Thiết kế bộ bảo mật điện thoại

Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
1

LỜI MỞ ĐẦU



Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của nghành Điện Tử, sự ra đời
của nhiều công nghệ mới được ứng dụng vào nghành Kỹ Thuật Viễn Thông đã
giúp cho nghành Viễn Thông có sự tiến bộ đáng kể. Hệ thống thông tin liên lạc
đã được nâng cao, sử dụng đa năng, hiệu quả và chính xác, nhanh chóng để đáp
ứng nhu cầu phục vụ đời sống con người. Nhưng một vấn đề được đặt ra cho
việc thông tin liên lạc là việc bảo mật thông tin truyền đi

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn của bạn bè, thầy cô em đã tìm hiểu
về vấn đề thông tin liên lạc trong điện thoại để từ đó tìm ra phương pháp bảøo
mật thông tin. Đây là lý do để em thực hiện đề tài: “THIẾT KẾ BỘ BẢO
MẬT ĐIỆN THOẠI“

Do khả năng kiến thức còn hạn chế và khả năng thực tiễn chưa sâu
nên tập luận văn không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, em mong sự góp ý chân
thành cuả qúy Thầy Cô và bạn bè để đề tài ngày càng hoàn thiện hơn.

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Sinh

Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang

2

LỜI CẢM ƠN



Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến các Thầy Cô trong khoa
Điện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đặc biệt là các Thầy Cô
trong bộ môn Điện Tử đã truyền thụ những kiến quý báo cho em trong những
năm học qua.

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Tạ Công Đức, giảng viên Trường
Đại Học Kỹ Thuật TP. HCM đã hết lòng quan tâm giúp đỡ, cung cấp tài liệu và
tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tập luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn những người bạn, những người thân đã giúp
đỡ và động viên trong quá trình làm luận văn.


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Sinh
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
3

PHẦN A
DẪN NHẬP

Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
4


I . ĐẶT VẤN ĐỀ:

Với xu thế hiện đại hóa và đònh hướng phát triển nền KH-KT nước
nhà, chúng tôi những sinh viên ngành Điện – Điện Tử phải có nhiệm vụ hoàn
thiện về mọi mặt, đặc biệt về kiến thức chuyên môn. Theo xu thế chung đó, sự
phát triển của ngành Điện Tử đã cho ra đời nhiều công nghệ mới được áp dụng
vào ngành Viễn Thông, đã giúp cho ngành Viễn Thông có sự tiến bộ đáng kể.
Hệ thống thông tin liên lạc đã được nâng cao, sử dụng đa năng, hiệu qủa và
nhanh chóng chính xác để đáp ứng nhu cầu đời sống con người.
Trong qúa trình liên lạc thông tin thì một vấn đề quan trọng được đặt
ra đó là việc thông tin truyền đi có được an toàn và giử kín hay không. Đây
chính là nguyên nhân để người thực hiện đề tài thiết kế BỘ BẢO MẬT ĐIỆN
THOẠI.

II. GIỚI HẠN VẤN ĐỀ:
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hình thức truyền thông tin như: thư
từ, phát thanh, truyền hình, báo chí, điện thoại, điện tín, fax, … Hệ thống thông
tin bằng diện thoại là phương thức thông tin liện lạc tiện lợi, hữu hiệu nhất và sử
dụng rộng rãi nhất. Cho nên, trong luận văn, người thực hiện đề tài chỉ chọn
việc bảo mật thông tin giữa hai máy điện thoại
Bảo mật điện thoại là cách thức bảo vệ cuộc đàm thoại giữa hai thuê
bao, ngăn cản người nghe lén trên hệ thống mạng điện thoại công cộng. Mạch
bảo mật điện thoại không thể phát hiện đường dây có an toàn hay không nhưng
có tác dụng biến đổi tín hiệu thoại thành một tín hiệu khác hoàn toàn. Chỉ có
thuê bao bò gọi với thiết bò khôi phục thích hợp mới nghe được. Như vậy an toàn
thông tin trên đường dây điện thoại sẽ được bảo đảm .
Vì thời gian thực hiện đề tài có 6 tuần nên người thực hiện đề tài chia
đề tài làm các phần sau:
PHẦN A : DẪN NHẬP
PHẦN B : LÝ THUYẾT
PHẦN C : THIẾT KẾ
PHẦN D : MỤC LỤC –TÀI LIỆU THAM KHẢO –KẾT LUẬN
HƯỚNG PHÁT TRIỂN

III. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:

Thông qua việc thực hiện đề tài “THIẾT KẾ BỘ BẢO MẬT ĐIỆN
THOẠI” đã giúp cho người thực hiện đề tài hiểu rõ một lónh vực mới về Viễn
Thông, đó là nguyên lý và cách thức hoạt của tổng đài điện thoại để từ đó người
thực hiện mới tìm ra phương pháp cho việc bảo mật trong điện thoại.
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
5

Cũng như củng cố và hiểu sâu hơn về kiến thức đã học như:
 Các phương pháp điều chế – giải điều chế.
 Các vấn đề về mạch dao động.
 Các vấn đề về mạch lọc.

IV. THỂ THỨC NGHIÊN CỨU:

Việc thực hiện “BỘ BẢO MẬT ĐIỆN THOẠI” có 2 phương pháp:
 Bảo mật kiểu tương tự.
 Bảo mật kiểu số.

IV.1 Bảo mật kiểu tương tự:

* Ưu điểm:
Mạch hoạt động hoàn toàn tự động. Sau khi thuê bao gác máy,
mạch bảo mật luôn hoạt động ở chế độ bình thường sẵn sàng nhận cuộc gọi hay
thực hiện cuộc gọi.
* Khuyết điểm:
- Thiết kế mạch phức tạp vì cần mạch Hybrid và mạch điều khiển.
- Máy mắc song song có thể nghe được tín hiệu thoại nếu điều chỉnh
sóng mang thích hợp.

