параметров канала связи) и регулятора тока имитатора, которая включена между вторым выходом второго
оптоэлектронного ключа и вторым полюсом источника линейного напряжения.
В известном оптоэлектронном передатчике при задании амплитуд токовых посылок в канале связи с помощью регулятора линейного тока, возможно сведение к минимуму неравномерности отбора мощности от источника линейного напряжения при формировании информационных посылок. Такая адаптация достигается путем соответствующих ручных настроек имитатора линейной нагрузки и регулятора тока имитатора. При этом степень неравномерности отбора мощности определяется точностью работы порогового блока (шириной окна дискриминации) и стабильностью параметров канала связи и контролируется с помощью индикационного устройства.
Работа известного оптоэлектронного линейного передатчика на каналы связи с переменными параметрами (например, различные длины физической линии) может привести к существенному изменению (увеличению) неравномерности отбора мощности от источника линейного напряжения при передаче информационных посылок. Для адаптации оптоэлектронного передатчика под каждый канал связи с новыми параметрами, требуется постоянный контроль за работой индикационного устройства и участие оператора в перестройке (регулировке) имитатора линейной нагрузки, а так же порогового блока, что усложняет эксплуатацию.
Если же параметры канала связи изменяются во времени по случайному закону (например, при автоматическом подключении различных приемных устройств с различными входными сопротивлениями), адаптировать известный оптоэлектронный линейный передатчик ручным способом становится невозможно.
Таким образом, недостатками известного оптоэлектронного линейного передатчика являются сложность его адаптации к каналам связи с изменяющимися значениями сопротивлений и невозможность адаптации
линейного передатчика к работе с каналами связи, параметры которых изменяются по случайному закону. Вследствие этого существенно усложняется эксплуатация передатчика на таких каналах.
Целью полезной модели является упрощение эксплуатации оптоэлектронного линейного передатчика при работе с различными каналами связи и обеспечение работы по каналам связи со случайно изменяющимися параметрами.
Выявленные недостатки известной полезной модели устраняются в предлагаемом техническом решении путем автоматизации контроля и измерения параметров различных каналов связи и (в том числе каналов связи со случайно изменяющимися параметрами), запоминанием значений этих параметров с последующим их использованием для обеспечения адаптации оптоэлектронного линейного передатчика к изменившимся параметрам каналов связи без участия оператора.
Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронный линейный передатчик, адаптивный к параметрам канала связи, содержащий буферный ключ, вход которого подключен к выходу цифрового передатчика, а выход соединен со входом оптимального фильтра, выход которого соединен со входами инвертора и первого формирователя выходных сигналов, выход которого подключен ко входу первого оптоэлектронного ключа, первый выход которого объединен с первым выходом второго оптоэлектронного ключа, вход которого подключен к выходу второго формирователя выходных сигналов, вход которого соединен с выходом инвертора, линейный усилитель, выход которого через блок контроля подключен к индикационному устройству, а вход соединен с выходом оптоэлектронного аналогового элемента, входная цепь которого включена между точкой объединения первых выходов оптоэлектронных ключей и первым полюсом источника линейного напряжения, второй полюс которого подключен к первому выводу канала связи, второй вывод которого через регулятор линейного
тока соединен со вторым выходом первого оптоэлектронного ключа, введены управляемый ограничитель тока, согласующее устройство, масштабный усилитель, устройство выборки - хранения, фильтр низких частот, формирователь одиночных импульсов и элемент задержки, вход которого подключен к выходу цифрового передатчика, а выход соединен со входом формирователя одиночных импульсов, выход которого подключен к первому входу устройства выборки - хранения, второй вход которого через фильтр низких частот соединен с выходом линейного усилителя, при этом выход устройства выборки - хранения подключен ко входу масштабного усилителя, выход которого через согласующее устройство соединен со входом управляемого ограничителя тока, первый выход которого подключен ко второму выходу второго оптоэлектронного ключа, а второй выход соединен со вторым полюсом источника линейного напряжения.
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 линейного передатчика 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 и измерения 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)].
