一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，采用電力線載波通信干擾電路在載波通信電力線上隨機(jī)或定時耦合調(diào)制固定或非固定頻率載波干擾信號干擾正常電力線載波通信，使電力線載波通信接收端無法正常和正確接收電力線載波通信信息；或/和采用分頻段多級濾波對低頻到－高頻－超高頻范圍內(nèi)電力線載波信號進(jìn)行有效濾波，同時可濾除電力線上傳導(dǎo)電磁輻射信號，使分頻段多級濾波器在很寬電力線載波頻率范圍均具有很高插入損耗。本發(fā)明在全載波頻率范圍對電力線載波通信信號進(jìn)行干擾和濾波抑制，阻斷電力線載波通信和信息系統(tǒng)電磁輻射信號經(jīng)電力線傳導(dǎo)，有效防止電力線成為信息竊取和信息攻擊通道，保障連接電力線的信息系統(tǒng)的安全。
【專利說明】一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及信息安全和電力線載波通信領(lǐng)域，特指一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]電力線載波通訊技術(shù)自上世紀(jì)20年代出現(xiàn)至今，已有近百年的發(fā)展歷史。世界多個國家都為電力線載波通信制定了各自的頻率范圍，國際上也制定了多種電力線載波通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
[0003]電力線載波通信的載波頻率范圍在不同國家、不同地區(qū)并不一樣，其覆蓋范圍非常廣泛:美國為10kHz-450kHz，歐洲為3kHz-148.5kHz (95kHz以下用于接入通信，95kHZ以上用于戶內(nèi)通信)，中國為3kHz-500kHz，日本是10KHz-450KHz。寬帶電力載波通信，各國也不一樣，在美國為2MHZ-86MHZ(HomePlug規(guī)范)，主要用于戶內(nèi)。歐洲ETSI規(guī)定為
1.6MHz-10MHz (接入通信)和10MHz_30MHz (戶內(nèi)通信)，而歐盟CENELEC標(biāo)準(zhǔn)中寬帶電力線載波的載波頻率起點為13MHz。近期也有實驗室公布在數(shù)百M(fèi)Hz的載波頻率上實現(xiàn)了可靠的電力線載波通信。對于通訊距離達(dá)到幾百公里的雙向工頻通信系統(tǒng)(TWACS:TW0-WayPower Frequency Automatic Communicat1n System)的電力線載波通信，其載波頻率僅為50Hz/60Hz。
[0004]近些年，電力線載波通信技術(shù)日趨成熟，該技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于工業(yè)控制、智能電網(wǎng)、智能家居、寬帶上網(wǎng)等許多領(lǐng)域。我們在為電力線載波通信技術(shù)進(jìn)步和電力網(wǎng)潛在的巨大應(yīng)用商業(yè)價值鼓舞的同時，也必須對其給與之相連接的所有信息系統(tǒng)所帶來的潛在信息安全威脅給予足夠的重視，電力線已經(jīng)成為除互聯(lián)網(wǎng)之外另一條直接可以接入這些信息系統(tǒng)的通訊通道。
[0005]一般來說，通過電力線進(jìn)行信息竊取和實施信息系統(tǒng)攻擊有三大途徑:一是用戶通過電力線上網(wǎng)，黑客只要通過在隨處任意暴露電力線的任意點接入電力線載波信號的監(jiān)測設(shè)備，就能輕而易舉地獲取電力線上傳輸?shù)挠脩羯暇W(wǎng)數(shù)據(jù)信息，比起透過互聯(lián)網(wǎng)線進(jìn)行信息獲取要更加容易，并且不易被別人發(fā)現(xiàn)。二是黑客完全有可能在許多信息系統(tǒng)中預(yù)埋具有電力載波通信功能的電路或芯片，只要這些系統(tǒng)在使用的時候插入電源插座由電網(wǎng)供電，就會為黑客提供一條通過電力線獲取機(jī)密信息的物理通訊通道。同時，也會為他們提供一條通過電力線攻擊連接在電力線上設(shè)備的物理途徑。三是信息系統(tǒng)在運(yùn)行過程產(chǎn)生的電磁信息耦合進(jìn)入電力線，這些泄漏的電磁信號既可能通過電力線向空間無線輻射傳到，也可能通過電力線耦合傳導(dǎo)到電力線網(wǎng)絡(luò)，黑客可以通過對這些在電力線上傳導(dǎo)的電磁信號進(jìn)行獲取、分析，就可還原信息系統(tǒng)所處理的機(jī)密信息。國際已經(jīng)有采用這三種途徑成功實施信息竊取和遠(yuǎn)程攻擊的許多成功案例。