IV. Bảo mật kiểu số:

*Ưu điểm:
- Lắp ráp đơn giản.
- Mạch gọn nhẹ.
- Không dùng mạch điều khiển Relay.
*Khuyết điểm:
- Do tần số lấy mẫu phải lớn hơn hai lần tần số âm thanh cao nhất và

tần số trung tâm khi đảo phổ bằng ¼ tần số lấy mẫu nên:
+ Nếu tần số lấy mẫu lớn hơn kéo theo tần số trung tâm lớn điều
này làm phổ sau khi đảo có biên trên loại ra ngoài băng thông
thoại, kết quả là âm thanh sau khi giải điều chế bò mất thành phần
tần số thấp.
+ Nếu tần số lấy mẫu nhỏ thì tần số tín hiệu âm thanh cao nhất
phải nhỏ để không bò méo, nghóa là tần số âm thanh cao bò xén.
- IC CODEC rất hiếm trên thò trường và giá thành cao.
Qua các ưu điểm và khuyết điểm của từng mạch bảo mật người thực hiện
đề tài chọn BỘ BẢO MẬT ĐIỆN THOẠI KIỂU TƯƠNG TỰ.

Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
6















PHẦN B

LÝ THUYẾT
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
7
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BẢO MẬT THÔNG
TIN

I.1 Mục đích bảo mật thông tin:

Trong xã hội loài người, thông tin liên lạc luôn giữ vai trò quan trọng.
Đó là nhu cầu thiết yếu không thể thiếu được của đời sống con người. Thông tin
liên lạc bao trùm mọi lãnh vực hoạt động của xã hội. Xã hội càng tiến bộ nhu
cầu về thông tin liên lạc càng gia tăng cả về số lượng lẫn chất lượng.
Cùng với đà phát triển của xã hội và sự tiến bộ phát triển nhanh chóng
của kỹ thuật và nhất là công nghệ điện tử tin học thì thông tin được truyền đi với
nhiều hình thức như: truyền thanh, truyền hình, thông tin thoại, số liệu, fax, …
Việc nghiên cứu để truyền thông tin đi đã là một công việc khó nhưng
để đảm bảo thông tin truyền đi được an toàn bí mật càng khó hơn. Trước đây
việc bảo mật thông tin chỉ được ứng dụng trong quân sự, an ninh quốc gia. Xã
hội càng tiến bộ nhu cầu về đời sống tinh thần ngày cao, con người đòi hỏi cần
phải được bảo mật thông tin liên lạc cá nhân với nhau. Việc bảo mật được thực
hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau tuỳ thuộc vào hình thức truyền khác
nhau.
Trong luận văn tốt nghiệp chỉ xét đến việc bảo mật thông tin giữa hai
máy điện thoại với nhau. Hai điện thoại liên lạc với nhau thông qua tổng đài.
Nếu là tổng đài tự động thì thông tin được bảo mật còn nếu việc thông thoại
được thực hiện thông qua thông thoại viên thì thông tin liên lạc không còn bảo
mật nữa. Mặt khác, mỗi điện thoại đều được cấp một đôi dây từ tổng đài đến.
Cho nên khi mắc một máy điện thoại song song thì thông tin liên lạc bò nghe
lén.

Như vậy vấn đề được đặt ra là phải bảo mật thông tin cho dù có bò
nghe lén. Điều này được thực hiện bằng bộ bảo mật:














Điện
thoại
A
Bộ
bảo
mật
Điện
thoại
B
Bộ
bảo
mật

TỔNG


ĐÀI
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
8
I.2 Giới thiệu các phương pháp bảo mật:
Việc bảo mật thông tin được thực hiện với nhiều phương pháp khác
nhau như:

I.2.1 Phương pháp trải phổ:

Trải phổ là một kỹ thuật biến điệu và phân đường nhằm phân phối
tín hiệu cùng dãy tần số của chúng trên một dãy tần số rất rộng.










B
RF
: băng thông trước khi trải.
B
D

: băng thông sau khi trải.
Có 2 loại trải phổ cơ bản:
- FH (Fequency Hopping) : Tần số sóng mang của máy phát được
thay đổi một cách ngẫu nhiên ở tốc độ cao hơn tần số của dữ liệu
nhò phân nối tiếp dùng biến điệu sóng mang.
- DS (Direct Sequence): Dữ liệu nhò phân nối tiếp được trộn với mã
nhò phân giả ngẫu nhiên với tần số hơn rồi đem biến điệu pha một
sóng mang.
Ứng dụng:
- Truyền dữ liệu vô tuyến.
- LAN vô tuyến.
- Modem máy tính cá nhân.
Ưu điểm: khó có thể nhận biết sự tồn tại của tín hiệu vì tín
hiệu lẫn dưới nền nhiễu, dù biết sự tồn tại của tín hiệu nhưng vẫn không thu
được tín hiệu nếu không biết qui luật trải phổ.

I.2.2 Phương pháp dời, đảo phổ:

Phương dời, đảo phổ được thực hiện bằng hai cách:

I.2.2.1 Điều chế biên độ:


BW
B
RF
B
D

f

Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
9
Tín hiệu tin tức:
e
m
= E
m
cos
m
t
Sóng cao tần được truyền đi trong không gian gọi là sóng mang
e
c
= E
c
sin
c
t
Khi được điều chế biên độ thì:
e
AM
= E
c
(1+mcos
m
t)sin
c
t
Trong đó m = E

m
/ E
c
:hệ số điều chế
e
AM
= E
c
sin
c
t + mE
c
/2.sin(
c
+
m
)t + mE
c
/2.sin(
c
-
m
)t 

Sóng mang : E
c
sin
c
t
Sóng biên trên : (mE

c
/2)sin(
c
+
m
)t
Sóng biên dưới : (mE
c
/2)sin(
c
-
m
)t
















I.2.2.2 Đảo phổ bằng phương pháp số:

