Каналообразующий преобразователь
Полезная модель относится к области телекоммуникаций, в частности, к цифровым телефонным системам связи, и направлена на формирование и передачу звуковых сигналов акустики помещений в аналоговой форме по цифровому телефонному каналу связи, оперативное получение непрерывной звуковой информации в аналоговой форме по абонентской цифровой телефонной линии связи из мест установки микрофона, достижение необходимых надежности и качества передачи и приема звуковых сигналов акустики по цифровому телефонному каналу связи, исключение сбоев и искажений сигналов телефонии в цифровом телефонном канале связи от передаваемых по аналоговому каналу высокоинтенсивных звуковых сигналов акустики, достижение достаточно низкого демаскирующего фактора, одновременную передачу сигналов телефонии в цифровой форме и звуковых сигналов акустики в аналоговой форме. Указанный технический результат достигается в каналообразующем преобразователе для формирования и передачи звуковых сигналов акустики помещений, содержащем источник питания, соединенный входом с абонентской цифровой телефонной линией связи, а выходом - с микрофонным усилителем, усилителем-компрессором и сумматором, вход микрофонного усилителя соединен с микрофоном, а выход - с другим входом усилителя - компрессора, выход которого связан с входом сумматора, выход и другой вход которого включены в разрыв одного из проводов телефонной линии связи, при этом усилитель - компрессор выполнен с возможностью сжатия динамического диапазона входных звуковых сигналов акустики. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Полезная модель относится к области телекоммуникаций, в частности, к цифровым телефонным системам связи и предназначена для создания в цифровом телефонном канале связи 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, передающее 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.
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 и передачи звуковых сигналов акустики помещений в аналоговой форме по цифровому каналу связи.
Объясняется это различием способов создания аналоговых каналов передачи звуковых сигналов акустики в аналоговом и в цифровом телефонных каналах связи.
Причина состоит в различии источников питания в телефонных станциях: аналоговые - источник тока, цифровые - источник напряжения.
В аналоговом канале телефонной связи звуковые сигналы акустики формируются в соответствии с выражением:
где: i0 - ток в линии связи при подключенном к ней устройстве с выносным микрофоном в режиме «трубка лежит», ток покоя;
i1 - переменный ток на выходе микрофонного усилителя при преобразовании звуковых сигналов акустики в электрические;
i 2 - пульсирующий ток, образующийся в линии связи при преобразовании тока i0 в соответствии стоком i1 звуковых сигналов акустики.
После преобразований (1) имеем:
где: U2 - пульсирующее напряжение, образующееся в линии связи при преобразовании напряжения покоя U0=U3-i0r в соответствии с напряжением U1=i1r звуковых сигналов акустики;
U3 - 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 i 0r=i1r максимальная амплитуда звуковых сигналов акустики
U2max=U3
Следовательно, линейность звуковых сигналов акустики может обеспечиваться в пределах от U0 до U3. При превышении верхнего значения происходит их ограничение на уровне U3 .
Для исключения демаскирования при таком способе формирования и передачи звуковых сигналов акустики необходимо минимизировать разность U3-U0, 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 существенно уменьшает надежность и качество передачи и приема звуковых сигналов акустики по телефонному каналу связи, усложняет схемотехнику устройства.
Недостаток указанного способа формирования звуковых сигналов акустики заключается еще и в том, что не представляется возможным одновременная передача по аналоговому телефонному каналу связи этих сигналов и сигналов телефонии, поскольку они находятся в одном частном диапазоне.
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.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании такой конструкции каналообразующего преобразователя (устройства для передачи по цифровому телефонному каналу связи звуковых сигналов акустики помещений в аналоговой форме), которая исключала бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается:
- в возможности формирования и передачи звуковых сигналов акустики помещений в аналоговой форме по цифровому телефонному каналу связи,
- в оперативном получении непрерывной звуковой информации в аналоговой форме по абонентской цифровой телефонной линии связи из мест установки микрофона,
- в достижении необходимых надежности и качества передачи и приема звуковых сигналов акустики по цифровому телефонному каналу связи,
- в исключении сбоев и искажений сигналов телефонии в цифровом телефонном канале связи от передаваемых по аналоговому каналу высокоинтенсивных звуковых сигналов акустики,
- в достаточно низком демаскирующем факторе,
- в возможности одновременной передачи сигналов телефонии в цифровой форме и звуковых сигналов акустики в аналоговой форме
Указанный технический результат достигается в каналообразующем преобразователе для формирования и передачи звуковых сигналов акустики помещений, содержащем источник питания, соединенный входом с абонентской цифровой телефонной линией связи, а выходом - с микрофонным усилителем, усилителем-компрессором и сумматором, вход микрофонного усилителя соединен с микрофоном, а выход - с другим входом усилителя - компрессора, выход которого связан с входом сумматора, выход и другой вход которого включены в разрыв одного из проводов телефонной линии связи, при этом абонентский цифровой телефонный аппарат соединен одним проводом непосредственно с телефонной линией связи, а вторым - с выходом сумматора, и усилитель - компрессор выполнен с возможностью сжатия динамического диапазона входных звуковых сигналов акустики.
