一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備與方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備與方法，屬于電力線傳輸、電力線通信、電力線干擾、信息安全、電力網(wǎng)絡(luò)及通信等相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，主要用于對(duì)多頻段的電力線通信進(jìn)行阻擾。該設(shè)備包括電源模塊、耦合電路、功率自適應(yīng)干擾源模塊、阻抗匹配器及驅(qū)動(dòng)模塊。本發(fā)明可以對(duì)各種頻段（加入頻段范圍查窄帶電力線通信的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）的窄帶電力線通訊設(shè)備實(shí)施干擾。本發(fā)明采用了功率自適應(yīng)的主動(dòng)式噪聲信號(hào)干擾電力線通信，可以對(duì)抗功率自適應(yīng)的電力線通信設(shè)備，加強(qiáng)干擾能力，并且節(jié)約能源。
【專利說(shuō)明】一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備與方法，屬于電力線傳輸、電力線通信、電力線干擾、信息安全、電力網(wǎng)絡(luò)及通信等相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，主要用于對(duì)多頻段的電力線通信進(jìn)行阻擾。
【背景技術(shù)】
[0002]由于技術(shù)發(fā)展，基于窄帶電力線通信的有線局域網(wǎng)應(yīng)用門(mén)檻很低，并且開(kāi)始普及。窄帶電力線傳輸設(shè)備可以做的很小，且接通電源就可以進(jìn)行傳輸。故如電力線抄表、電力線傳輸呼叫等應(yīng)用，為百姓生活提供了便利。如起源于美國(guó)的X-1O協(xié)議以及相關(guān)設(shè)備可通過(guò)電力線對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；近年來(lái)瑞朗集團(tuán)研制出了其放大器設(shè)備，進(jìn)一步推動(dòng)了電力線設(shè)備的使用。
[0003]關(guān)于電力線通信及其干擾設(shè)備方面的知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)出，有如下幾項(xiàng):
[0004]電力線應(yīng)用方面有:“基于電力線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹悄茈姳怼?專利號(hào)CN201320030263.8)提出了一種帶有處理器，請(qǐng)能夠進(jìn)行電力線通訊的智能電表，最終實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)抄表?！耙环N基于電力線傳輸信號(hào)的云空調(diào)系統(tǒng)”(專利號(hào)CN201210425589.0),將云空調(diào)所用的電力線和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)線合二為一，減少了線路的鋪設(shè)與成本，方便了人們的生活。
[0005]在電力線抗干擾通信方面有:實(shí)用新型專利“電力線載波抗干擾通訊裝置”(專利號(hào)CN201020161616.4)給出了一種電力線載波通信的抗干擾方法和設(shè)備，克服了電力線干擾容易損壞通訊終端和造成通訊誤碼的缺陷，實(shí)現(xiàn)了低壓電力線載體的有效通信，降低了設(shè)備損傷。此外發(fā)明“一種電力線通信系統(tǒng)中的抑制脈沖干擾的裝置”(申請(qǐng)?zhí)?03105317.3)，特別針對(duì)脈沖干擾提出了抗干擾措施；發(fā)明“電力線信道強(qiáng)干擾噪聲抑制裝置中用的抑噪電路”(專利號(hào)CN203301478U)提出的方法和設(shè)備可以抑制噪聲對(duì)電力線通信的干擾。發(fā)明專利“電力線載波信道強(qiáng)干擾噪聲的抑制方法及其電路結(jié)構(gòu)”(專利號(hào)PatentCN103338080A)對(duì)電力線通信的傳輸信道中可能存在的各種形式的強(qiáng)噪聲提出了抑制的方法和設(shè)備，并且取得了良好的成果。
[0006]現(xiàn)有的窄帶電力線傳輸相關(guān)的產(chǎn)品及設(shè)備，其傳輸頻帶大多采用30-150KHZ頻段。電力線通信設(shè)備的一路信號(hào)占據(jù)幾十到IOOHz ;在滿足電磁兼容條件下，功率常為