Trình tự xử lý:
Ở đầu phát tín hiệu âm thanh được đưa qua bộ lọc thông dải tích
cực để loại đi các thành phần tần số lớn hơn 3400Hz và các thành phần tần số
nhỏ hơn 300Hz.
Kế tiếp các tín hiệu âm thanh này được lấy mẫu với tấn số lấy
mẫu F
s
(F
s
>2 tần số âm thanh cao nhất). Tần số phải thỏa mãn điều kiện của
đònh lý lấy mẫu để tín hiệu khôi phục không bò méo, công việc được thực hiện
bằng bộ CODEC.
Sau khi lấy mẫu ta được những chuỗi 8 xung nối tiếp nhau, thực
hiện đảo xung dấu (Xung đầu trong chuỗi 8 xung) luân phiên ở các mẫu có
nghóa là theo sau 7 mẫu xung số trước đó không bò đảo dấu và cứ tiếp tục như
thế, …


e
m

mmin

mmax

c
+
mmin


c
-
mmin

c
-
mmax 
c
+
mmax

c

e
AM
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
10

Ở đầu máy thu tín hiệu số được biến đổi nhờ bộ CODEC và
đưa qua mạch lọc thông dải tái tạo âm thanh giống như ở đầu máy đài phát dải.
Kết quả: sau khi làm như thế sẽ được tín hiệu có phổ đảo ngược
với tần số trung tâm bằng F
s
/4.

I.2.2.3 Phương pháp chèn bit:

Đây là phương pháp chèn thêm một số bit vào bộ mã kí tự được
truyền đi. Nhằm mã hoá bộ mã kí tự được truyền theo phương pháp nào đó.

Công việc này được thể hiện ở nơi phát tín hiệu.
Ngược lại ở nơi thu sẽ cắt bỏ những bit chèn vào làm công việc
mã hóa tín hiệu truyền đi, để còn lại bộ mã kí tín hiệụ cơ bản để rồi giải mã lấy
lại tín hiệu thực giống như tín hiệu cần truyền ở nơi phát.
Đường dây xoắn đôi 22 đi từ tổng đài đến máy điện thoại khá
dài nếu tại một điểm bất kỳ trên đường dây này ta mắc một máy điện thoại song
song (paralell) với thuê bao thì kết quả sẽ ra sao? Kết quả là máy paralell sẽ
nghe được toàn bộ thông tin của thuê bao trong khi đang liên lạc với bất kỳ thuê
bao nào đó.
Như vậy vấn đề đặt ra là làm sao bảo mật được thông tin khi
đường dây bò mắc paralell. Điều này thực hiện bởi mạch BẢO MẬT MÁY
ĐIỆN THOẠI.
Mạch bảo mật máy điện thoại ta dùng phương pháp lập mã và
giải mã tự động có thể thực hiện bằng cách điều chế và giải điều chế SSB để có
được hai biên tần như đã nói, biên tần dưới có phổ đảo ngược. Ta loại bỏ biên
tần trên để lấy biên tần dưới. Muốn tái tạo ở đầu thu ta giải điều chế SSB. Hay
nói một cách khác bảo mật máy điện thoại là làm công việc dời tất cả các tần
số cao của tín hiệu tiếng nói xuống tần số thấp và ngược lại tất cả các tần số
thấp của tín hiệu tiếng nói lên tần số cao. Việc dời tần số này dựa vào tần số
trung tâm của tín hiệu (tần số gốc của tín hiệu), ở đây tần số trung tâm là
1790Hz. Ví dụ phần tiếng nói có tần số ở 2290Hz (500Hz cao hơn tần số trung
tâm), tần số này sẽ được dời lui tới 1290Hz (500Hz cao hơn tần số trung tâm).
Nếu giọng nói thay đổi, có tần số 2790Hz (1000Hz cao hơn tần số trung tâm), thì
sẽ dời lui tới 790Hz (1009Hz thấp hơn tần số trung tâm). Kết quả, tín hiệu đã
được làm sai lệch, để nghe được tín hiệu ban đầu ở máy phát ta phải làm công
việc ngược lại như trên.

I.3 Lựa chọn phương pháp thi công:

Phương pháp số:

*Ưu điểm:.
- Lắp ráp đơn giản.
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
11
- Mạch gọn nhẹ.
- Không dùng mạch điều khiển Relay.
*Khuyết điểm:
- Do tần số lấy mẫu phải lớn hơn hai lần tần số âm thanh cao nhất và
tần số trung tâm khi đảo phổ bằng ¼ tần số lấy mẫu nên:
+ Nếu tần số lấy mẫu lớn hơn kéo theo tần số trung tâm lớn điều
này làm phổ sau khi đảo có biên trên loạt ra ngoài băng thông
thoại, kết quả là âm thanh sau khi giải điều chế bò mất thành phần
tần số thấp.
+ Nếu tần số lấy mẫu nhỏ thì tần số tín hiệu âm thanh cao nhất
phải nhỏ để không bò méo, nghóa là tần số âm thanh cao bò xén.
- IC CODEC rất hiếm trên thò trường và giá thành cao nên trong luận
án này ta kiểu thi công là tương tự.
Ở phương pháp tương tự ta dùng điều chế SSB
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
12
CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TỔNG ĐÀI ĐIỆN
THOẠI

II.1 Tổng đài điện thoại:

II.1.1 Đònh nghóa:

Tổng đài điện thoại là một hệ thống chuyển mạch, nó có nhiệm vụ

kết nối các cuộc liên lạc từ thiết bò đầu cuối chủ gọi (Calling side) đến thiết bò
cuối (Called side)

II.1.2 Cấu trúc mạng điện thoại:

Các thành phần chính cuả mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
được phân cấp như hình vẽ:


