[0006]由此可以看出，隨著電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展，電力線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為除計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之外的另外一條非常隱蔽的信息泄密和網(wǎng)絡(luò)攻擊的重要通道，對信息安全的威脅不容低估，必須對其進(jìn)行有效的掌控，否則必將危及到企業(yè)乃至整個國家的信息安全。
[0007]為了保障由電力線供電的信息系統(tǒng)的安全，防止由電力線供電的信息系統(tǒng)受到攻擊者通過電力線對其實施信息攻擊，最有效最直接的方法就是阻斷電力線上的載波通信。關(guān)于電力線載波通信阻斷的相關(guān)技術(shù)，目前能檢索到的僅有:濾波抑制電源技術(shù)和基于“FPGA+DSP”的電力線載波信號處理技術(shù)這兩種。
[0008]在CN201120421091.8、名稱“ 一種寬頻防載波泄密安全電源插座”專利中，提出采用濾波的方式消除在電源線上耦合傳導(dǎo)的信息設(shè)備所泄露的電磁信號和載波通信信號，其核心電磁濾波器由共模干擾抑制電路單元和差模干擾抑制電路單元組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所不。該電源插座抑制的干擾電磁信號的頻率范圍為1ΜΗζ_40ΜΗζ,插入損耗要求大于60dB。從前面對各國采用的電力線載波通信的載波頻率描述可以看出:首先，“一種寬頻防載波泄密安全電源插座”專利所提出的濾波技術(shù)無法完全覆蓋現(xiàn)在各個國家普遍使用的電力線載波通信頻率范圍(50Hz-數(shù)百M(fèi)Hz)。其次，對僅由共模干擾抑制電路單元和差模干擾抑制電路單元組成濾波抑制電路而言，由于電力線載波信號調(diào)制通常采用差模調(diào)制，如果要對極低載波頻率的電力線載波通信信號實現(xiàn)插入損耗大于60dB的濾波抑制，濾波電路的差模電路抑制單元的電感值將會非常大，其實現(xiàn)代價高、體積大。更重要的是，此時由于濾波抑制的電力線通信載波頻率和電力線工作頻率(50Hz/60Hz)非常接近，該濾波抑制電路非常容易對電力線的基波產(chǎn)生影響，在電力線上產(chǎn)生諧波，造成電網(wǎng)污染，導(dǎo)致與電力線連接的信息系統(tǒng)發(fā)熱、產(chǎn)生故障、無法正常工作等等，其危害極大。第三，單純的濾波抑制技術(shù)根本無法對載波頻率僅為50Hz/60Hz的TWACS雙向工頻通信系統(tǒng)的電力線載波通信實施阻斷。由此可以看出，“一種寬頻防載波泄密安全電源插座”專利并不能有效覆蓋和阻斷多種載波頻率的電力線載波通信，其濾波抑制能力非常有限，無法滿足寬頻點、全覆蓋電力線載波通信阻斷的現(xiàn)實需求。
[0009]專利號CN201220228727.1、名稱為“電力線信息防泄密阻斷裝置”專利提出使用“FPGA+DSP”對電力線上的載波信號和電磁泄露信號進(jìn)行相關(guān)的處理，來防范電力線信息泄密，阻止電磁信號泄露。該裝置由可編程門陣列FPGA實現(xiàn)數(shù)字濾波處理器、隨機(jī)序列碼產(chǎn)生器、特征信號無序加密器和寬帶調(diào)制器，數(shù)字濾波處理器將通信信息和輻射傳導(dǎo)信息經(jīng)過處理后，發(fā)送到微處理器DSP，微處理器DSP對接收信息進(jìn)行相關(guān)特征信號提取后傳送到可編程門陣列FPGA，F(xiàn)PGA中的隨機(jī)序列碼產(chǎn)生器將產(chǎn)生的隨機(jī)序列信號發(fā)送到特征信號無序加密器，特征信號無序加密器將產(chǎn)生隨機(jī)序列信號與提取的相關(guān)特征信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算后，將相關(guān)特征信號處理成亂碼信號并發(fā)送到寬帶調(diào)制器，寬帶調(diào)制器對亂碼信號進(jìn)行寬帶調(diào)制，將亂碼信號調(diào)制為寬帶信號并耦合到電源線的交流端。所述的“電力線信息防泄密阻斷裝置”存在如下問題:首先，從該專利的說明附圖中可以看出，所述裝置并接在電力線系統(tǒng)中，從AC輸入的在電力線上傳輸?shù)碾娏€載波信號和電磁泄露信號被該裝置檢測、獲取和處理的同時，電力線載波信號也已經(jīng)直接通過電力線傳送到AC輸出端，其傳輸速度近乎于光速。由于該裝置對獲取的信號進(jìn)行處理需要一定的時間，按照現(xiàn)有的集成電路技術(shù)水平估計所述處理過程所需時間至少為微秒級。