0.5W-2W ;此外，電力線通信設(shè)備小巧、可靠，使得窄帶電力線傳輸設(shè)備容易配置語(yǔ)音傳感器，且接通電線即可實(shí)現(xiàn)竊聽(tīng)；這對(duì)某些重要的技術(shù)會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)、評(píng)審現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)需要保密的項(xiàng)目實(shí)施場(chǎng)所帶來(lái)了巨大的威脅。前述涉及“窄帶電力線傳輸”的干擾設(shè)備產(chǎn)品或?qū)＠皩?shí)用新型，主要針對(duì)低壓電力線通信、抑制強(qiáng)噪聲電路，主要都是針對(duì)窄帶電力線通信設(shè)備。目前還未見(jiàn)報(bào)道針對(duì)多頻段、主動(dòng)防干擾的電力線產(chǎn)品及相關(guān)專利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了提出一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備與方法，該設(shè)備能夠抑制電力線通信并且解決電力線通信竊聽(tīng)的問(wèn)題。[0008]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0009]本發(fā)明的一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備，該設(shè)備包括電源模塊、耦合電路、功率自適應(yīng)干擾源模塊、阻抗匹配器及驅(qū)動(dòng)模塊；
[0010]所述的電源模塊包括電源變壓器、橋式整流電路、濾波器和穩(wěn)壓器，電源模塊的功能是將民用市電轉(zhuǎn)化為適合后面的控制以及信號(hào)環(huán)節(jié)使用的電壓范圍為3?12V的交流電。
[0011]所述電源變壓器將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為較低壓的交流電，并設(shè)有頻率跟隨電路，使得市電的頻率波動(dòng)不會(huì)影響后級(jí)電路。
[0012]所述橋式整流電路將正負(fù)交替的正弦交流電壓整流為單方向的脈動(dòng)電壓；
[0013]所述濾波器將橋式整流電路輸出的電壓脈動(dòng)部分進(jìn)行平滑；
[0014]所述穩(wěn)壓器使得電網(wǎng)電壓或者負(fù)載變化時(shí)，輸出的電壓保持穩(wěn)定。
[0015]所述的耦合電路包括高通濾波器和可調(diào)變壓器。耦合電路的功能是阻隔低頻220V電壓信號(hào)。
[0016]所述的高通濾波器可以由結(jié)合濾波器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它將50Hz市電過(guò)濾，將高頻信號(hào)截留，經(jīng)過(guò)可調(diào)變壓器，傳向后繼的阻抗匹配模塊和功率自適應(yīng)干擾源；
[0017]所述的可調(diào)變壓器可以無(wú)損地放大高頻信號(hào)，使得其能夠被后繼電路識(shí)別。
[0018]所述的功率自適應(yīng)干擾源模塊，為一套或多套。每套功率自適應(yīng)干擾源模塊包括信號(hào)測(cè)量電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、嵌入式智能CPU模塊、噪聲信號(hào)發(fā)生器和調(diào)制器。功率自適應(yīng)干擾源模塊的功能是根據(jù)電力線信道條件，計(jì)算控制產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)的噪聲源輸出自適應(yīng)的噪聲功率。
[0019]所述的信號(hào)測(cè)量電路接收耦合電路提供的信號(hào)，對(duì)信號(hào)的電壓和電流合理地放大，并且送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。
[0020]所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將高頻電力線通信的信號(hào)采樣量化送入中央計(jì)算單元。
[0021]所述的嵌入式智能CPU模塊對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，找到通信信號(hào)所在的頻譜，并且估計(jì)其通信的能量；并根據(jù)通信信號(hào)所在頻帶和能量信息，控制噪聲信號(hào)發(fā)生器，接收噪聲信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)功率的基帶噪聲，然后控制調(diào)制器將基帶噪聲調(diào)制到頻帶上。
[0022]可以用所述的嵌入式智能CPU模塊控制所述的噪聲信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生特定功率的噪聲。
[0023]可以用所述的嵌入式智能CPU模塊控制所述的調(diào)制器將噪聲信號(hào)調(diào)制到特定的頻段。所述調(diào)制器可以進(jìn)行替換，從而可以在不同頻段進(jìn)行干擾，匹配不同的應(yīng)用場(chǎng)景。
[0024]所述的阻抗匹配器，為一套或多套。每套阻抗匹配器包含阻抗測(cè)量電路，計(jì)算控制電路及可變電容電感網(wǎng)絡(luò)；阻抗匹配器的功能是即時(shí)測(cè)量時(shí)變阻抗和匹配干擾源的輸出阻抗。
[0025]所述的阻抗測(cè)量電路是一個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)，將電力線視作一個(gè)廣義電阻，通過(guò)電路硬件采樣提取相位和幅度信息。由于本干擾設(shè)備插入電力線的位置不固定，將導(dǎo)致阻抗的時(shí)變與不匹配，因此，不同頻段的阻抗匹配器設(shè)計(jì)形式不同。