H II.1 Cấu trúc mạng điện thoại

Đường chọn cuối
Trung kế có độ sử dụng cao

Để giải quyết đònh tuyến, trong phân lớp chuyển mạch tuỳ theo
cuộc gọi nội hạt, liên tỉnh trong nước hay ngoài nước mà người ta qui đònh mã số
máy của người sử dụng, mã tổng đài đầu cuối, mã tỉnh hay mã từng nước khác
nhau theo những mã số khác nhau:
Các thuê bao
Trung tâm miền
(lớp 1)
Trung tâm vùng
(lớp 2)
Trung tâm cấp 1
(lớp 3)
Trung tâm đường
dài
Trung tâm chuyển
tiếp nội hạt
Trung tâm đầu cuối
(tổng đài nội hạt)
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
13
Một người sử dụng đầu cuối là thuê bao nhà hoặc công sở trực
tiếp nối đến tổng đài đầu cuối (nội hạt) của mạng điện thoại còn được gọi là
tổng đài lớp 5 hoặc trung tâm điện thoại nội hạt (C.O). Các người sử dụng đầu
cuối thường được nối đến C.O qua một đôi dây xoắn đơn hoặc được gọi là đường
dây thuê bao (C.O:central office)
Các trạm cấp 4 (tổng đài đường dài) có thể đáp ứng 2 chức năng:
+ Là một chuyển mạch đường dài, tổng đài cấp 4 là một phần của mạng
đường dài, nói cách khác, một tổng đài lớp 4 có thể hoạt động như một chuyển
mạch chuyển tiếp để nối các tổng đài lớp 5 này khi có đủ lưu lượng thông tin
giữa các tổng đài để điều chỉnh các trung thế trực tiếp.

+ Các chuyển mạch của tổng đài chuyển tiếp nội hạt cũng có thể chuyển
mạch điều khiển lưu thông vượt tràn trên các trung kế trực tiếp giữa các tổng đài
đầu cuối. Sự phân biệt giữa các chuyển mạch đường dài và chuyển mạch chuyển
tiếp trở nên đặc biệt quan trọng dần đến kết quả là phân ly các nguồn thông tin
trong mạng
Việc đònh tuyến giữa các C.O phải luôn luôn đảm bảo số tổng đài
càng ít càng tốt để giảm đến tối thiểu chi phí tuyến dẫn lưu lượng. Tuyến thực
được chọn sẽ phụ thuộc vào các yếu tố như khoảng cách giữa 2 C.O, mức lưu
lượng của mạng hiện tại và vào thời gian của ngày. Nếu hai người sử dụng được
nối vật lý đến cùng C.O thì cuộc gọi chỉ cần thông qua một tổng đài duy nhất. Ở
những nơi mà hai thuê bao được nối đến các trung tâm điện thoại nội hạt khác
nhau và hai tổng đài lớp 5 được nối đến một tổng đài lớp 4 thì trung tâm đường
dài đó có thể thực hiện cuộc nối.
Khi các C.O ở cách xa nhau thì sử dụng các tổng đài khác, mặc dù
các tổng đài lớp 5, 4 hoặc 3 không cần luôn luôn nối qua cấp chuyển mạch cao
hơn tiếp theo. Một chuyển mạch lớn có thể tạo ra tất cả các chức năng chuyển
mạch lớn thấp hơn. Ví dụ một tổng lớp 5 có thể được đáp ứng bằng một tổng đài
của lớp 4, 3, 2 hoặc 1.
Hình II.1 chỉ ra cấu trúc tuyến chọn cuối (sơ cấp) được bổ sung
bằng một cấu trúc đònh tuyến luân phiên. Để tối thiểu hóa các tải lưu lượng lớn ở
các cấp mạng cao hơn và sự suy giảm tín hiệu khi tuyến gồm nhiều trung kế có
độ sử dụng cao giữa các tổng đài lớn bất kỳ, ở đó hiệu chỉnh một cách kinh tế.

II.1.3 Băng thông và độ rộng băng thông:

Trước khi phân tích yêu cầu tuyến dẫn tiếng nói của con người,
đầu tiên ta phải xác đònh độ rộng của băng tần liên quan đường thuê bao điện
thoại.
Ta đã biết tần số của một tín hiệu tương tự là số các sóng hình Sin
hoàn chỉnh được gởi đi trong mỗi giây và được đo bằng số chu kỳ trên giây. Băng

thông của một kênh là khoảng tần số có thể truyền kênh đó. Độ rộng băng tần
đơn thuần là độ rộng băng thông.
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
14
Tiếng nói của con người có thể tạo ra những âm trong băng thông
khoảng 50 đến 15.000 Hz (15 kHz) với độ rộng băng tần 14,95Khz. Tai người có
thể nghe được các âm thanh nằm trong băng thông 20 Hz-20.000Hz
(độ rộng băng tần là 19,98Khz)
Băng thông của đường thuê bao nội hạt khoảng từ 300Hz-3.400Hz.
Điều này có thể làm ngạc nhiên nếu coi rằng tiếng nói của con người tạo nên
các âm thanh giữa 50Hz-15.000Hz
Trong thực tế, đường thuê bao không phải để dành mang chọn tín
hiệu tương tự bất kỳ nào mà được tối ưu cho tiếng nói của con người nằm trong
băng thông khoảng 200Hz-350Hz. Đây là khoảng tần số chứa phần lớn công
suất, như vậy băng thông 300Hz-3.400Hz là thích hợp để truyền tiếng nói của
con người có chất lượng.
Lý do chủ yếu để mạng điện thoại sử dụng băng tần 3,1Khz hẹp
thích hợp hơn so với toàn bộ băng tần tiếng nói 15Khz là vì băng hẹp cho phép
nhiều cuộc đàm thoại được truyền đi một kênh vật lý duy nhất. Đây là một vấn
đề thực tế quan trọng cho các trung kế nối các tổng đài chuyển mạch điện thoại.
Các bộ lọc và các cuộn dây phụ tải trong mạng sẽ cắt các tín hiệu tiếng nói dưới
300Hz-3.400Hz trên cuộc nối còn khả năng truyền các tần số cao hơn nhiều.