Блок контроля в линейном передатчике целесообразно выполнять в виде аналого-цифрового преобразователя (АЦП), разрядность которого выбирается исходя из максимального значения амплитуд токовых посылок и заданной точности их измерения. Учитывая тот факт, что в соответствии с ГОСТ Р 51026-97 предельное значение тока в линейных цепях не должно превышать 100 мА, то необходимым и достаточным количеством разрядов в АЦП будет семь разрядов (так как 2 7=128), что обеспечит измерение амплитуд токовых посылок с погрешности) менее 1%.
Для обеспечения визуальной индикации результатов измерения токов с помощью АЦП с заданными параметрами, индикационное устройство может являться одним из типов цифровых индикаторов, обеспечивающих визуальное отображение не менее трех разрядов десятичного числа.
Для минимизации неравномерности отбора мощности от источника линейного напряжения при передаче токовых и бестоковых посылок необходимо, чтобы управляемый ограничитель тока обеспечивал высокую стабильность работы при формировании бестоковых посылок. Одним из путей решения такой задачи является применение в качестве управляемого ограничителя тока «токового зеркала». В зависимости от требований к точности повторения входного и выходного тока ограничителе тока могут использоваться различные варианты схем «токового зеркала» [Опадчий Ю.Ф. и др. «Аналоговая и цифровая электроника» (Полный курс): Учебник для вузов. М.: «Горячая линия - Телеком», 2000 (стр.231, рис.6.22, рис.6.23)].
В тех случаях, когда управляемый элемент ограничителя тока должен быть гальванически изолирован от цепей управления, целесообразно управляемый ограничитель тока выполнять в виде резисторного оптрона, выводы фоторезистора которого являются
соответственно выходам ограничителя тока, а вход подключен к светодиоду оптрона.
Поскольку в большинстве случаев управляемый ограничитель тока («токовое зеркало» или резисторный оптрон) является управляемым током источником тока, то согласующее устройство целесообразно выполнять на операционном усилителе по схеме генератора тока, управляемого напряжением.
Основным требованием, предъявляемым к масштабному усилителю, является согласование высокоомного выхода УВХ с потенциальным входом согласующего устройства, поэтому целесообразно, чтобы масштабный усилитель был построен на операционном усилителе с отрицательной обратной связью, в неинвертирующем включении и регулируемым коэффициентом усиления. В этом случае выход операционного усилителя является выходом масштабного усилителя, вход которого является неинвертирующим входом операционного усилителя.
Для обеспечения высокой точности хранения информации об амплитуде токовой посылки, целесообразно УВХ выполнять по схеме, содержащей полевой транзистор с индуцированным каналом, операционный усилитель с отрицательной обратной связью, диод и конденсатор. При этом точкой съема отрицательной обратной связи в операционном усилителе должна быть общая точка конденсатора и диода, так как это исключает влияние нелинейных свойств диода на точность запоминания напряжения конденсатором. Для повышения точности стробирования амплитуды токовой посылки, необходимо обеспечивать высокое сопротивление между входами УВХ, поэтому в качестве стробирующего элемента целесообразно выбирать ключ на полевом транзисторе с индуцированным каналом. При более высоких требованиях к УВХ, могут быть использованы другие, более эффективные схемы УВХ [Алексеенко А.Г. и др. «Применение прецизионных аналоговых ИС». М.:
«Советское радио», 1980 (стр.180, рис.7.7, рис.7.8, стр.181, рис.7.9, стр.182, рис.7.10, рис.7.11)].
В большинстве случаев элемент задержки целесообразно выполнять по схеме ждущего мультивибратора. При этом для обеспечения выборки амплитуды токовой посылки с высокой точностью, время задержки ждущего мультивибратора должно соответствовать половине длительности передаваемого сигнала (элементарной посылки).
В качестве наиболее простой реализации формирователя одиночных импульсов может быть рекомендована дифференцирующая цепь. Для обеспечения стробирования амплитуды передаваемого сигнала в его средней части, постоянная времени дифференцирующей цепи должна быть минимальной (в десять и более раз меньше длительности элементарных посылок передаваемых сигналов).
С целью улучшения буферизации оптимального фильтра, уменьшения влияния выходной цепи цифрового передатчика на параметры оптимального фильтра, предпочтительно буферный ключ выполнять в виде комплементарной пары МДП-транзисторов с индуцированными каналами [Опадчий Ю.Ф. и др. «Аналоговая и цифровая электроника» (Полный курс): Учебник для вузов. М.: «Горячая линия - Телеком», 2000 (стр.408, рис.10.28)].