[0026]所述計(jì)算控制電路獲取阻抗測(cè)量網(wǎng)絡(luò)給出的幅度相位信息進(jìn)行計(jì)算并且控制后級(jí)阻抗阻抗匹配器內(nèi)的電感或電容元件進(jìn)行匹配。[0027]所述可變電容電感網(wǎng)絡(luò)可由前級(jí)控制，并且在電路中實(shí)現(xiàn)對(duì)電感電容網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組合匹配。所述阻抗匹配器可有很多種形式，可具體根據(jù)應(yīng)用電路設(shè)計(jì)不同可調(diào)范圍的阻抗匹配器。
[0028]所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；驅(qū)動(dòng)模塊的功能是在本發(fā)明設(shè)備接通電源后，所述風(fēng)機(jī)在風(fēng)機(jī)控制電路控制下，能夠根據(jù)功率自適應(yīng)干擾源的功率大小，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，完成設(shè)備的散熱。
[0029]基于上述的多套功率自適應(yīng)干擾源模塊及多套阻抗匹配器，嵌入式智能CPU模塊給出電力線信道中不同頻段的信號(hào)強(qiáng)度和在頻帶中的位置，并據(jù)此控制多個(gè)信號(hào)發(fā)生器和調(diào)制器，分別發(fā)生不同功率和頻段的干擾噪聲，并且通過(guò)不同的阻抗匹配單元，將噪聲信號(hào)灌入電力線通信信道中去。
[0030]本發(fā)明的一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾方法，步驟為:
[0031]首先介紹“對(duì)一個(gè)窄帶電力線通信設(shè)備進(jìn)行干擾”的方法。
[0032]I)用戶得知當(dāng)電力線中有一個(gè)窄帶電力線通信設(shè)備接入電力傳輸網(wǎng)，用戶首先將本主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備通過(guò)普通的插頭接入電力傳輸網(wǎng)。假設(shè)該窄帶電力線通信設(shè)備工作于fsignal，其工作功率Psignal，并且用戶事先無(wú)法得知該兩個(gè)參數(shù)。另設(shè)接收設(shè)備可以遠(yuǎn)程接收到由發(fā)射設(shè)備發(fā)射的頻帶信號(hào)Xsignal，傳輸線電力頻率為f50。
[0033]2 )通過(guò)電源模塊對(duì)該通信設(shè)備進(jìn)行供電:
[0034]2.1利用電源模塊的電源變壓器，將220V市電轉(zhuǎn)換為低壓交流電；
[0035]2.2利用電源模塊的橋式整流電路，將低壓交流電整流成近似直流電；
[0036]2.3利用電源模塊的濾波器，為前述2.2生成的直流電進(jìn)行平滑，消除高頻部分；
[0037]2.4市電的有效值可能在220V左右波動(dòng)，進(jìn)而影響整流后直流電的穩(wěn)定性。故利用(I)電源模塊的穩(wěn)壓器，對(duì)直流電進(jìn)行穩(wěn)壓。
[0038]3)該通信設(shè)備通過(guò)耦合電路和功率自適應(yīng)干擾源模塊的配合工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路中電力線通信信道和信號(hào)的分析。
[0039]3.1耦合電路中的高通濾波器將頻率為f5(l的低頻市電過(guò)濾,將電力線通信的頻帶信號(hào)Xsignal截留，經(jīng)過(guò)耦合電路中的可調(diào)變壓器，傳向后繼的(3)功率自適應(yīng)干擾源和⑷阻抗匹配器。事實(shí)上，由于噪聲和衰落的存在，實(shí)際截留的信號(hào)為X, signal+N，X' signal為畸變后的信號(hào)，N為噪聲。
[0040]3.2功率自適應(yīng)干擾源模塊的信號(hào)測(cè)量電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和嵌入式智能CPU模塊將對(duì)3.1處進(jìn)過(guò)濾波獲得信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、分析。由于高頻信號(hào)幅度很小，所以需要首先由信號(hào)測(cè)量電路將耦合電路送出的高頻信號(hào)進(jìn)行放大并且送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路用比相對(duì)窄帶電力線通信常用頻段更高的采樣率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣和量化。經(jīng)過(guò)上述步驟，獲得了 V Signal+N的采樣X(jué)‘ signal (n)+N (η)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將采樣量化后的上述信號(hào)送入嵌入式智能CPU模塊。