Сумматор содержит усилитель тока, соединенный с одной стороны с усилителем-компрессором, а с другой - через разделительный конденсатор с первичной обмоткой низкочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого через разделительный конденсатор включена в разрыв одного из проводов телефонной линии связи, куда также включены параллельно вторичной обмотке резистор, предназначенный для прохождения по линии связи постоянного напряжения на телефонный аппарат, и конденсатор, необходимый для прохождения сигналов телефонии в цифровой форме между цифровой телефонной станцией и абонентским цифровым аппаратом.
Трансформатор выполнен с возможностью гальванической развязки сумматора с телефонной линией связи и преобразования постоянного напряжения в телефонной линии связи в пульсирующее в соответствии со звуковыми сигналами.
Благодаря схемотехники отдельных узлов и построения функциональных связей между ними выбранных способов формирования звуковых сигналов акустики помещений и включения устройства в телефонную линию связи, обеспечивается получение непрерывной звуковой информации из мест установки микрофона по цифровому телефонному каналу связи.
Выбранный способ формирования звуковых сигналов акустики в цифровом телефонном канале связи дает возможность технической реализации устройства с пониженным демаскирующим фактором, 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 введения в состав каналообразующего преобразователя усилителя-компрессора, обеспечивающего сжатие динамического диапазона звуковых сигналов акустики.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная схема каналообразующего преобразователя для формирования и передачи звуковых сигналов акустики помещений; на фиг.2 - функциональная схема сумматора каналообразующего преобразователя; на фиг.3 - осциллограмма сигналов в цифровом телефонном канале связи, когда работают два канала передачи сигналов: цифровой - телефонии и аналоговый - звуковых сигналов акустики; на фиг.4 - абонентские цифровые каналы связи учрежденческой (офисной) телефонной станции (УЦТС), содержащие заявленный преобразователь и звукосниматель для съема звуковых сигналов акустики с линии связи и передачи их на звукорегистрирующую аппаратуру.
Каналообразующий преобразователь включает в себя источник питания 1, соединенный по входу с абонентской цифровой телефонной линией связи (АЦТЛС), а по выходу - с микрофонным усилителем 3, усилителем-компрессором 4 и сумматором 5, микрофонного усилителя 3, вход которого соединен с микрофоном 2, а выход - с другим входом усилителя-компрессора 4, и сумматора 5, один из входов которого соединен с выходом усилителя - компрессора 4, а выход и другой вход включены в разрыв одного из проводов ЛС1 телефонной линии связи, при этом абонентский цифровой телефонный аппарат (АЦТА) соединен одним проводом ЛС2 непосредственно с телефонной линией связи, а вторым проводом ЛС1 - с выходом сумматора 5.
Аналоговый канал передачи звуковых сигналов акустики помещений создан в цифровом телефонном канале путем подключения каналообразующего преобразователя в разрыв одного из проводов телефонной линии связи в любом месте на всем ее протяжении от абонентского цифрового телефонного аппарата до учрежденческой цифровой телефонной станции, при этом аналоговый канал передачи звуковых сигналов акустики помещений образуется в абонентском цифровом телефонном канале связи за счет преобразования постоянного напряжения, подаваемого по телефонной линии связи от учрежденческой цифровой телефонной станции к цифровому абонентскому телефонному аппарату, в пульсирующее в соответствии со звуковыми сигналами акустики.
Каналообразующий преобразователь работает следующим образом.
При включении каналообразующего преобразователя в цифровую абонентскую телефонную сеть в узле питания 1 вырабатывается низковольтное напряжение постоянного тока для питания всех функциональных узлов преобразователя. Источник питания 1 является универсальным, так как позволяет применять преобразователь во всех современных цифровых телефонных станциях, например, NEC, Ericsson, Panasonic, Avaya, несмотря на различие величин выходных напряжений в источниках питания этих станций.
Преобразованные микрофоном 2 звуковые сигналы в электрические воздействуют на микрофонный усилитель 3, с выхода которого попадают на усилитель - компрессор 4. Усилитель - компрессор 4 производит сжатие динамического диапазона входных звуковых сигналов акустики.
Компрессированные звуковые сигналы акустики воздействуют на сумматор 5. В нем в соответствии с фиг.2 звуковые сигналы акустики проходят через усилитель тока 6, разделительный конденсатор С1 и воздействуют на первичную обмотку низкочастотного трансформатора Тр. Трансформатор Тр обеспечивает гальваническую развязку сумматора 5 с линией связи и производит преобразование постоянного напряжения в линии связи в пульсирующее в соответствии со звуковыми сигналами.
Достигается это тем, что вторичная обмотка Тр включена в разрыв одного из проводов (ЛС1, точки «а» и «в») линии связи через разделительный конденсатор С2. Резистор R обеспечивает прохождение постоянного тока по линии связи на АЦТА. Высокочастотные сигналы обмена между УЦТС и АЦТА и телефонии в цифровой форме проходят без потерь через конденсатор С3 на АЦТА. Второй провод линии связи ЛС2 присоединен непосредственно к телефонному аппарату.
