способ передачи дискретной информации по аналоговому каналу связи

Формула изобретения

Способ передачи дискретной информации по аналоговому каналу связи, при котором на передающей стороне модулируют частоту или ширину импульсов электрического сигнала, передают импульсы модулированного сигнала по аналоговому каналу связи, выполненному в виде короткозамкнутого провода, и принимают модулированный сигнал, отличающийся тем, что амплитуду импульсов тока модулированного сигнала в канале связи ограничивают на фиксированном уровне посредством сравнения амплитуды импульсов тока модулированного сигнала с пороговым значением и выделения их разности, используемой для регулировки амплитуды импульсов напряжения передаваемого модулированного сигнала, и устанавливают факт несанкционированного съема информации по отклонению амплитуды импульсов напряжения передаваемого модулированного сигнала от заданного порогового уровня.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах передачи дискретной информации с широтно-импульсной или частотной манипуляцией сигналов.

Известен способ передачи дискретной информации по аналоговому каналу связи [Басманов А.С., Кузнецов Е.И., Юрков В.Н. Способ передачи дискретной информации по аналоговому каналу связи. А.с. 2022482, МПК H 04 L, 27/00, Бюллетень изобретений N 20, 1984, с. 185], по которому модулируют длительность фронтов электрического сигнала в соответствии со значением передаваемой информации и выделяют информационный сигнал по величине и знаку разности этих фронтов. Надежность передачи цифровых данных таким способом ограничивается из-за влияния фазочастотных характеристик канала связи на длительность фронтов импульса, поэтому изменение RLC-параметров аналогового канала связи затрудняет достоверное выделение информативных параметров на приемной стороне.

Известен также способ передачи дискретной информации по интерфейсу типа "токовая петля" в соответствии с которым на передающей стороне формируют модулированный электрический сигнал, и через аналоговый канал связи пропускают импульсы тока с амплитудой 10-20 мА [Гук М. Интерфейсы ПК: Справочник. - Санкт-Петербург: Питер КОМ, 1999, с. 77-82]. При использовании данного способа для ограничения тока на приемной стороне устанавливают резисторы, поэтому размах амплитуды напряжения в канале связи составляет 10...30 B, что приводит к большому уровню сопутствующих помех и не позволяет реализовать скрытность процесса передачи информации. Кроме того, при известном способе передачи дискретной информации практически невозможно защитить канал связи от несанкционированного подключения, реализуемого, например, через буферный усилитель с высоким входным сопротивлением. При этом отсутствует дополнительный контроль за состоянием канала связи и, например, увеличение активного сопротивления канала связи приводит к снижению достоверности и передачи данных.

Техническим результатом изобретения является улучшение защиты информации от несанкционированного доступа и повышение достоверности передачи данных за счет проведения контроля параметров канала связи непосредственно в процессе формирования модулированного электрического сигнала.

Для достижения указанного технического результата в способе передачи дискретной информации по аналоговому каналу связи, выполненному в виде короткозамкнутого провода, заключающемся в частотной или широтно-импульсной модуляции электрического сигнала на передающей стороне и передаче импульсов модулированного сигнала по аналоговому каналу связи, ограничивают амплитуду на фиксированном уровне импульса тока модулированного сигнала посредством сравнения амплитуды импульсов тока модулированного сигнала с пороговым значением и выделения их разности, которую используют для регулировки амплитуды импульсов напряжения передаваемого модулированного сигнала, и устанавливают факт несанкционированного съема информации по отклонению импульсов напряжения передаваемого модулированного сигнала от заданного порогового уровня.

Ограничение амплитуды импульсов тока I_max модулированного сигнала, реализуемое, к примеру, его сравнением с пороговым значением I_пор и выделением разности I_max - I_пор, используемой для регулировки амплитуды напряжения U_max предаваемого сигнала, позволяет реализовать автоматическую подстройку выходной мощности передающего устройства в зависимости от сопротивления канала связи. При использовании на приемной стороне системы устройства с малым входным сопротивлением R_BX = const выходное напряжение передающего устройства ограничивается на минимальном уровне U_мин, обеспечивающем требуемую достоверность передачи информации, которая зависит от сопротивления канала связи R_CB и заданного порогового уровня импульсов тока в канале связи U_мин= (R_вх+R_св)I_пор.

Значение минимальной амплитуды импульсов напряжения передаваемого сигнала при R_вх ---> 0 прямо пропорционально сопротивлению канала связи (U_мин= R_св I_пор), поэтому любая попытка несанкционированного подключения дополнительного приемника к каналу связи приводит к возрастанию амплитуды импульсов напряжения на выходе передающего устройства (при стабилизации амплитуды импульсов тока на определенном уровне I_пор). При этом одновременно реализуется контроль состояния канала связи в процессе формирования амплитуды импульсов тока модулированного сигнала, что позволяет обеспечить высокую достоверность передачи информации при минимальном уровне электрического сигнала и соответственно сопутствующих помех.

На фиг. 1 представлен пример структурной схемы устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 2 показаны временные диаграммы его работы.

Устройство, реализующее предложенный способ, содержит источник импульсов напряжения модулированного сигнала 1, который подключен к первому входу усилителя 2 и через формирователь импульсов 3 соединен со стробирующим входом компаратора 4, один вход которого подключен к источнику порогового напряжения 5. Второй вход компаратора 4 соединен с выходом усилителя 2 и через блок гальванической развязки 6 подключен к каналу связи 7, который через преобразователь тока в напряжение 8 и пороговый элемент 9 соединен со вторым входом усилителя 2. Кроме того, выход преобразователя тока в напряжение 8 подключен к приемнику модулированного сообщения 10.