[0041]3.3根據(jù)前述，原始信號(hào)Xsignal的頻域信息已經(jīng)發(fā)生微小變化，并且疊加了高頻噪聲，故需要功率自適應(yīng)干擾源模塊中的嵌入式智能CPU模塊對(duì)信號(hào)Xsignal的具體頻段和能量進(jìn)行估計(jì)。嵌入式智能CPU模塊首先獲得的信號(hào)進(jìn)行變換域操作，獲得其功率譜特征
Signalin) +及(Π)。然后采用根據(jù)電力線信道特征的模糊算法，估計(jì)出原始信號(hào)Xsignai所在的頻率范圍的下界Z^nct/和上界偵得信號(hào)在上下界范圍內(nèi)的置信度為95%。
隨后計(jì)算耦合后獲得的信號(hào)的總功率，在計(jì)算中應(yīng)該考慮信號(hào)測(cè)量電路的放大。
[0042]3.4由于利用耦合電路將高頻信號(hào)耦合下來(lái)時(shí)，依舊有部分功率殘留在電力線信道中。此時(shí)可以利用電力線通信耦合的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，用?估計(jì)出在信道中的總功率
PeSigi^ated，并且存儲(chǔ)在嵌A式智能CPU?！缞A中。
[0043]4)該通信設(shè)備通過(guò)功率自適應(yīng)干擾源模塊和阻抗匹配器的配合工作，實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)的產(chǎn)生、調(diào)制，以及干擾信號(hào)的灌入
[0044]4.1通過(guò)嵌入式智能CPU模塊估計(jì)出了待干擾窄帶電力線通信頻段信息fsignal、Signal和功率信息^ ;在設(shè)定干擾的信噪比SNR=l/r后，得出所需的干
擾功中.?= r * Pfgtfted，隨后可以通過(guò)⑶功率自適應(yīng)干擾源模塊的嵌
入式智能CPU模塊控制噪聲信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生功率為的噪聲信號(hào)。
[0045]4.2利用功率自適應(yīng)干擾源模塊中的調(diào)制器，將4.1中的噪聲信號(hào)調(diào)制到下界 和上界./^nai的中間。
[0046]4.3為了將4.2產(chǎn)生的頻帶上的噪聲信號(hào)輸入到電力線上，需要對(duì)電力線阻抗和噪聲源阻抗進(jìn)行匹配。利用功率自適應(yīng)干擾源模塊中的阻抗匹配器，并且結(jié)合嵌入式智CPU模塊的計(jì)算能力，能進(jìn)行輸出阻抗的匹配，進(jìn)而將噪聲源的功率向電力線中輸出。不同的電力線網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用不同的阻抗匹配器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)噪聲功率充分輸出。
[0047]5)該通信設(shè)備通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備的散熱，進(jìn)而保證其工作的穩(wěn)定性和安全性。
[0048]5.1驅(qū)動(dòng)模塊 中的風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)監(jiān)控電源模塊輸出的電壓和電流，監(jiān)控本設(shè)備的整體功率。
[0049]5.2當(dāng)5.1中所監(jiān)控的設(shè)備達(dá)到設(shè)定的閾值后，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)(5)驅(qū)動(dòng)模塊中的風(fēng)機(jī)進(jìn)行工作，開(kāi)始主動(dòng)散熱。
[0050]總體上，上述方法實(shí)現(xiàn)了一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，利用測(cè)量和估計(jì)的窄帶電力線通信信號(hào)為反饋?zhàn)兞浚a(chǎn)生了噪聲信號(hào)，并且產(chǎn)生干擾。
[0051]下簡(jiǎn)要介紹“對(duì)多個(gè)窄帶電力線通信設(shè)備同時(shí)進(jìn)行干擾”的方法。
[0052]本方法的主要步驟與“對(duì)一個(gè)窄帶電力線通信設(shè)備進(jìn)行干擾”一致，前一種方法中，只有一個(gè)窄帶電力線通信的頻段。后者則有多個(gè)通信頻段；相應(yīng)得，在一個(gè)設(shè)備中需要多套功率自適應(yīng)干擾源模塊，包括:信號(hào)測(cè)量電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、嵌入式智能CPU模塊、噪聲信號(hào)發(fā)生器、調(diào)制器。以及多套阻抗匹配器包括阻抗測(cè)量電路，計(jì)算控制電路及可變電容電感網(wǎng)絡(luò)。在重復(fù)進(jìn)行上述1)、2)、3)、4)步后，對(duì)多個(gè)窄帶電力線通信頻帶進(jìn)行干擾。
[0053]有益效果
[0054]I)本發(fā)明可以對(duì)各種頻段(加入頻段范圍查窄帶電力線通信的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))的窄帶電力線通訊設(shè)備實(shí)施干擾。
[0055]2)本發(fā)明采用了功率自適應(yīng)的主動(dòng)式噪聲信號(hào)干擾電力線通信，可以對(duì)抗功率自適應(yīng)的電力線通信設(shè)備，加強(qiáng)干擾能力，并且節(jié)約能源。