При организации быстродействующей многоканальной связи в качестве цифрового передатчика целесообразно использовать ПЭВМ, СОМ-порт которой является выходом цифрового передатчика.
При необходимости разнесения на значительные расстояния ПЭВМ и элементов оптоэлектронного линейного передатчика, предпочтительно в качестве буферного ключа использовать интегральную микросхему, представляющую собой магистральный передатчик, обеспечивающий формирование и передачу электрических сигналов по длинным несимметричным цепям стыков.
Предлагаемая полезная модель представлена на чертеже.
Оптоэлектронный линейный передатчик, адаптивный к параметрам канала связи содержит буферный ключ 1, цифровой передатчик 2, оптимальный фильтр 3, инвертор 4, первый формирователь 5 выходных сигналов, первый оптоэлектронный ключ 6, второй оптоэлектронный ключ 7, второй формирователь 8 выходных сигналов, линейный усилитель 9, блок 10 контроля, индикационное устройство 11, оптоэлектронный аналоговый элемент 12, источник 13 линейного напряжения, первый и второй выводы 14 и 15, соответственно, канала 16 связи, регулятор 17 линейного тока, управляемый ограничитель 18 тока, согласующее устройство 19, масштабный усилитель 20, устройство 21 выборки-хранения, фильтр 22 низких частот, формирователь 23 одиночных импульсов, элемент 24 задержки.
Оптоэлектронные ключи 6 и 7 могут быть выполнены на транзисторных оптронах (как показано на чертеже) или на диодных оптронах и транзисторах Дарлингтона.
Формирователи 5 и 8 могут быть выполнены на операционных усилителях по схеме генераторов тока, управляемых напряжением.
Инвертор 4 должен быть линейным инвертором и может быть построен на операционном усилителе со 100%-ой отрицательной оборотной связью и единичным коэффициентом усиления.
Оптимальный фильтр 3 может быть выполнен по схеме одного из типов активных фильтров Баттерворта, Бесселя или Чебышева.
Оптоэлектронный аналоговый элемент 12 может быть построен на основе диодного оптрона и транзисторного усилителя, работающего в линейном режиме.
Блок контроля 10 может быть построен по схеме аналого-цифрового преобразователя, который позволяет преобразовывать аналоговый входной сигнал в семиразрядный двоичный код, что позволяет измерять амплитуды сигналов в канале связи в диапазоне от 0 до 100 мА с
погрешностью менее 1%. Для визуального отображения значений амплитуд сигналов в заданном диапазоне с указанной точностью индикационное устройство 11 должно содержать не менее трех цифровых индикаторов.
Управляемый ограничитель 18 тока может быть выполнен по одной из схем «токового зеркала» (как показано на чертеже) или на резисторном оптроне.
Согласующее устройство 19 должно представлять собой генератор тока, управляемый напряжением и может быть построено на операционном усилителе.
Масштабный усилитель 20 должен представлять собой линейный усилитель напряжения с регулируемым коэффициентом усиления и может быть выполнен на операционном усилителе.
Одним из вариантов устройства 21 выборки-хранения может быть схема, содержащая полевой транзистор 25, операционный усилитель 26, диод 27 и конденсатор 28.
Элемент 24 задержки может быть ждущим мультивибратором, выполненным на дискретных элементах или на микросхеме.
Формирователь 23 одиночных импульсов может представлять собой например, дифференцирующую цепь (как показано на чертеже).
Буферный ключ 1 может быть выполнен, например, в виде комплементарной пары МДП-транзисторов с индуцированными каналами.
Цифровой передатчик 2 может входить в состав ПЭВМ, что в ряде случаев требует выполнения буферного ключа 1 в виде магистрального передатчика, обеспечивающего работу по несимметричным цепям стыков.
Работа оптоэлектронного линейного передатчика, адаптивного к параметрам канала связи происходит следующим образом.