所以，電力線上傳輸?shù)脑茧娏€載波通信信號和電磁泄露信號必定在該裝置對檢測獲取信號經(jīng)過處理、加擾、耦合到電力線上之前就已經(jīng)先期傳輸?shù)紸C輸出端，而且在微秒級時間內(nèi)，完全可以完成多幀電力線載波通信信號的傳輸。由此可見，竊密者照樣能夠正常接收到原始的電力線載波通信信號和電磁泄露信號，即便隨后也會接收到所述裝置產(chǎn)生的干擾信號，但是完全不影響其竊密和信息攻擊的完整實施。另外，雖然該裝置在AC的輸入和輸出端設(shè)置有兩個濾波器，但其文本中并未對輸入和輸出濾波器這一關(guān)鍵部件的實現(xiàn)方法和插入損耗指標(biāo)等做詳細(xì)和具體論述，實際實現(xiàn)的實用低通濾波器根本無法達(dá)到其所述低通濾波器的理論指標(biāo)，也無法真正濾波去除電力線上傳輸?shù)妮d波通信信號，更無法應(yīng)對像載波頻率為50Hz這樣的雙向工頻通信等超低頻電力線載波通信。所以，該裝置不僅不能阻斷電力線載波通信，反而可能在電力線上耦合了大量的電磁噪聲，很容易造成電網(wǎng)污染。其次，該裝置需要處理電力線載波信號和電磁泄露信號的頻率范圍非常寬(3KHz-l.5GHz)，要在這么寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)各個頻率信號的采集、信號處理等工作，實現(xiàn)難度和代價極大，所述裝置并不易于實現(xiàn)。
[0010]綜上所述，當(dāng)前國內(nèi)外對寬頻電力線載波通信阻斷技術(shù)的研究很少，提出的相關(guān)技術(shù)也無法真正解決寬帶電力線載波通信的問題。因此，面對電力線載波通信和信息系統(tǒng)電磁泄露電力線傳導(dǎo)容易造成泄密和受到信息攻擊的現(xiàn)實，迫切需要一種新的電力線載波通信阻斷技術(shù)和電磁泄露電力線傳導(dǎo)抑制技術(shù)，面向特定應(yīng)用需求，對電力線這一威脅信息系統(tǒng)安全的通道予以有效管控。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的針對特定應(yīng)用領(lǐng)域的信息系統(tǒng)安全防護(hù)要求，以及電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，提供一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，基于該結(jié)構(gòu)開發(fā)的電力線載波通信阻斷器可以有效阻斷內(nèi)部電力線網(wǎng)絡(luò)與外部電力線網(wǎng)絡(luò)之間的電力線載波通信和電磁信號泄露，消除由電力線載波通信和電磁信號泄漏給與內(nèi)部電力線網(wǎng)絡(luò)連接并由內(nèi)部電力線網(wǎng)絡(luò)供電的各種信息系統(tǒng)所帶來的信息安全風(fēng)險和威脅。本發(fā)明在全頻帶范圍對電力線載波通信信號，以及在電力線上傳導(dǎo)的電磁輻射信號進(jìn)行干擾和濾波抑制，有效阻斷電力線載波通信以及電力線傳導(dǎo)電磁泄漏，保障由電力線供電的信息系統(tǒng)的安全。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的解決方案為:
[0013]一種超寬帶電力線載波阻斷器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)單獨或同時采用電力線載波通信干擾技術(shù)和電力線載波通信分頻段多級濾波抑制技術(shù)阻止電力線載波通信的正常進(jìn)行，達(dá)到阻斷電力線載波通信的目的。
[0014]一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，包括電力線載波通信干擾電路，其特征在于:電力線載波通信干擾電路串入電力線，定時或隨機(jī)在電力線上耦合調(diào)制固定或非固定頻率的載波干擾信號，干擾電力線載波通信的正常、正確進(jìn)行。本發(fā)明還包括金屬屏蔽殼，將電力線載波通信干擾電路安裝在防電磁輻射的金屬屏蔽殼內(nèi)后再串入電力線。
[0015]一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，包括電力線載波通信分頻段多級濾波器，其特征在于:電力線載波通信分頻段多級濾波器串入電力線，電力線載波通信分頻段多級濾波器覆蓋低頻一高頻一超高頻范圍內(nèi)所有電力線載波通信信號和電磁輻射信號，電力線載波通信分頻段多級濾波器對覆蓋范圍內(nèi)的低頻一高頻一超高頻進(jìn)行有效的濾波抑制，消除或極大削弱電力線載波通信信號，使電力線載波通信無法正常、正確進(jìn)行，并同時阻斷電力線傳導(dǎo)電磁泄漏。本發(fā)明還包括金屬屏蔽殼，將電力線載波通信分頻段多級濾波器安裝在防電磁輻射的金屬屏蔽殼內(nèi)后再串入電力線。