[0056]3)本發(fā)明通過(guò)對(duì)設(shè)定頻段的掃頻分析，可尋找到最可能的通信信號(hào)所在的頻段，最終實(shí)現(xiàn)KHz量級(jí)上(具體化頻段)的干擾頻段自適應(yīng)。
[0057]4)該電力線通信干擾設(shè)備是一種新型的信息安全產(chǎn)品，它通過(guò)產(chǎn)生隨機(jī)噪聲，將目標(biāo)信道頻段的信噪比降到極低。
[0058]5)在需要保密的場(chǎng)所，將本設(shè)備插入任意一個(gè)電線插頭中，可以適用于干擾潛在的電力線通信竊聽(tīng)設(shè)備的工作。
[0059]6)電力線通信設(shè)備無(wú)法通過(guò)電力線發(fā)出正常的通信信號(hào)。
[0060]7)本發(fā)明在常用窄帶電力線通信設(shè)備基礎(chǔ)上，將所需傳輸信號(hào)調(diào)制到多個(gè)幾十KHz通信信道頻段上，可根據(jù)具體實(shí)施環(huán)境的不同，動(dòng)態(tài)調(diào)整頻段數(shù)量及寬度。實(shí)施時(shí)，將本發(fā)明通過(guò)電源插座接入電力線局域網(wǎng)，可以對(duì)本局域網(wǎng)內(nèi)的電力線通信實(shí)現(xiàn)寬頻段干擾。
[0061]8)本發(fā)明針對(duì)需阻斷電力線通訊即防止電力線竊聽(tīng)的需求，提出了一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾方法與設(shè)備，具體的，本發(fā)明采用嵌入式智能硬件電路接收電力線通信信道中的信號(hào)，進(jìn)行采樣量化后，根據(jù)不同實(shí)施環(huán)境，用其中的智能CPU模塊分析電力線中的各頻段信號(hào)功率，選擇不同調(diào)制器，主動(dòng)產(chǎn)生噪聲信號(hào)，并將其調(diào)制到多頻段上，實(shí)現(xiàn)降低較寬頻段通信信道的信噪比，從而自適應(yīng)地阻斷電力線竊聽(tīng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0062]圖1a為本發(fā)明實(shí)施例1中的主動(dòng)式固定單頻段電力線通信干擾設(shè)備(包含電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊)系統(tǒng)框圖；圖1b為本發(fā)明實(shí)施例2中的主動(dòng)式自適應(yīng)頻段電力線通信干擾設(shè)備(為了觀察方便，刪去了電源模塊及驅(qū)動(dòng)模塊)的系統(tǒng)框圖；
[0063]圖2為實(shí)施例1和實(shí)施例2的示意圖，是以圖1a的主動(dòng)式固定單頻段電力線通信干擾設(shè)備或者以圖1b主動(dòng)式自適應(yīng)頻段電力線通信干擾設(shè)備對(duì)窄帶電力線通信進(jìn)行干擾的一個(gè)實(shí)施例；
[0064]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3中的主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備的系統(tǒng)框圖，為了觀察方便，刪去了電源、風(fēng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)。
[0065]圖4為以圖3所示干擾設(shè)備系統(tǒng)對(duì)窄帶電力線通信進(jìn)行干擾的一個(gè)實(shí)施例。【具體實(shí)施方式】
[0066]為了明晰本發(fā)明的原理、范疇和實(shí)施，下面對(duì)本發(fā)明“一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾方法和設(shè)備”，結(jié)合實(shí)施例和各附圖對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述。
[0067]實(shí)施例1
[0068]本實(shí)施例是“一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備”的實(shí)施例，采用的是主動(dòng)式固定單頻段電力線通信干擾設(shè)備。圖1a和Ib和圖2是本實(shí)施例的示意圖。圖1b是主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備，其中1.2為耦合電路，1.4為阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，1.5為功率自適應(yīng)干擾源模塊。在本實(shí)施例中，待干擾頻段固定可知，圖1b設(shè)備可以化簡(jiǎn)為圖1a所示設(shè)備，其中1.1是電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。1.2是耦合電路，1.3是功率自適應(yīng)干擾源模塊，1.4是阻抗匹配器。圖2為其系統(tǒng)框圖，其中2.21和2.22分別為窄帶電力線通信系統(tǒng)發(fā)送和接收設(shè)備；2.1為主動(dòng)式窄帶電力線通信干擾設(shè)備。