После первичного включения источников напряжения оптоэлектронный передатчик подлежит настройке на режим, который при работе будет обеспечивать максимальную надежность защиты
информации от возможного несанкционированного ее получения. Настройка проводится в два этапа. На первом этапе цифровой передатчик 2 устанавливается в режим формирования стоповой (токовой) посылки в канале 16 связи, при котором с выхода передатчика 2 на вход буферного ключа 1 постоянно поступает высокий уровень напряжения, соответствующий логической единице (лог.1). В этом режиме лог.1, проходя через ключ 1 и фильтр 3, приводит к формированию тока на выходе формирователя 5, и оптоэлектронный ключ 6 переходит во включенное состояние. При этом в канале 16 связи появляется ток, величина которого определяется источником 13 линейного напряжения, сопротивлением регулятора 17 и активным сопротивлением канала 16 связи. Этот ток протекает по следующей цепи: положительный полюс источника 13 - входная цепь элемента 12 - выходная цепь ключа 6 - регулятор 17 - вывод 15 - линейная нагрузка канала 16 - вывод 14 - отрицательный полюс источника 13. Регулятор 17 линейного тока устанавливается в такое положение, при котором индикационное устройство 11 покажет, что линейный ток в канале 16 удовлетворяет требованиям, которые определены стандартом [ГОСТ Р 51026-97. Цепи внешние оконечных установок документальной электросвязи (стр.4, п.6.3.2)] и, равен, например, 50 мА.
Показания индикационного устройства 11 определяются величиной тока во входной цепи оптоэлектронного элемента 12, линейностью работы этого элемента и линейного усилителя 9. Поэтому напряжение на выходе линейного усилителя 9 с высокой точностью пропорционально значению линейного тока, протекающего через регулятор 17 в канал 16 связи. Если блок 10 контроля представляет собой АЦП, то значение кода на его выходе также будет пропорционально величине тока протекающего в канале 16. После дешифрации выходного кода АЦП индикационным устройством 11,
оно обеспечит визуальное отображение абсолютного значения амплитуды токовой посылки.
Лог.1, сформированная цифровым передатчиком 2 на первом этапе настройки через время задержки, определяемое элементом 24 задержки, в виде одиночного импульса напряжения с выхода элемента 23 поступит на первый вход устройства 21 (затвор транзистора 25), в результате чего устройством 21 (через его второй вход) будет осуществлена выборка и запоминание амплитуды токовой посылки. (Включение транзистора 25 позволяет зарядить конденсатор 28 через элементы 26 и 27 до напряжения, соответствующего напряжению на выходе линейного усилителя 9; после выключения транзистора 25 напряжение на конденсаторе 28 будет сохраняться в течение времени, определяемого временем хранения устройства 21).
Напряжение с выхода устройства 21 через масштабный усилитель 20 и согласующее устройство 19 приведет к поступлению тока на вход ограничителя 18 тока, однако в его выходной цепи тока не будет, так как на этом этапе за счет инвертора 4 формирователь 8 выключен, а значит выключен и оптоэлектронный ключ 7.
На втором этапе настройки цифровой передатчик 2 устанавливается в режим формирования стартовой (бестоковой) посылки в канале 16 связи, при котором с выхода передатчика 2 на вход буферного ключа 1 постоянно поступает низкий уровень напряжения, соответствующий логическому нулю (лог.0).
В этом режиме лог.0, проходя через ключ 1, фильтр 3 и инвертор 4, приводит к формированию тока на выходе формирователя 8, и оптоэлектронный ключ 7 переходит во включенное состояние, а оптоэлектронный ключ 6 выключается. При этом в канале 16 связи ток прекращается, однако отбор тока от источника 13 не прекращается, так как включение оптоэлектронного ключа 7 приводит к тому, что появляется новая цепь для протекания тока: положительный полюс источника 13 -
входная цепь элемента 12 - выходная цепь ключа 7 - выходная цепь управляемого ограничителя 18 тока - отрицательный полюс источника 13.
Далее с помощью органов управления масштабного усилителя 20, его коэффициент усиления устанавливается таким, при котором ток через управляемый ограничитель 18 тока будет соответствовать току, который установился при формировании токовой посылки (контроль так же осуществляется индикационным устройством 11). Идентичность показаний (например, 50 мА) индикационного устройства 11 при формировании бестоковой посылки будет свидетельствовать о том, что от источника 13 отбирается ток, величина которого с высокой точностью совпадает с величиной тока, отбираемого от источника 13 во время формирования токовой посылки. Эта точность будет обеспечиваться при любом изменении амплитуды токовой посылки (как за счет регулятора 17, так и за счет изменения параметров канала 16 связи, в том числе и при случайном изменении сопротивлений канала), потому что устройство 21 выборки-хранения, запоминая амплитуду токовой посылки, всегда будет автоматически перестраивать управляемый ограничитель 18 тока таким образом, чтобы в течение бестоковой посылки от источника 13 осуществлялся отбор тока той же величины, что и при токовой посылке.