II.2.Phân loại tổng đài:

II.2.1.Phân loại theo công nghệ:

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tổng đài điện thoại
ngày càng phù hợp với yêu cầu phát triển của xã hội. Quá trình nâng cao hoạt

động của tổng đài trải qua các loại như sau:

II.2.1.1.Tổng đài công nhân:

Tổng đài công nhân ra đời từ khi mới bắt đầu hệ thống thông
tin điện thoại. Trong tổng đài việc đònh hướng thông tin được thực hiện bằng sức
người. Nói cách khác, việc kết nối thông thoại cho các thuê bao (máy điện thoại)
được thực hiện trực tiếp bằng con người (gọi là điện thoại viên). Nhiệm vụ cụ
thể của điện thoại viên bao gồm:
-Nhận biết yêu cầu thuê bao gọi của yêu cầu thuê bao bằng tín
hiệu đèn báo hoặc chuông kêu, đồng thời đònh vò được thuê bao gọi.
-Trực tiếp hỏi thuê bao gọi có nhu cầu thông thoại với thuê bao
nào.

-Trực tiếp rung chuông cho thuê bao đối phương (thuê bao bò gọi)
bằng cách đồng bộ chuyển mạch cung cấp dòng điện AC đến thuê bao đối
phương.
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
15
-Trong trường hợp thuê bao đối phương (đối phương đang đàm
thoại), điện thoại viên trả lời cho thuê bao gọi biết.
-Khi thuê bao gọi đối phương nhấc máy, điện thoại viên nhận biết
điều này và ngắt dòng chuông, rút phích cắm của thuê bao và cắm phích cắm
của thuê bao bò gọi, cho phép hai thuê bao thông thoại. Công việc tiếp theo của
điện thoại viên là giám sát cuộc đàm thoại.
-Nếu một trong hai thuê bao gác máy, điện thoại viên nhận biết
điều này và cắt thông thoại, báo cho thuê bao còn lại biết cuộc đàm thoại đã
chấm dứt.
Tổng đài công nhân đầu tiên là tổng đài từ thạch công nhân.

Trong tổng đài này, các cuộc đàm thoại đều thiết lập bởi điện thoại viên tiếp dây
bằng phích cắm hay khóa di chuyển. Tại ngay tổng đài và thuê bao có một máy
phát điện riêng để gọi chuông và nguồn DC để cung cấp cho cuộc đàm thoại.
Sau đó tổng đài công nhân phát triển theo một bước phát triển
mới: tổng đài công nhân điện. Trong tổng đài này, các thuê bao chỉ có một
nguồn duy nhất đúng chung cho tất cả các máy.
*Nhược điểm của tổng đài công nhân:
-Thời gian kết nối lâu.
-Dễ bò nhầm lẫn.
-Với dung lượng lớn, kết cấu và thiết bò của tổng đài phức tạp và
có nhiều điện thoại viên làm việc cùng một lúc mới đảm bảo thông thoại cho các
thuê bao liên tục.

II.2.1.2.Tổng đài tự động:

Việc phát triển từ tổng đài công nhân sang tổng đài tự động là
một bước tiến quan trọng cho tổng đài thông tin điện thoại. Người ta chia tổng
đài tự động ra làm hai loại:
-Tổng đài cơ điện.
-Tổng đài tự động.

1.Tổng đài cơ điện:

Kỹ thuật chuyển mạch trong tổng đài cơ điện nhờ vào các bộ
chuyển mạch cơ khí, được điều khiển bằng các mạch điện tử, bao gồm:
-Chuyển mạch quay tròn.
-Chuyển mạch từng nấc.
-Chuyển mạch ngang dọc.
Trong tổng đài cơ điện, việc nhận dạng thuê bao gọi, xác đònh thuê
bao bò gọi, cấp âm hiệu, kết nối thông thoại đều được thực hiện một cách tự động

nhờ các mạch điều khiển bằng điện tử cùng với các bộ chuyển mạch bằng cơ khí.
So với tổng đài nhân công tổng đài cơ điện có những ưu điểm lớn:
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
16
-Thời gian kết nối nhanh hơn, chính xác hơn.
-Dung lượng tổng đài có thể tăng lên nhiều.
-Giảm nhẹ công việc của điện thoại viên.
*Tuy nhiên tổng đài cơ điện có một số nhược điểm sau:
-Thiết bò cồng kềnh.
-Tốn nhiều năng lượng.
-Điều khiển kết nối phức tạp.
Các nhược điểm này càng thể hiện khi dung lượng khá lớn.

2.Tổng đài điện tử:

Trong các tổng đài điện tử,các bộ chuyển mạch gồm các linh kiện
bán dẫn, vi mạch dùng với các relay, analog switch được điều bởi các mạch điện
tử, vi mạch. Trong tổng đài điện tử, các bộ chuyển mạch bằng bán dẫn thay thế
các bộ chuển mạch cơ khí của tổng đài cơ điện làm cơ cấu của tổng đài gọn nhẹ
đi nhiều,thời gian kết nối thông thoại nhanh hơn, năng lượng tiêu tán ít hơn.
Tổng đài điện tử có ưu điểm lớn là có thể tăng dung lượng lớn mà thiết bò không
phức tạp lên nhiều.