Осциллограмма сигналов в цифровой телефонной линии связи, когда действует одновременно два канала передачи: цифровой - сигналов телефонии и аналоговый - звуковых сигналов акустики, показана на фиг.3.
В цифровом телефонном канале связи преобразование постоянного напряжения в пульсирующее производится в соответствии с соотношением:
где: U4 - пульсирующее напряжение, возникающее при суммировании напряжений: в линии связи U 5 и на выходе усилителя - компрессора U6;
U5 - напряжение в линии связи при отсутствии звуковых сигналов акустики;
U6 - переменное напряжение, развиваемое усилителем - компрессором при преобразовании звуковых сигналов акустики в электрические.
Из формулы (3) видно, что в аналоговом канале передачи звуковых сигналов акустики, образованном в цифровом телефонном канале связи, размах амплитуд сигналов при отсутствии компрессирования может быть ограничен только величиной напряжения питания каналообразующего преобразователя и может составлять несколько вольт. Наряду с этим напряжение в линии связи не зависит в определенных пределах от подключения дополнительных потребителей электропитания/то есть отсутствует демаскирующий фактор.
В то же время большие сигналы акустики могут приводить к сбоям цифровых сигналов обмена между УЦТС и АЦТА, а также к появлению искажений сигналов телефонии в цифровой форме. Для исключения этих явлений в каналообразующий преобразователь введен усилитель -компрессор.
Усилитель - компрессор производит сжатие больших амплитуд звуковых сигналов акустики так, чтобы они не превышали определенной величины.
При воздействии на каналообразующий преобразователь высокоинтенсивных звуковых сигналов акустики от расположенных рядом с ним источников звука, например, звонящая переносная радиотрубка или работающая звуковоспроизводящая аппаратура, сбоев и искажений в работе цифрового канала телефонии не наблюдается.
Из приведенных материалов следует, что в абонентском цифровом телефонном канале связи можно образовать аналоговый канал передачи звуковых сигналов акустики путем преобразования постоянного напряжения, подаваемого по линии связи от УЦТС до АЦТА, в пульсирующее в соответствии со звуковыми сигналами акустики, при этом каналообразующий преобразователь включен в разрыв одного из проводов линии связи.
Как показано на фиг.4 каналообразующий преобразователь 7 может подключаться к линии связи в любом месте на всем ее протяжении от УЦТС до АЦТА, в том числе внутри АЦТА.
Прием и озвучивание сигналов акустики в аналоговом канале из мест установки микрофона МК производится с помощью звукоснимателя и звукорегистрирующей аппаратуры. Звукосниматель 8 как видно на фиг.4 присоединяется к линии связи в любом месте на всем ее протяжении от УЦТС до АЦТА.
Сигналы телефонии в цифровой форме и цифровые сигналы обмена между УЦТС и АЦТА, сигналы вызова и номеронабирателя проходят по цифровому телефонному каналу без сбоев и искажений, несмотря на наличие в нем каналообразующего преобразователя и звукоснимателя.
Поскольку звуковые сигналы акустики помещений находятся в диапазоне частот от 0,3 кГц до 3,5 кГц, а цифровые сигналы обмена и телефонии в диапазоне частот от 50 кГц до 200 кГц, то их можно передавать по цифровому телефонному каналу связи одновременно.
Каналообразующий преобразователь и звукосниматель сопряжены с современным отечественным комплексом компьютерной звукозаписывающей аппаратуры «Фобос» фирмы «Вокорд», широко востребованной на Российском рынке.
Благодаря схемотехники отдельных узлов и построению функциональных связей между ними, выбранных способов формирования звуковых сигналов акустики и включения его в телефонную линию связи обеспечивается получение непрерывной звуковой информации из мест установки микрофона по цифровому телефонному каналу связи.
1. Каналообразующий преобразователь для формирования и передачи звуковых сигналов акустики помещений, характеризующийся тем, что содержит источник питания, соединенный входом с абонентской цифровой телефонной линией связи, а выходом - с микрофонным усилителем, усилителем-компрессором и сумматором, вход микрофонного усилителя соединен с микрофоном, а выход - с другим входом усилителя-компрессора, выход которого связан с входом сумматора, выход и другой вход которого включены в разрыв одного из проводов телефонной линии связи, при этом усилитель-компрессор выполнен с возможностью сжатия динамического диапазона входных звуковых сигналов акустики.
2. Преобразователь по п.1, характеризующийся тем, что сумматор содержит усилитель тока, соединенный с одной стороны с усилителем-компрессором, а с другой - через разделительный конденсатор с первичной обмоткой низкочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого через разделительный конденсатор включена в разрыв одного из проводов телефонной линии связи, куда также включены параллельно вторичной обмотке резистор, предназначенный для прохождения по линии связи постоянного напряжения на телефонный аппарат, и конденсатор, необходимый для прохождения сигналов телефонии в цифровой форме между цифровой телефонной станцией и абонентским цифровым аппаратом.
3. Преобразователь по п.2, характеризующийся тем, что трансформатор выполнен с возможностью гальванической развязки сумматора с телефонной линией связи и преобразования постоянного напряжения в телефонной линии связи в пульсирующее в соответствии со звуковыми сигналами.