Следует особо отметить тот факт, что в правильно настроенном оптоэлектронном линейном передатчике обеспечивается постоянство (равенство) отбора тока от источника 13 и в моменты перехода от токовых посылок к бестоковым, и наоборот, за счет равномерности перераспределения токов через оптоэлектронные ключи 6 и 7 при изменении их состояний (закон изменения токов на фронтах ключа 6 с высокой точностью обратно-симметричен закону изменения токов на фронтах ключа 7, что обеспечивается согласованной работой оптимального фильтра 3 и линейного фазоинвертора 4).
Последнее обстоятельство оказывает большое влияние на повышение надежности защиты информации, когда при передаче
информации непрерывная работа цифрового передатчика 2 вызывает противофазные переключения оптоэлектронных ключей 6 и 7.
Наличие фильтра 22 низких частот позволяет исключить влияние высокочастотных пульсаций токовой посылки (помех) на точность запоминания ее амплитуды устройством 21.
Наличие индикационного устройства 11, обеспечивающего визуальное отображение абсолютного значения тока, отбираемого от источника 13, позволяет создать дополнительные удобства в эксплуатации для точной установки рабочего тока в канале 16 связи в соответствии ГОСТ Р 51026-97.
Как следует из описания, надежность защиты передаваемой информации в значительной степени зависит от точности настройки оптоэлектронного линейного передатчика, которая, в свою очередь, зависит от разрядности АЦП в блоке 10 и разрядности индикационного устройства 11, а также от правильности выбора частот среза в оптимальном фильтре 3.
В зависимости от эксплуатационных требований, предъявляемых к терминальному оборудованию телекоммуникационных систем, составной частью которого является оптоэлектронный линейный передатчик, всегда имеется техническая возможность выбора оптимальных значений названных параметров. При этом могут быть значительно упрощены требования к источнику 13 линейного напряжения, а также эксплуатационные требования, за счет повышения адаптивных возможностей оптоэлектронного линейного передатчика.
Применение оптоэлектронного линейного передатчика в терминальных комплексах связи позволяет существенно повысить надежность защиты информации при попытках ее несанкционированного получения по электромагнитным каналам и каналам первичной сети питания, при одновременном упрощении эксплуатации и повышении эффективности контроля функционирования.
Качественное улучшение названных показателей оптоэлектронного линейного передатчика, адаптивного к параметрам канала связи, подтвержденное экспериментальными исследованиями, позволяет использовать его с высокой эффективностью в автоматизированных системах передачи конфиденциальной информации.
1. Оптоэлектронный линейный передатчик, адаптивный к параметрам канала связи, содержащий буферный ключ, вход которого подключен к выходу цифрового передатчика, а выход соединен со входом оптимального фильтра, выход которого соединен со входами инвертора и первого формирователя выходных сигналов, выход которого подключен ко входу первого оптоэлектронного ключа, первый выход которого объединен с первым выходом второго оптоэлектронного ключа, вход которого подключен к выходу второго формирователя выходных сигналов, вход которого соединен с выходом инвертора, линейный усилитель, выход которого через блок контроля подключен к индикационному устройству, а вход соединен с выходом оптоэлектронного аналогового элемента, входная цепь которого включена между точкой объединения первых выходов оптоэлектронных ключей и первым полюсом источника линейного напряжения, второй полюс которого подключен к первому выводу канала связи, второй вывод которого через регулятор линейного тока соединен со вторым выходом первого оптоэлектронного ключа, отличающийся тем, что в него введены управляемый ограничитель тока, согласующее устройство, масштабный усилитель, устройство выборки-хранения, фильтр низких частот, формирователь одиночных импульсов и элемент задержки, вход которого подключен к выходу цифрового передатчика, а выход соединен со входом формирователя одиночных импульсов, выход которого подключен к первому входу устройства выборки-хранения, второй вход которого через фильтр низких частот соединен с выходом линейного усилителя, при этом выход устройства выборки-хранения подключен ко входу масштабного усилителя, выход которого через согласующее устройство соединен со входом управляемого ограничителя тока, первый выход которого подключен ко второму выходу второго оптоэлектронного ключа, а второй выход соединен со вторым полюсом источника линейного напряжения.