II.2.2.Phân loại theo cấu trúc mạng điện thoại:

Hiện nay trên mạng viễn thông có 5 loại tổng đài sau:
-Tổng đài cơ quan PABX (Private Automatic Branch Exchange)
:được dùng trong cơ quan,khách sạn và chỉ sử dụng cho trung kế CO-line.
-Tổng đài nông thôn RE (Rural Exchange): được sử dụng ở các xã,

khu dân cư đông, các chợ… và có thể sử dụng các loại trung kế.
-Tổng đài nội hạt LE (Local Exchange): được đặt ở các trung tâm
huyện tỉnh và sử dụng các loại trung kế.
-Tổng đài đường dài TE (Toll Exchange): dùng để kết nối tổng đài
nội hạt tỉnh với nhau, chuyển mạch các cuộc gọi đường dài trong nước không có
thuê bao nào.
-Tổng đài các cửa ngõ quốc tế (Gate Exchange): tổng đài này được
dùng chọn hướng và chuyển mạch cuộc gọi vào mạng quốc tế. Để nối các mạng
quốc gia với nhau có thể chuyển quá giang các cuộc gọi.

II.3. Máy điện thoại:

Bất cứ máy điện thoại nào cũng phải hoàn thành các chức năng sau:
-Báo hiệu cho người sử dụng điện thoại biết hệ thống tổng đài đã
sẵn sàng hay chưa sẵn sàng tiếp cuộc gọi. Chức năng này thể hiện ở chỗ phải
báo hiệu cho người sử dụng điện thoại bằng âm hiệu mời quay số hay âm hiệu
báo bận.
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
17
-Phải gởi được mã số thuê bao bò gọi vào tổng đài. Điều này được
thực hiện bằng cách quay số hay nhấn phím.
-Chỉ dẫn cho người sử dụng biết tình trạng diễn biến kết nối bằng
các âm hiệu hồi âm chuông hay báo bận.
-Báo hiệu cho người sử dụng biết thuê bao đang bò gọi thường là
bằng tiếng chuông.
-Chuyển đổi tiếng nói thành tín hiệu điện truyền đi đến đối phương
và chuyển đổi tín hiệu điện từ đối phương đến thành tiếng nói.
-Có khả năng báo cho tổng đài khi thuê bao nhấc máy.
-Chống tiếng gọi lại, tiếng keng, tiếng clic khi phát xung số.

-Ngoài ra người ta còn chú ý đến tính năng tự dộng điều chỉnh mức
âm thanh nghe, nói. Tự động điều chỉnh nguồn nuôi, phối hợp trở kháng với
đường dây. Chức năng này trước kia chưa được chú ý lắm, vì vậy trong thực tế
xảy ra tình trạng nếu đường dây thuê bao gắn máy nói nghe lớn và ngược lại.
Máy ấn phím được chế tạo cacù bộ nghe nói mà hệ số khuếch đại có thể thay đổi
tỷ lệ nghòch với đường dây.
Ngoài chức năng trên người ta còn chế tạo các máy điện thoại có
khả năng sau:
-Gọi bằng số rút gọn.
-Nhớ số thuê bao đặc biệt.
-Gọi lại tự động: khi gọi một thuê bao nào đó mà thuê bao này bò
bận, ta có thể đặt máy trong khi số thuê bao vừa được lưu trữ trong bộ nhớ máy
điện thoại. Sau đó ta nhấn một nút tương ứng, số điện thoại vừa gọi này được
phát đi, hoặc sau thời gian nào đó dù không nhấn nút gọi thì số điện thoại này
cũng tự động phát đi, khi thuê bao rảnh thì máy tự động reo chuông từ hai phía.

Các thông số và giới hạn máy điện thoại:

Thông số Các giá trò mẫu Giá trò sử dụng
Dòng làm việc 20 – 80 mA 20 – 120 mA
Nguồn tổng đài -48 -> -60 V -47 -> -150 V
Điện trở vòng 0 – 1300  0 – 1600 
Suy hao 8 dB 17dB
Méo dạng Tổng cộng 50 dB
Dòng chuông 90 Vmrs/20 Hz 75–90 Vmrs/16–25Hz
Thanh áp ống nói 70 –90 dB <15 dB
Nhiễu

Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang

18
II.4 Trung kế:

II.4.1 Đònh nghóa:

Trung kế là đường dây liên lạc giữa hai tổng đài



H II.2

II.4.2 Các loại trung kế:

 Trung kế CO-Line (Central Office Line)



H II.3
- Kết nối hai dây cáp.
- Sử dụng đường dây thuê bao của tổng đài khác làm trung kế cuả
tổng đài mình.
- Có chức năng như máy điện thoại (nhận khung quay số).

 Trung kế tự động 2 chiều E & M (Ear And Mouth Trunk)



H II.4
- Kết nối dây trên bốn dây Cable.
- Hai dây để thu tín hiệu thoại.

- Một dây để thu tín hiệu trao đổi.
- Một dây để phát tín hiệu trao đổi.

- Các tín hiệu trao đồi gồm: chiếm, quay số, xác nhập, thiết lập cuộc
gọi, tính cước.

II.5 Vòng nội bộ – Các âm hiệu của tổng đài:

II.5.1 Vòng nội bộ:
Tổng Đài A
A
Tổng Đài B
Tổng Đài A Tổng Đài B
Tổng Đài A Tổng Đài B
E

M
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
19








H II.5 Đường Tip và Ring của vùng nội bộ
Vòng nội bộ của thuê bao là một đường hai dây cân bằng nối với

đất với đài cuối, một nguồn chung của đài cuối cung cấp 48VDC cho mỗi vòng
thuê bao. Hai dây dẫn được nối với Tip và Ring (thuật ngữ dùng để mô tả Jack
điện thoại).
Đường Ring có điện thế –48VDC đối với Tip, Tip được nối đất (chỉ
đối với DC) ở đài cuối.