[0016]一種超寬帶電力線載波阻通信斷器結(jié)構(gòu)，包括電力線載波通信干擾電路、電力線載波通信分頻段多級濾波器，其特征在于:電力線載波通信干擾電路串入電力線，定時或隨機(jī)在電力線上耦合調(diào)制固定或非固定頻率的載波干擾信號，干擾電力線載波通信的正常、正確進(jìn)行；電力線載波通信分頻段多級濾波器串入電力線，電力線載波通信分頻段多級濾波器覆蓋低頻一高頻一超高頻范圍內(nèi)所有電力線載波通信信號和電磁輻射信號，電力線載波通信分頻段多級濾波器對覆蓋范圍內(nèi)的低頻一高頻一超高頻進(jìn)行有效的濾波抑制，消除或極大削弱電力線載波通信信號，使電力線載波通信無法正常、正確進(jìn)行，并同時阻斷電力線傳導(dǎo)電磁泄漏。本發(fā)明還包括金屬屏蔽殼，將電力線載波通信干擾電路、電力線載波通信分頻段多級濾波器安裝在同一金屬屏蔽殼內(nèi)或分別單獨放在各自防電磁輻射的金屬屏蔽殼內(nèi)，再分別串入電力線。
[0017]所述串入電力線的電力線載波通信干擾電路包括控制電路和載波干擾信號耦合調(diào)制電路兩部分，控制電路產(chǎn)生固定或非固定頻率的載波干擾信號，并在相應(yīng)控制策略的作用下控制載波干擾信號耦合調(diào)制電路，隨機(jī)或定時將產(chǎn)生的載波干擾信號耦合至電力線中，在電力線傳播的電力線載波通信信號上耦合調(diào)制載波干擾信號，或者在電力線傳播的電力線載波通信信號之間插入載波干擾信號，對電力線載波通信實施有效干擾，使電力線載波通信的接收端無法正常和正確接收解析電力線載波通信信號，從而達(dá)到阻斷電力線載波通信的目的。
[0018]在所述串入電力線的電力線載波通信分頻段多級濾波器中，采用多級濾波器級聯(lián)的方式分頻段對電力線載波信號進(jìn)行濾波抑制，針對不同應(yīng)用需求和技術(shù)要求，采用不同類型的濾波元件進(jìn)行頻率分段方式對電力線載波通信信號和電磁泄漏信號進(jìn)行多級濾波抑制。根據(jù)電感材料的有效工作頻率，選擇不同頻率范圍的電感或者共模扼流圈，并結(jié)合電容構(gòu)成不同截止頻率的濾波器。然后將不同頻帶的濾波器級聯(lián)，實現(xiàn)對電力線載波信號的分頻段多級濾波抑制，構(gòu)成電力線載波信號的全頻帶、高抑制的濾波器電路。所述全頻帶、高抑制多級濾波電路可以有效消除或削弱電力線載波通信信號和電磁泄漏信號，使電力線載波通信無法正常進(jìn)行，并阻斷電力線傳導(dǎo)電磁泄漏。
[0019]當(dāng)差模抑制和共模濾波抑制都要求較高時，可采用共模扼流圈和電容作為濾波抑制元件；對于只要求差模濾波抑制的場合，則可采用電感和電容，或者電感、共模扼流圈和電容作為濾波元件，以有效減小所述電力線載波通信阻斷器的實現(xiàn)尺寸，降低實現(xiàn)代價。
[0020]與現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點就在于:
[0021]1、獨特的電力線載波通信干擾阻斷技術(shù)。本發(fā)明創(chuàng)新提出在電力線上定時或隨機(jī)耦合調(diào)制固定或非固定頻率的載波干擾信號干擾正常的電力線載波通信的方法，該干擾技術(shù)可以有效“阻斷”電力線載波通信的正常進(jìn)行。與對電力線載波通信信號進(jìn)行“強(qiáng)制性”濾波抑制相比，這種“擾亂”技術(shù)的靈活性和適應(yīng)性更好，特別適用于超低頻段(比如300Hz以內(nèi))的電力線載波通信的阻斷。同時，該方法無需利用復(fù)雜的信號處理電路分析處理電力線上傳輸?shù)碾娏€載波通信信號的協(xié)議和內(nèi)容，不管當(dāng)前電力線載波信號傳輸?shù)男畔?nèi)容、編碼規(guī)則和通信協(xié)議是什么，僅僅只需控制載波干擾信號的頻率和將其耦合入電力線耦合的時間點，“強(qiáng)制性”實時插入干擾信號，改變電力線載波通信信號，打亂其編碼方式，破壞其通信協(xié)議，擾亂和破壞電力線載波通信，使電力線載波通信接收端無法正常、正確接收到電力線載波通信信息，達(dá)到阻斷電力線載波通信的目的。另外，該電力線載波通信干擾電路是串入電力線的，可以正確實時地對電力線載波通信信號實施干擾。因此，和其他電力線載波通信阻斷技術(shù)相比，所述干擾阻斷技術(shù)實現(xiàn)更加簡單有效，可以大大降低電力線載波阻斷器實現(xiàn)的成本。