[0069]實(shí)施例2
[0070]本實(shí)施例是“一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備”的實(shí)施例，采用主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備設(shè)備。圖1b和圖2是本實(shí)施例的示意圖。本實(shí)施例的應(yīng)用場(chǎng)景為電力線局域網(wǎng)，在實(shí)際應(yīng)用中，往往不知道電力線通信設(shè)備所采用的具體頻段，此時(shí)需要自適應(yīng)變換頻段，因此采用實(shí)施例2中的主動(dòng)式電力線通信干擾設(shè)備，該通信干擾設(shè)備的干擾頻段可變。如圖2中所示，本實(shí)施例在電力線局域網(wǎng)中接入了 2.21，為某窄帶電力線通信發(fā)射設(shè)備，圖中2.22為某窄帶電力線通信接收設(shè)備。
[0071]在本實(shí)施例中，某窄帶電力線通信發(fā)射設(shè)備將基帶信號(hào)調(diào)制到頻帶上。其中心頻率為fsignal=30KHz，其占用帶寬相對(duì)中心頻率可忽略不計(jì)；總功率Psignal=0.1W正常工作下，接收設(shè)備可以遠(yuǎn)程接收到由發(fā)射設(shè)備發(fā)射的頻帶信號(hào)Xsignal。另設(shè)工頻信號(hào)頻率為f50=50Hzo[0072]在本實(shí)施例中，根據(jù)圖2，將圖1b所示設(shè)備接入電力線中。圖2中的1.2耦合電路，在本實(shí)施例中由結(jié)合濾波器和低噪聲變壓器級(jí)聯(lián)而成，將高頻信號(hào)耦合下來(lái)，則該信號(hào)為r signai+N,X/ signal為畸變后的信號(hào)，N為噪聲。隨后信號(hào)被耦合電路將高頻信號(hào)傳輸給圖1中1.5功率自適應(yīng)干擾源模塊。
[0073]信號(hào)測(cè)量電路將V Signal+N放大100倍后送入1.5中的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，用IOOKHz的采樣率、利用采樣保持電路進(jìn)行采樣并且進(jìn)行8位均勻量化。此時(shí)獲得數(shù)字信號(hào)
VSignal(n)+N(n)，送入1.5的嵌入式智能CPU模塊進(jìn)行分析和計(jì)算。
[0074]1.5的嵌入式智能CPU模塊中采用離散短時(shí)傅里葉變換對(duì)數(shù)字信號(hào)
Vsignal (n)+N (η)進(jìn)行頻譜分析，獲得其功率譜密度信息。在功率譜密度中找到功率譜密度最大的頻段范圍。然后用灰色算法估計(jì)窄帶電力線通信信號(hào)所在的頻段的下界
/^η?./=29.9Κ?ζ和上界/^nca=30.1KHz;并且根據(jù)前級(jí)電路的功率變化計(jì)算出原始信號(hào)的總功率小于pfgt/ated=0.2w。
[0075]利用嵌入式智能CPU模塊所獲得的功率和頻率信息，控制著所述噪聲信號(hào)發(fā)生器和調(diào)制器。
[0076]在本例中，1.5中的可調(diào)噪聲信號(hào)發(fā)生器由一個(gè)M信號(hào)發(fā)生器(模32)、數(shù)控功率放大器以及外圍電路組成。本例中設(shè)定干擾的信噪比SNR=l/r=l/50 ;嵌入式智能CPU模塊控
制可調(diào)噪聲信號(hào)發(fā)生器輸出噪聲的功率= V * P眾IlrTed=麗。噪聲信
號(hào)的
[0077]本例中調(diào)制器是數(shù)字調(diào)制電路，由嵌入式智能CPU模塊將該噪聲信號(hào)調(diào)制到下界/,75na/=29.9KHz 和上界/sUd=；30.1 KHz 之間。
[0078]本例中1.4阻抗匹配器由頻率可調(diào)電源，可變感容電阻網(wǎng)絡(luò)，恒定電阻網(wǎng)絡(luò)和采樣器組成，完成阻抗匹配的功能需要用到嵌入式智能CPU模塊的計(jì)算功能。首先用頻率可調(diào)電源產(chǎn)生一個(gè)下界
【權(quán)利要求】
1.一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備，其特征在于:該設(shè)備包括電源模塊、耦合電路、功率自適應(yīng)干擾源模塊、阻抗匹配器及驅(qū)動(dòng)模塊； 所述的電源模塊的功能是將民用市電轉(zhuǎn)化為適合后面的控制以及信號(hào)環(huán)節(jié)使用的電壓范圍為3~12V的交流電； 所述的耦合電路的功能是阻隔低頻220V電壓信號(hào)； 所述的功率自適應(yīng)干擾源模塊的功能是根據(jù)電力線信道條件，控制產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)的噪聲源并輸出自適應(yīng)的噪聲功率； 所述的阻抗匹配器的功能是即時(shí)測(cè)量時(shí)變阻抗和匹配干擾源的輸出阻抗； 所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；風(fēng)機(jī)在風(fēng)機(jī)控制電路控制下，驅(qū)動(dòng)模塊能夠根據(jù)功率自適應(yīng)干擾源的功率大小，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，完成設(shè)備的散熱； 