II.5.2 Nguyên lý làm việc của tổng đài:

Khi thuê bao nhấc máy (off-hook): làm đóng tiếp điểm chuyển
mạch tạo nên một dòng điện khoảng (20-80)mA chạy trong vòng thuê bao. Ở
chế độ off-hook, điện thế DC rơi trên đường dây giữa Tip và Ring khoảng
4VDC ở thiết bò đầu cuối thuê bao.
 Tổng đài nhận biết thuê bao nhấc máy thông qua sự thay đổi điện trở
mạch vòng. Bình thường khi thuê bao ở vò trí gác máy, điện trở của
thuê bao rất lớn (hở mạch), khi thuê bao nhấc máy, điện trở DC của
mạch vòng giảm xuống còn khoảng 150-1500 (thường là 600)
 Khi đài cuối phát hiện off-hook, cấp âm hiệu mời quay số (Dial Tone)
được cấp cho thuê bao đồng thời nhận các số của vòng thuê được gọi.
Âm hiệu Dial-Tone là tín hiệu hình sin liên tục có tần số
f=42525Hz
 Khi thuê bao nhận biết được tín hiệu dial tone người gọi sẽ hiểu được:
được phép quay số. Người gọi bắt đầu quay số hoặc ấn phím chọn số
(đối với máy điện thoại ấn phím loại phát xung) tổng đài nhận biết
các số được quay nhờ vào các chuỗi xung quay số được phát ra từ thuê
bao của người gọi.

H II.6 Chuỗi xung quay số
CO
48 VDC
Tip (geen)
Ring
(red)
T
R
62ms
>500ms
38ms
Khoảng cách giữa 2 xung
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
20

Khi quay số bằng DTMF, các số chọn bởi các chuyển mạch bằng nút
bấm và một tần số riêng được phát đồng thời với mỗi số.

H II.7 Các cặp tần số DTMP

 Nếu các đường kết nối thông thoại (link) đều bò bận thì tổng đài sẽ
cấp âm hiệu báo bận (busy tone) cho thuê bao. Âm hiệu này có tần số
f = 425  25. Ngắt nhòp 0,5s có và 0,5s không.







H II.8 Tín hiệu busy tone (tín hiệu báo bận).

Tổng đài nhận biết các số do thuê bao gọi gởi đến và nhận xét:nếu số đầu
nằm trong tập thuê bao của tổng đài, thì tổng đài sẽ phục vụ như một cuộc nội
đài. Nếu số đầu không phụ thuộc không nằm trong tập thuê bao của tổng đài thì
tổng đài phục vụ như một cuộc liên đài, qua trung kế và gởi toàn bộ đònh vò
quay số sang tổng đài đối phương đã giải mã – nếu số đầu là các giải mã đặc
biệt, tổng đài sẽ thực hiện các chức năng đó để phục vụ yêu cầu của thuê bao.
Thông thường đối với các loại tổng đài nội bộ có dung lượng nhỏ từ vài
chục đến vài trăm số, có thêm nhiều chức năng đặc biệt làm cho chương trình
phục vụ cho các thuê bao thêm phong phú, tiện lợi cho người sử dụng, làm tăng
khả năng khai thác và sử dụng tổng đài.

 Nếu thuê bao không bận thì tổng đài sẽ cấp chuông cho thuê bao với
điện áp AC tứ 70-110V; với tần số f = 16 - 25Hz và chu kỳ nhòp với 3s
có và 4s không.
1
2 3 A

4 5 6 B
7 8 9 C
* 0 # D
679Hz
770Hz
825Hz
914Hz
1209Hz 1336Hz 1447Hz 1633Hz
0,5s
0,5s
0,5s
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
21







H II.8 Tín hiệu chuông 90VAC/25Hz
 Khi thuê bao bò nhấc gọi máy tổng đài nhận biết trạng thái nhấc máy
này, tiến hành cắt dòng chuông cho thuê bao bò gọi một cách kòp thời
để tránh hư hỏng cho thuê bao. Đồng thời tổng đài cũng cắt âm hiệu
Ring back tone cho thuê bao gọi và tiến hành nối kết thông thoại cho
hai thuê bao.
 Khi hai thuê bao đang thông thoại mà có một thuê bao gác máy, tổng
đài nhận biết trạng thái gác máy này cắt thông thoại cho cả hai thuê
bao, cấp âm hiệu busy tone cho thuê bao còn lại, giải tỏa link cho các

cuộc đàm thoại khác. Khi thuê bao còn lại gác máy tổng đài cắt âm
hiệu báo bận cho thuê bao, xác nhận trạng thái gác máy, kết thúc
chương trình phục vụ cho thuê bao.








H II.9 Tín hiệu Ring back tone

Như chúng ta đã biết, tất cả mọi hoạt động nêu trên của tổng đài điện tử
đều được thực hiện một cách hoàn toàn tự động. Nhờ vào các mạch điều khiển
điện tử, ngoài ra điện thoại viên có thể trực tiếp theo dõi toàn bộ hoạt động của
tổng đài ở mọi điểm nhờ vào các bộ chỉ báo, chỉ thò (hiệu thò) và điện thoại viên
có thể trực tiếp điều khiển tổng đài thông qua các thao tác trên bàn phím, hệ
thống công tắc… Các hoạt động điều khiển có thể gồm có nghe xen vào các
cuộc đàm thoại, hội nghò điện thoại…
Tổng đài điện tử cũng có thể được điều khiển bởi một máy điện toán nếu
như tổng đài được thiết kế liên kết với máy điện toán. Chính điều này giúp làm
tăng khả năng khai thác và sử dụng hệ thống điện thoại lên rất nhiều.
4s
3s
4s
3s
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
22

CHƯƠNG III : ĐIỀU BIẾN – GIẢI ĐIỀU BIẾN

Điều biến tín hiệu gốc là biến đổi tín hiệu này ra một sóng có mang nội
dung thông tin của tín hiệu gốc. Sóng có mang thông tin gọi là sóng đã điều
biến.
Việc điều biến nhằm hai mục đích:
- Cho sóng đã điều biến thõa mãn điều kiện truyền của môi trường
truyền tin vì môi trường này không truyền được tín hiệu gốc. Sóng
truyền được tin gọi là sóng mang hay tải tin.
- Tạo điều kiện ghép nhiều kênh truyền tin để truyền qua cùng một
môi trường.
Có nhiều kỹ thuật điều biến tùy thuộc vào bản chất của tín hiệu gốc và
môi trường truyền.
