[0022]2、超寬的電力線載波頻率抑制范圍。本發(fā)明針對不同載波頻率的電力線載波信號特性，采用不同的方式進(jìn)行濾波抑制:在超低頻帶范圍，可采用在電力線上定時或隨機(jī)耦合調(diào)制固定或非固定頻率的載波干擾信號的方式進(jìn)行電力線載波通信干擾；而在低頻?高頻一超高頻范圍，根據(jù)電感材料的頻率適用范圍，可采用多級濾波器級聯(lián)的方式分頻段對電力線載波信號進(jìn)行濾波抑制，由此，便保證了所述電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)具有超寬的頻率抑制范圍，做到電力線載波通信頻率的全覆蓋，真正實現(xiàn)了全頻帶、高抑制電力線載波通信阻斷器。
[0023]3、高共模、差模插入損耗。本發(fā)明采用了多級濾波器級聯(lián)的分頻段濾波技術(shù)，對各電力線載波通信頻段“分而治之”，避免了單級濾波器出現(xiàn)的高頻衰減退化的問題，極大降低了全頻段、高抑制電力線載波通信濾波器的實現(xiàn)難度，保證了所述電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)在電力線載波通信全頻段范圍內(nèi)都具有很高的共模、差模插入損耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是傳統(tǒng)的電磁輻射阻斷器結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2是本發(fā)明超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖3是本發(fā)明的電力線載波通信干擾電路結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖4是本發(fā)明的一種電力線載波通信干擾電路的實現(xiàn)樣例電路圖；
[0028]圖5是本發(fā)明的一種分頻段多級濾波器實現(xiàn)樣例結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖6是一種電力線載波通信干擾電路實現(xiàn)樣例的超低頻載波信號干擾示意圖；
[0030]圖7是本發(fā)明的一種分頻段多級濾波器實現(xiàn)樣例的差模頻率損耗特性。
[0031]圖8是本發(fā)明的一種分頻段多級濾波器實現(xiàn)樣例的共模頻率損耗特性。

【具體實施方式】
[0032]以下將結(jié)合附圖和一個具體實施實例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0033]圖2所示為本發(fā)明的超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)的一般結(jié)構(gòu)圖，它由電力線載波通信干擾電路和/或電力線載波通信分頻段多級濾波器、防電磁輻射的金屬屏蔽殼組成，可以將電力線載波通信干擾電路、電力線載波通信分頻段多級濾波器中的任意一種或兩種安裝在防電磁輻射的金屬屏蔽殼內(nèi)，還可以單獨放在各自的防電磁輻射的金屬屏蔽殼內(nèi)，也可以不使用防電磁輻射的金屬屏蔽殼。此圖例中將電力線載波通信干擾電路、電力線載波通信分頻段多級濾波器均安裝在電磁輻射金屬屏蔽殼內(nèi)。一般來說，電力線載波通信采用的載波頻率多種多樣，頻率覆蓋范圍廣，具體頻率分段方式也多種多樣，為了更好地對本發(fā)明超寬帶電力線載波阻斷器結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，接下來將結(jié)合一個具體實例，闡述本發(fā)明超寬帶電力線載波阻斷器結(jié)構(gòu)及其特點。
[0034]在超低頻范圍(如50Hz?300Hz)，現(xiàn)在主要是采用過零調(diào)制解調(diào)的方式實現(xiàn)超低頻電力線載波通信。為了抑制黑客利用超低頻電力線載波通信進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)竊密和攻擊，可以通過在電力線過零點定時或隨機(jī)插入固定或非固定頻率載波干擾信號的方式，對電力線上的超低頻電力線通信信號實施干擾，從而阻止超低頻電力線載波通信。例如:可以采用TffACS下行載波調(diào)制方法，首先使用過零檢測電路檢測出電網(wǎng)基波的過零點，產(chǎn)生過零脈沖信號，然后用此脈沖信號控制可控硅，通過控制可控硅的關(guān)斷，使得電力波在電網(wǎng)基波過零點附近產(chǎn)生電壓的微小畸變，從而在電網(wǎng)基波過零點附近實現(xiàn)了超低頻干擾信號的耦合。類似的，當(dāng)負(fù)載阻抗很大時，還可以采用TWACS上行載波調(diào)制方法，即通過電網(wǎng)基波過零點附近產(chǎn)生電流的微小畸變來產(chǎn)生干擾信號。本專利中將以載波調(diào)制電壓干擾信號的方法，描述電力線載波通信干擾技術(shù)的一種實現(xiàn)樣例。