電源模塊為整個(gè) 設(shè)備供電，驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備的散熱； 電力線的中全部信號(hào)首先通過(guò)耦合電路，耦合電路將隔離出的高頻信號(hào)送入功率自適應(yīng)干擾源模塊，功率自適應(yīng)干擾源模塊產(chǎn)生能夠用于干擾的噪聲信號(hào)以后，通過(guò)阻抗匹配器和耦合電路送入電力線實(shí)現(xiàn)通信干擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備，其特征在于:電源模塊包括電源變壓器、橋式整流電路、濾波器和穩(wěn)壓器； 電源變壓器將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為低壓的交流電，并設(shè)有頻率跟隨電路； 所述橋式整流電路將正負(fù)交替的正弦交流電壓整流為單方向的脈動(dòng)電壓； 所述濾波器將橋式整流電路輸出的電壓脈動(dòng)部分進(jìn)行平滑； 所述穩(wěn)壓器使得電網(wǎng)電壓或者負(fù)載變化時(shí)，輸出的電壓保持穩(wěn)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備，其特征在于:耦合電路包括高通濾波器和可調(diào)變壓器； 所述的高通濾波器由結(jié)合濾波器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它將50Hz市電過(guò)濾，將高頻信號(hào)截留，經(jīng)過(guò)可調(diào)變壓器，傳向后繼的阻抗匹配模塊和功率自適應(yīng)干擾源； 所述的可調(diào)變壓器可以無(wú)損地放大高頻信號(hào)，使得其能夠被后繼電路識(shí)別。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備，其特征在于:所述的功率自適應(yīng)干擾源模塊，為一套或多套。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備，其特征在于:每套功率自適應(yīng)干擾源模塊包括信號(hào)測(cè)量電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、嵌入式智能CPU模塊、噪聲信號(hào)發(fā)生器和調(diào)制器； 所述的信號(hào)測(cè)量電路接收耦合電路提供的信號(hào)，對(duì)信號(hào)的電壓和電流合理地放大，并且送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊； 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是將高頻電力線通信的信號(hào)采樣量化送入中央計(jì)算單元； 所述的嵌入式智能CPU模塊對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，找到通信信號(hào)所在的頻譜，并且估計(jì)其通信的能量；并根據(jù)通信信號(hào)所在頻帶和能量信息，控制噪聲信號(hào)發(fā)生器，接收噪聲信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)功率的基帶噪聲，然后控制調(diào)制器將基帶噪聲調(diào)制到頻帶上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備，其特征在于:所述的阻抗匹配器為一套或多套。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾設(shè)備，其特征在于:每套阻抗匹配器包含阻抗測(cè)量電路，計(jì)算控制電路及可變電容電感網(wǎng)絡(luò)； 所述的阻抗測(cè)量電路是一個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)，將電力線視作一個(gè)廣義電阻，通過(guò)電路硬件采樣提取相位和幅度信息； 所述計(jì)算控制電路獲取阻抗測(cè)量網(wǎng)絡(luò)給出的幅度相位信息進(jìn)行計(jì)算并且控制后級(jí)阻抗阻抗匹配器內(nèi)的電感或電容元件進(jìn)行匹配； 所述可變電容電感網(wǎng)絡(luò)由前級(jí)控制，并且在電路中實(shí)現(xiàn)對(duì)電感電容網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組合匹配。