2. Передатчик по п.1, отличающийся тем, что каждый оптоэлектронный ключ выполнен на транзисторном оптроне, при этом коллектор и эмиттер фототранзистора являются соответственно первым и вторым выходами оптоэлектронного ключа, вход которого подключен к светодиоду оптрона.
3. Передатчик по п.1, отличающийся тем, что каждый оптоэлектронный ключ содержит диодный оптрон и транзистор Дарлингтона, коллектор и эмиттер которого являются соответственно первым и вторым выходами оптоэлектронного ключа, вход которого подключен к светодиоду оптрона, фотодиод которого соединен с базой транзистора Дарлингтона.
4. Передатчик по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что каждый формирователь выходных сигналов построен на операционном усилителе по схеме генератора тока, управляемого напряжением.
5. Передатчик по п. 1, отличающийся тем, что инвертор является линейным фазоинвертором и выполнен на операционном усилителе с глубокой отрицательной обратной связью и единичным коэффициентом усиления.
6. Передатчик по п. 1, отличающийся тем, что оптимальный фильтр выполнен по схеме одного из типов активных фильтров Баттерворта, Бесселя или Чебышева.
7. Передатчик по п.1, отличающийся 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. Передатчик по п.1, отличающийся тем, что блок контроля является аналого-цифровым преобразователем, число разрядов двоичного кода которого соответствует не менее семи.
9. Передатчик по п.1, отличающийся тем, что индикационное устройство является одним из типов цифровых индикаторов, обеспечивающих визуальное отображение не менее трех разрядов десятичного числа.
10. Передатчик по п.1, отличающийся тем, что управляемый ограничитель тока выполнен по одной из схем «токового зеркала».
11. Передатчик по п.1, отличающийся тем, что управляемый ограничитель тока является резисторным оптроном, выводы фоторезистора которого являются соответственно выходами ограничителя тока, вход которого подключен к светодиоду оптрона.
12. Передатчик по п.1, отличающийся тем, что согласующее устройство построено на операционном усилителе по схеме генератора тока, управляемого напряжением.
13. Передатчик по п.1, отличающийся тем, что масштабный усилитель построен на операционном усилителе с отрицательной обратной связью, в неинвертирующем включении и регулируемым коэффициентом усиления, при этом выход операционного усилителя является выходом масштабного усилителя, вход которого является неинвертирующим входом операционного усилителя.
14. Передатчик по п.1, отличающийся тем, что устройство выборки-хранения содержит полевой транзистор с индуцированным каналом, операционный усилитель, диод и конденсатор, первый вывод которого подключен к общей шине, а второй соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и катодом диода, анод которого подключен к выходу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с истоком полевого транзистора, затвор которого является первым входом устройства выборки-хранения, второй вход которого является стоком полевого транзистора.
15. Передатчик по п.1, отличающийся тем, что элемент задержки выполнен по схеме ждущего мультивибратора, время задержки которого соответствует половине длительности передаваемых сигналов.
16. Передатчик по п.1, отличающийся тем, что формирователь одиночных импульсов является дифференцирующей цепью, постоянная времени которой более чем на порядок меньше длительности передаваемых сигналов.
17. Передатчик по п.1, отличающийся тем, что буферный ключ выполнен в виде комплементарной пары МДП-транзисторов с индуцированными каналами, затворы которых объединены и являются входом ключа, а выход ключа соединен с объединенными стоками транзисторов.
18. Передатчик по п.1, отличающийся тем, что цифровой передатчик выполнен в составе ПЭВМ, выход передающего СОМ-порта которой является выходом передатчика.
19. Передатчик по п.1 или 18, отличающийся тем, что буферный ключ представляет собой магистральный передатчик, обеспечивающий формирование и передачу электрических сигналов на вход оптимального фильтра по несимметричным цепям стыков.