[0035]另外，電力線載波通信干擾也可采用其他耦合的方式在控制電路的控制下，依據(jù)一定的策略(控制電路自動定時或隨機(jī)地，或者在檢測電路檢測到電力線狀態(tài)處于一定狀態(tài)的情況下)將控制電路產(chǎn)生的載波干擾信號耦合到電力線，在電力線載波過程中實時插入多種干擾信號，使電力線載波通信的接收端無法正常、正確接收電力線載波通信信息，達(dá)到阻斷電力線載波通信的目的。
[0036]在低頻?高頻一超高頻范圍(如300Hz?IGHz)，則可以根據(jù)不同電感材料的有效頻率響應(yīng)特性，采用分頻段多級濾波器級聯(lián)的方式對電力線上的載波通信信號進(jìn)行高插入損耗的濾波抑制，阻斷電力線載波通信。例如:在300Hz?ΙΟΚΗζ，可以但不限于采用非晶帶材電感或者共模扼流圈與電容構(gòu)成第一級濾波器，而在1KHz?ΙΟΟΚΗζ，可以但不限于采用中低頻率錳鋅鐵氧體電感或者共模扼流圈與電容構(gòu)成第二級濾波器，在10KHz?500KHZ，可以但不限于采用高頻率錳鋅鐵氧體電感或者共模扼流圈與電容構(gòu)成第三級濾波器，在500KHz?3MHz，可以但不限于采用高頻鎳鋅鐵氧體電感或者共模扼流圈與電容構(gòu)成第四級濾波器，在3M?700MHz，可以但不限于采用超高頻鎳鋅鐵氧體電感或者共模扼流圈與電容構(gòu)成第五級濾波器，在>700MHz的范圍，主要通過穿心電容和金屬屏蔽的方式對電力線載波通信信號和電力線傳導(dǎo)的電磁輻射信號進(jìn)行濾波抑制。
[0037]圖3為用于產(chǎn)生隨機(jī)或者固定頻率載波干擾信號的電力線載波通信干擾電路，它包括控制電路和載波干擾信號耦合調(diào)制電路兩部分?？刂齐娐芬部梢砸罁?jù)設(shè)定的控制策略直接在固定或隨機(jī)時刻控制載波干擾信號耦合調(diào)制電路，自動地將其所產(chǎn)生的固定或非固定頻率的載波干擾信號耦合至電力線，干擾電力線載波通信的正常進(jìn)行，“阻斷”電力線載波通信。
[0038]從后面的電力線載波通信干擾電路實現(xiàn)樣例可以看到，電力線載波通信干擾電路中的控制電路具有自主性，即所述控制電路無需檢測、采樣和處理電力線載波信號，便可依據(jù)設(shè)定的控制策略自動控制載波干擾信號耦合調(diào)制電路，定時或隨機(jī)將載波干擾信號耦合調(diào)制到電力線上，干擾電力線載波通信的正常進(jìn)行。
[0039]圖4為一種電力線載波通信干擾電路的實現(xiàn)樣例電路圖。該電路可以實現(xiàn)超低頻電力線載波通信干擾。圖中R0，LI代表著電力線上的漏感和阻抗，DU D2主要作用是限壓保護(hù)整流橋的整流二極管。二極管D5、D6輸入電壓取自變壓器Tl次級A、B兩點，經(jīng)過D3?D6全波整流，得到直流電壓，該直流電壓經(jīng)過電阻分壓后，再經(jīng)過電容濾波，濾去高頻成分，作用于C點；當(dāng)C點電壓大于某個閾值電壓VO時，三極管Q2導(dǎo)通，在三極管集電極形成低電平；當(dāng)C點電壓低于閾值電壓VO時，三極管截止，三極管集電極通過上拉電阻R4，形成高電平。這樣通過三極管的反復(fù)導(dǎo)通、截止，實現(xiàn)了電力線周期性基波的過零點檢測，過零檢測輸出端D則會輸出脈沖信號。該脈沖信號可以用于控制載波干擾信號的電力線耦合調(diào)制。
[0040]所述電力線載波通信干擾電路的載波干擾耦合調(diào)制由可控硅和變壓器T實現(xiàn)。E為電力線傳輸?shù)妮d波信號，變壓器T起隔離和降壓作用。在載波信號E過零點之前的ΛΤ/2時刻，過零檢測輸出端D的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?，此時可控硅就會被觸發(fā)導(dǎo)通，由于Re,Lc回路導(dǎo)通，變壓器T左邊線圈的阻抗發(fā)生變化，在變壓器T的右邊線圈產(chǎn)生耦合電流ic,從而會在變壓器T的火線和零線兩端產(chǎn)生一個壓降Emod，載波信號E過零點處變壓器T左右線圈阻抗匹配穩(wěn)定后，根據(jù)變壓器的負(fù)載阻抗變換原理，電流ic應(yīng)減小為零。由于電流不能突變，所以電流ic將逐漸降低，并在ΛΤ/2時間內(nèi)ic由高降到零，此時D的輸出也由高電平變?yōu)榈碗娖?，可控硅斷開?？梢詫㈦妷篍mod看作是電力線載波干擾電路產(chǎn)生的載波干擾信號，在上述過程中，電力線傳輸?shù)妮d波電壓信號在其過零區(qū)域(AT時間段內(nèi))耦合疊加上述電壓Emod信號,完成載波干擾信號Emod與電力線載波信號E的一次稱合調(diào)制過程，從而輸出受到干擾的電力線傳輸載波信號V。上述AT由R1、R2、R3、R4和Q2的參數(shù)值的大小決定，通過調(diào)整這些器件的參數(shù)值，可以控制在電力線載波信號中插入載波干擾信號的時刻；調(diào)整變壓器T及Lc、Re的參數(shù)可獲得需要調(diào)制的不同強(qiáng)度的干擾信號Emod。