8.—種主動(dòng)式多頻段電力線通信干擾方法，其特征在于步驟為: .1)用戶得知當(dāng)電力線中有一個(gè)窄帶電力線通信設(shè)備接入電力傳輸網(wǎng)，用戶首先將該設(shè)備通過(guò)插頭接入電力傳輸網(wǎng)； 假設(shè)該窄帶電力線通信設(shè)備工作頻率為fsignal，其工作功率為Psignal,并且用戶事先無(wú)法得知該兩個(gè)參數(shù)；另設(shè)接收設(shè)備可以遠(yuǎn)程接收到由發(fā)射設(shè)備發(fā)射的頻帶信號(hào)Xsignal，傳輸線電力頻率為f5Q; . 2)通過(guò)電源模塊對(duì)該通信設(shè)備進(jìn)行供電: .2.1利用電源模塊的電源變壓器，將220V市電轉(zhuǎn)換為低壓交流電； .2.2利用電源模塊的橋式整流電路，將低壓交流電整流成近似直流電；. 2.3利用電源模塊的濾波器，為前述2.2生成的直流電進(jìn)行平滑，消除高頻部分； . 2.4利用電源模塊的穩(wěn)壓器，對(duì)直流電進(jìn)行穩(wěn)壓； . 3)該通信設(shè)備通過(guò)耦合電路和功率自適應(yīng)干擾源模塊的配合工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路中電力線通信信道和信號(hào)的分析；. 3.1耦合電路中的高通濾波器將頻率為f5(1的低頻市電過(guò)濾，將電力線通信的頻帶信號(hào)Xsignal截留，經(jīng)過(guò)耦合電路中的可調(diào)變壓器，傳向后繼的功率自適應(yīng)干擾源和阻抗匹配器；實(shí)際截留的信號(hào)為V Signal+N, V signal為畸變后的信號(hào)，N為噪聲； . 3.2功率自適應(yīng)干擾源模塊的信號(hào)測(cè)量電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和嵌入式智能CPU模塊將對(duì)3.1處進(jìn)過(guò)濾波獲得信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、分析；首先由信號(hào)測(cè)量電路將耦合電路送出的高頻信號(hào)進(jìn)行放大并且送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路用比相對(duì)窄帶電力線通信常用頻段更高的采樣率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣和量化；然后用自相關(guān)方法將電路中由本設(shè)備產(chǎn)生的噪聲信號(hào)去除；經(jīng)過(guò)上述步驟，獲得了 X' signal+N的采樣X(jué)' signal (η)+N(n)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將采樣量化后的上述信號(hào)送入嵌入式智能CPU模塊； .3.3使用功率自適應(yīng)干擾源模塊中的嵌入式智能CPU模塊對(duì)信號(hào)Xsignal的具體頻段和能量進(jìn)行估計(jì)；嵌入式智能CPU模塊首先獲得的信號(hào)進(jìn)行變換域操作，獲得其功率譜特征
(X) +及O);然后采用根據(jù)電力線信道特征的模糊算法，估計(jì)出原始信號(hào)Xsignai所在的頻率范圍的下界和上界偵得信號(hào)在上下界范圍內(nèi)的置信度為95% ；隨后計(jì)算耦合后獲得的信號(hào)的總功率 . 3.4用估計(jì)出在信道中的總功率Plgtfied，并且存儲(chǔ)在嵌入式智能CPU模塊中； .4)該通信設(shè)備通過(guò)功率自適應(yīng)干擾源模塊和阻抗匹配器的配合工作，實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)的產(chǎn)生、調(diào)制，以及干擾信號(hào)的灌入；.4.1通過(guò)嵌入式智能CPU模塊估計(jì)出了待干擾窄帶電力線通信頻段信息Qgnal、和功率信^;在設(shè)定干擾的信噪比SNR=l/r后，得出所需的干擾功率為T(mén)fjSgSeJLe = r * PesIgiZfed，隨后可以通過(guò)功率自適應(yīng)干擾源模塊的嵌入式智能CPU模塊控制噪聲信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生功率為的噪聲信號(hào)； .4.2利用功率自適應(yīng)干擾源模塊中的調(diào)制器，將4.1中的噪聲信號(hào)調(diào)制到下界和上界的中間； .4.3利用功率自適應(yīng)干擾源模塊中的阻抗匹配器，并且結(jié)合嵌入式智CPU模塊的計(jì)算能力，進(jìn)行輸出阻抗的匹配，進(jìn)而將噪聲源的功率向電力線中輸出； .5)該通信設(shè)備通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備的散熱； .5.1驅(qū)動(dòng)模塊中的風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)監(jiān)控電源模塊輸出的電壓和電流，監(jiān)控該通信設(shè)備的整體功率。 .5.2當(dāng)5.1中所監(jiān)控的設(shè)備達(dá)到設(shè)定的閾值后，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)模塊中的風(fēng)機(jī)進(jìn)行工作，開(kāi)始 主動(dòng)散熱。
【文檔編號(hào)】H04K3/00GK103916207SQ201410144149
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】盧繼華, 葉能, 于含笑, 唐堂 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)