СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО АНАЛОГОВОМУ КАНАЛУ СВЯЗИ Российский патент 2001 года по МПК H04L27/00 

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_м•W₂•R)/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 U_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.

Способ передачи дискретной информации по аналоговому каналу связи. Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах передачи дискретной информации с широтно-импульсной или частотной манипуляцией сигналов. Сущность изобретения заключается в передаче по каналу связи токовых импульсов стабильной амплитуды, обеспечиваемой за счет ее сравнения с пороговым значением и выделения разностного токового сигнала для регулировки амплитуды импульсов передаваемого напряжения, пропорционального сопротивлению канала связи, по изменению которого судят о надежности 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. 2 ил.

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.