[0041]圖6是該電力線載波通信干擾電路實現(xiàn)樣例的超低頻電力線載波通信信號的干擾特性示意圖。其中，圖6(a)是電力線基波信號和載波調(diào)制信號的示意圖；圖6(13)是經(jīng)過載波調(diào)制后，在電力線上傳輸?shù)妮d波信號的實際波形圖。由圖6(a)、(b)可以看出，電力線基波電壓經(jīng)過調(diào)制后，在其某些過零點存在電壓信號的微小畸變，這些微小畸變的特定組合則代表了在電力線上載波通信傳輸?shù)?/1信息編碼。圖6 (C)是調(diào)制了載波通信信息編碼后，電力線傳輸?shù)妮d波信號和電力線載波干擾電路輸出的載波干擾信號的不意圖；圖6(d)是耦合疊加了載波干擾信號后，電力線傳輸?shù)谋桓蓴_的載波信號的實際波形圖。圖6(c)、(d)可以看出:經(jīng)過上述電力線載波通信干擾電路作用后，“強(qiáng)制”在電力線傳輸?shù)妮d波電壓信號的每一個周期的下降沿的過零點處，都使載波電壓信號產(chǎn)生了微小畸變，電力線載波通信的接收端由此也就再也無法正確區(qū)分和識別載波電壓信號中所調(diào)制的0/1信息編碼。顯然，這種干擾完全打亂了電力線載波通信的信息編碼，電力線也就無法實施正常、正確的載波通信，從而有效阻斷了超低頻電力線載波通信。
[0042]同樣，如果在電網(wǎng)基波的每次過零點時，均在電力線的載波信號上“強(qiáng)制”耦合調(diào)制具有一定頻率特性載波干擾信號，顯然電力線傳輸?shù)妮d波電壓信號也會受到疊加載波干擾信號的影響，無法實施正常、正確的電力線載波通信。
[0043]對于低頻到高頻一超高頻電力線載波通信而言，可以采用如圖5所示的一種分頻段多級濾波器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)樣例對低頻到高頻一超高頻電力線載波通信信號進(jìn)行高插入損耗的濾波抑制。如前所述，可以分別采用低頻非晶帶材、中低頻錳鋅、高頻錳鋅、高頻鎳鋅、超高頻鎳鋅電感或者共模扼流圈與電容構(gòu)成五級濾波器，從而實現(xiàn)對300Hz?700MHz的電力線載波通信進(jìn)行濾波阻斷的目的。同時對于>700MHz的電力線載波信號和電磁輻射信號，采用穿心電容和金屬屏蔽的方式也可以實現(xiàn)有效的濾波抑制和阻斷。
[0044]針對不同應(yīng)用場景的頻率分段濾波技術(shù)，可以采用不同類型的濾波元件:當(dāng)差模抑制和共模抑制都要求較高時，可以采用共模扼流圈和電容作為濾波元件；對于只要求差模抑制的場合，則采用電感和電容，或電感、共模扼流圈和電容相結(jié)合作為濾波元件，以減小整個電力線載波通信阻斷器的尺寸，降低實現(xiàn)代價。
[0045]圖7和圖8分別為本發(fā)明一種分頻段多級濾波器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)樣例的差模和共模損耗頻率特性。可以看出，在300Hz?IGHz超寬帶頻率范圍內(nèi)，采用本發(fā)明實現(xiàn)的電力線載波通信阻斷器具有非常高的差模損耗倍數(shù)，在頻率大于1KHz時，損耗更是高達(dá)-88.5dB ;對于共模損耗而言，當(dāng)頻率大于20KHz時，損耗也大于_42dB。
[0046]綜上所述，本發(fā)明所述超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)在全頻帶范圍可以對電力線載波通信和電力線傳導(dǎo)電磁輻射進(jìn)行有效干擾阻斷和濾波抑制阻斷，從而能夠依據(jù)應(yīng)用的需要阻止電力線載波通信的正常、正確進(jìn)行和電力線電磁泄漏信號的傳遞，有效防止黑客通過電力線對與之相連的信息系統(tǒng)實施信息竊取和攻擊，保障信息系統(tǒng)的安全。
[0047]上列詳細(xì)說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，包括電力線載波通信干擾電路，其特征在于:電力線載波通信干擾電路串入電力線，定時或隨機(jī)在電力線上耦合調(diào)制固定或非固定頻率的載波干擾信號，干擾電力線載波通信的正常、正確進(jìn)行。