Устройство работает следующим образом. Частотно-манипулированные (или широтно-манипулированные) импульсы напряжения, поступающие от источника передаваемого сообщения 1 на вход усилителя 2, усиливаются и одновременно подаются на первичную обмотку блока гальванической развязки 6 и на один из входов компаратора 4, стробируемого выходными импульсами формирователя 3. По вторичной обмотке блока гальванической развязки 6, содержащей один или несколько витков W_кс провода аналогового канала связи 7, протекают модулированные импульсы тока, амплитуда которых зависит от отношения числа витков W₁/W_кс первичной и вторичной обмоток блока гальванической развязки 6, амплитуды импульсов напряжения U_м на его первичной обмотке и сопротивления R_кс аналогового канала связи 7, выполненного в виде короткозамкнутого провода



Протекание импульсов тока с амплитудой I_м по аналоговому каналу связи приводит к появлению импульсов напряжения с амплитудой U8_м = (I_мW₂R)/W_кс на выходе преобразователя тока в напряжение 8, в качестве которого можно использовать трансформатор тока с вторичной обмоткой W₂ зашунтированной резистором R. Импульсы напряжения с амплитудой U8_м подаются на нелинейный элемент 9 с пороговым значением напряжения срабатывания U_пор, и при большом уровне амплитуды импульсов обратной связи U8_м U_пор сопротивление элемента 9 резко уменьшается. Это приводит в свою очередь к появлению разностного сигнала обратной связи _ос = (U8_м- U_пор) на инвертирующем входе усилителя 2, имеющего коэффициент усиления напряжения k >> 1, и ограничению амплитуды импульсов его выходного напряжения на уровне U2_м= (U1_м+U_пор)R_кс/R.

При постоянной амплитуде U1_м импульсов напряжения передаваемого модулированного сигнала, поступающего от источника 1, амплитуда импульсов выходного напряжения усилителя 2 будет прямо пропорциональна сопротивлению R_кс канала связи, поэтому любое изменение этого сопротивления приводит к сопутствующему изменению амплитуды импульсов напряжения U2_м. Любое несанкционированное подключение приемника информации к аналоговому каналу связи, выполненному в виде короткозамкнутого провода большой длины, будет однозначно приводить к возрастанию эквивалентного сопротивления канала связи R_кс и как следствие к увеличению амплитуды импульсов выходного напряжения U2_м усилителя 2 в процессе передачи информации. При этом сравнение амплитуды импульсов напряжения U2_м с заданным пороговым уровнем, выполняемое компаратором 4, позволяет установить факт несанкционированного съема информации и при необходимости использовать изменение логического сигнала на выходе компаратора 4 для прекращения передачи информации по каналу связи и индикации факта несанкционированного подключения приемника.

При работе устройства в режиме приема импульсов напряжения модулированного сигнала используется блок 10 (приемник модулированного сообщения), подключаемый непосредственно к выходу преобразователя 8, функционирование которого запрещается на время передачи информации сигналом, поступающим от источника 1.

Для исключения влияния коммутационных процессов на работу компаратора 4 применено его стробирование выходными импульсами формирователя 3, срабатывающего с некоторой задержкой относительно сигнала источника 1 (фиг. 2). Подстройка уровня срабатывания компаратора 4 выполняется регулировкой напряжения на выходе блока 5 (источника порогового напряжения) при номинальном сопротивлении R_кс канала связи.

Предложенный способ передачи дискретной информации, реализованный на примере структурной схемы устройства (фиг. 1), позволяет повысить скрытность передачи цифровых данных, особенно при небольшой (до 1 км) длине канала связи, за счет минимизации амплитуды импульсов напряжения в канале связи и соответствующего снижения уровня импульсных помех, наводимых в процессе обмена информацией. В частности, при использовании монтажного провода типа МГШД-0,5 сопротивление аналогового канала связи длиной 1 км, выполненного в виде короткозамкнутого витка провода, составляет R_кс = 80 Ом, поэтому максимальный размах напряжения в канале связи составляет 0,24B при токе I_кс = 5 мА, т.е. в 40-120 раз ниже, чем при использовании известного способа, реализующего передачу данных по интерфейсу RS-232C или т.п. Кроме того, при передаче информации предложенным способом обеспечивается гальваническая развязка как на приемной, так и на передающей стороне. Это позволяет использовать существующие линии электроснабжения или каналы связи, находящиеся под напряжением в другой полосе частот для передачи дискретной информации. Выделение необходимого частотно-модулированного сигнала в этих случаях можно производить, используя известные принципы фильтрации, например, подключением соответствующих конденсаторов параллельно обмоткам W₁ и W₂ в блоках 6 и 8 устройства (фиг. 1).

Устройство, реализующее предложенный способ, сравнительно просто реализуется на КМОП - микросхемах серий К561, К1554, К140 и К521. Источник модулирующего сигнала 1 может быть собран на элементах К1564ГГ1, усилитель 2 - на микросхеме КР140УД1208, формирователь 3 и приемник модулированного сигнала 10 - на микросхемах типа К561ТЛ1, компаратор 4 - на микросхемах К521СА3, К561ТМ2, пороговый элемент 9 - на диодах КД522 и стабилитроне КС139, блок 5 - на стабилитроне КС191А, резисторах типа С2-29В и потенциометре СП5-2, а в блоке гальванической развязки 6 и преобразователе тока в напряжение 8 можно использовать ферритовые кольца типа М2000 с обмотками W₁, W₂ на проводах типа ПЭВ-0,25 и резистор С2-29В.