H III.1

III.1 Điều biên (AM : Amplitude Modulation )

III.1.1 Đònh nghiã:

Kỹ thuật điều biến là kỹ thuật thay đổi biên độ của một sóng có
tần số cao, có khả năng phát xạ sóng điện từ theo biên độ của tín hiệu gốc có
nội dung tin tức cần truyền đi trong không gian.
Tín hiệu gốc
e
m
 E
m
cos
m
t
e
m
: điện áp tức thời tín hiệu điều biến

CÁC HỆ THỐNG
ĐIỀU CHẾ
LIÊN TỤC XUNG
BIÊN ĐỘ
GÓC
AM-SC
AM
VSB
SSB
TƯƠNG TỰ SỐ

PM
SSB-SC
FM
PAM
PDM
PPM
PCM
DELTA
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
23
E
m
: biên độ cực đại tín hiệu điều biến

m
 2f
m
: tần số gốc tín hiệu điều biến
f
m
: tần số tín hiệu điều biến
Sóng cao tần có thể truyền được trong gian gọi là sóng mang hay
tải tin.
e
c
 E
c
sin
c

t
e
c
: điện áp tức thời của sóng mang
E
c
: biên độ cực đại của sóng mang

c
2f
c
: tần số gốc của sóng mang
f
c
: tần số của sóng mang
Khi sóng đã điều biến biên độ thì :
eE
c
(1+mcos
m
t)sin
c
t
mE
m
/E
c
: hệ số điều chế

III.1.2 Phổ tần – bề rộng phổ tần:

Ta có:
eE
c
(1+mcos
m
t)sin
c
t
eE
c
sin
c
t+mE
c
/2sin(
c
+
m
)t+mE
c
/2sin(
c
-
m
)t
mE
c
/2sin(
c

+
m
)t : sóng biên trên
mE
c
/2sin(
c
-
m
)t : sóng biên dưới
E
c
sin
c
t : sóng mang
Phổ sóng điều biên:







BW : bề rộng dãi tần (băng thông)
BW  (
c
+
m
) – (
c

-
m
)
= 2
m









H.III.2

c
-
m

c

c
+
m

mE
c
/2 mE
c

/2
E
c

BW
f
c
-f
m
f
c
f
c
+f
m

mE
c
/2
mE
c
/2
E
c

BW
Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
24

BW = (f
c
+f
m
) – (f
c
-f
m
)
= 2f
m


III.1.3 Sự phân bố công suất trong sóng đã điều biến:

Hình vẽ phổ sóng đã điều biến bởi tín hiệu e
m
E
m
cos
m
t cho thấy
sự phân bố điện áp trong sóng. Điều này cho thấy công suất được phân bố theo
tỷ lệ bình phương của các giá trò điện áp là mE
c
/2,E
c
,mE
c
/2.

Công suất sóng mang:
Công suất mỗi sóng biên:
Công suất của sóng đã điều biến:
Công suất được phân bố thành các thành phần:









H.III.3

lsf: tần số biên dưới
usf: tần số biên trên
Ta thấy công suất được phân bố cho các tần số biên lệ thuộc vào hệ số
điều chế m.

III.2 Đơn biên SSB (Single sideband):

III.2.1 Đònh nghóa:


R
E
P
c
c

2
2

c
c
c
SB
P
m
R
Em
R
mE
P 







482
2
222
2








2
1
44
222
m
PP
m
PP
m
P
ccccAM
f
P
f
c
-f
m
f
c
f
c
+f
m
P
c
=E
c
2

/2R
P
lsf
=m
2
/4P
c

P
usf
=m
2
/4P
c

Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức
SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang
25

Ta biết tin tức chỉ chứa trong biên tần,nên chỉ cần truyền đi một
biên tần là đủ thông tin về tin tức. Qúa trình điều chế nhằm tạo ra một dải biên
tần gọi là điều chế đơn biên. Tải tần chỉ cần dùng để tách sóng, do đó có thể
nén toàn bộ hoặc một phần tải tần trước khi truyền đi.

H.III.2 Phổ tần của AM và SSB

Một số ưu điểm của điều chế đơn biên (SSB) so với điều biên:
-Độ rộng dải tần giảm đi một nữa
Bởi vậy trong cùng một dải tần số thì số đài có thể bố trí tăng gấp đôi
-Hiệu suất rất cao. Đối với điều chế AM:
Khi m =1
Đối với điều chế đơn biên : P
hữu ích
= P
bt
= P
SSB

Xét hệ số lợi dụng công suất :
K
AM
=1/3 và K
SSB
=1 khi m =1
K
AM
=1/9 và K
SSB
=1 khi m =0,5
Vậy khi m càng nhỏ thì máy phát đơn biên càng có công suất hữu ích lớn

hơn nhiều lần so với P
hữu ích
của máy phát điều biên.
-Do D
SSB
 2D
AM
nên đối với các loại nhiễu nói chung
(S/N)
SSB
>(S/N)
AM
và riêng đối với nhiễu trắng (nhiễu có cường độ như nhau) thì
(S/N)
SSB
 (S/N)
AM
.Như vậy để máy phát AM và SSB có cùng S/N ta phải tăng
P
AM
lên hai lần.
-Do hiện tượng pha đỉnh trong truyền sóng mà tần số sóng mang f
o

có thể bò suy giảm. Đối với mát thu AM khi thu có lúc m >1 sẽ gây ra hiện
tượng méo do quá điều chế. Nếu pha đỉnh rất lớn làm mất hẳn tần số sóng mang
e
AM
f
c

f
e
SSB
f
AMSSB
DD
2
1

AMbthưch
PPP
3
1