2.一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，包括電力線載波通信分頻段多級濾波器，其特征在于:電力線載波通信分頻段多級濾波器串入電力線，電力線載波通信分頻段多級濾波器覆蓋低頻一高頻一超高頻范圍內(nèi)所有電力線載波通信信號和電磁輻射信號，電力線載波通信分頻段多級濾波器對覆蓋范圍內(nèi)的低頻一高頻一超高頻進(jìn)行有效的濾波抑制，消除或極大削弱電力線載波通信信號，使電力線載波通信無法正常、正確進(jìn)行，并同時阻斷電力線傳導(dǎo)電磁泄漏。
3.一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，包括電力線載波通信干擾電路、電力線載波通信分頻段多級濾波器，其特征在于:電力線載波通信干擾電路串入電力線，定時或隨機(jī)在電力線上耦合調(diào)制固定或非固定頻率的載波干擾信號，干擾電力線載波通信的正常、正確進(jìn)行；電力線載波通信分頻段多級濾波器串入電力線，電力線載波通信分頻段多級濾波器覆蓋低頻一高頻一超高頻范圍內(nèi)所有電力線載波通信信號和電磁輻射信號，電力線載波通信分頻段多級濾波器對覆蓋范圍內(nèi)的低頻一高頻一超高頻進(jìn)行有效的濾波抑制，消除或極大削弱電力線載波通信信號，使電力線載波通信無法正常、正確進(jìn)行，并同時阻斷電力線傳導(dǎo)電磁泄漏。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述串入電力線的電力線載波通信干擾電路包括控制電路和載波干擾信號耦合調(diào)制電路兩部分，控制電路產(chǎn)生固定或非固定頻率的載波干擾信號，并在對應(yīng)控制策略的作用下控制載波干擾信號耦合調(diào)制電路，隨機(jī)或定時將產(chǎn)生的載波干擾信號耦合至電力線中，實時破壞電力線載波通信信號，并在電力線中插入傳播耦合的載波干擾信號，擾亂和破壞電力線載波通信信息和通信協(xié)議，實現(xiàn)對電力線載波通信的干擾阻斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述串入電力線的電力線載波通信分頻段多級濾波器中，用不同類型的濾波元件實現(xiàn)多級濾波器級聯(lián)，分頻段對電力線載波信號和電磁泄漏信號進(jìn)行多級濾波抑制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，其特征在于:根據(jù)電感材料的有效工作頻率，選擇不同頻率范圍的電感或者共模扼流圈，并結(jié)合電容構(gòu)成不同截止頻率的濾波器；然后將不同頻帶的濾波器級聯(lián)，實現(xiàn)對電力線載波信號的分頻段多級濾波抑制，構(gòu)成電力線載波信號的全頻帶、高抑制的濾波器電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，其特征在于:依據(jù)頻率分段方式采用不同類型的濾波元件對電力線載波通信信號和電磁泄漏信號進(jìn)行多級濾波抑制:當(dāng)差模抑制和共模濾波抑制都要求較高時，采用共模扼流圈和電容作為濾波抑制元件；對于只要求差模濾波抑制的場合，則采用電感和電容，或者電感、共模扼流圈和電容作為濾波元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括金屬屏蔽殼，將電力線載波通信干擾電路安裝在防電磁輻射的金屬屏蔽殼內(nèi)后再串入電力線。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括金屬屏蔽殼，將電力線載波通信分頻段多級濾波器安裝在防電磁輻射的金屬屏蔽殼內(nèi)后再串入電力線。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超寬帶電力線載波通信阻斷器結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括金屬屏蔽殼，將電力線載波通信干擾電路、電力線載波通信分頻段多級濾波器安裝在同一金屬屏蔽殼內(nèi)或分別單獨放在各自防電磁輻射的金屬屏蔽殼內(nèi)，再分別串入電力線。
【文檔編號】H04L29/06GK104242991SQ201410438267
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】萬美琳, 張亮, 敖天勇, 彭宜脈, 李聰, 戴葵 申請人:戴葵