[发明专利]一种主动式多频段电力线通信干扰设备与方法

权利要求书

1.一种主动式多频段电力线通信干扰设备，其特征在于：该设备包括电源模块、耦合电路、功率自适应干扰源模块、阻抗匹配器及驱动模块；

所述的电源模块的功能是将民用市电转化为适合后面的控制以及信号环节使用的电压范围为3～12V的交流电；

所述的耦合电路的功能是阻隔低频220V电压信号；

所述的功率自适应干扰源模块的功能是根据电力线信道条件，控制产生随机信号的噪声源并输出自适应的噪声功率；

其中，根据电力线信道条件，控制产生随机信号的噪声源并输出自适应的噪声功率，具体为：基于上述的功率自适应干扰源模块及阻抗匹配器，嵌入式智能CPU模块给出电力线信道中不同频段的信号强度和在频带中的位置，并据此控制多个信号发生器和调制器，分别发生不同功率和频段的干扰噪声，并且通过不同的阻抗匹配单元，将噪声信号灌入电力线通信信道中去；

所述的阻抗匹配器的功能是即时测量时变阻抗和匹配干扰源的输出阻抗；

所述的驱动模块包括风机和风机驱动电路；风机在风机控制电路控制下，驱动模块能够根据功率自适应干扰源的功率大小，调节风机的转速，完成设备的散热；

电源模块为整个设备供电，驱动模块实现设备的散热；

电力线的中全部信号首先通过耦合电路，耦合电路将隔离出的高频信号送入功率自适应干扰源模块，功率自适应干扰源模块产生能够用于干扰的噪声信号以后，通过阻抗匹配器和耦合电路送入电力线实现通信干扰。

2.根据权利要求1所述的一种主动式多频段电力线通信干扰设备，其特征在于：电源模块包括电源变压器、桥式整流电路、滤波器和稳压器；

电源变压器将220V交流电压转换为低压的交流电，并设有频率跟随电 路；

所述桥式整流电路将正负交替的正弦交流电压整流为单方向的脉动电压；

所述滤波器将桥式整流电路输出的电压脉动部分进行平滑；

所述稳压器使得电网电压或者负载变化时，输出的电压保持稳定。

3.根据权利要求1所述的一种主动式多频段电力线通信干扰设备，其特征在于：耦合电路包括高通滤波器和可调变压器；

所述的高通滤波器由结合滤波器网络构成，它将50Hz市电过滤，将高频信号截留，经过可调变压器，传向后继的阻抗匹配模块和功率自适应干扰源；

所述的可调变压器可以无损地放大高频信号，使得其能够被后继电路识别。

4.根据权利要求1所述的一种主动式多频段电力线通信干扰设备，其特征在于：所述的功率自适应干扰源模块，为一套或多套。

5.根据权利要求4所述的一种主动式多频段电力线通信干扰设备，其特征在于：每套功率自适应干扰源模块包括信号测量电路、模数转换模块、嵌入式智能CPU模块、噪声信号发生器和调制器；

所述的信号测量电路接收耦合电路提供的信号，对信号的电压和电流合理地放大，并且送入模数转换模块；

模数转换模块是将高频电力线通信的信号采样量化送入中央计算单元；

所述的嵌入式智能CPU模块对高频信号进行频谱分析，找到通信信号所在的频谱，并且估计其通信的能量；并根据通信信号所在频带和能量信息，控制噪声信号发生器，接收噪声信号发生器，产生相对应功率的基带噪声，然后控制调制器将基带噪声调制到频带上。

6.根据权利要求1所述的一种主动式多频段电力线通信干扰设备，其特征在于：所述的阻抗匹配器为一套或多套。

7.根据权利要求6所述的一种主动式多频段电力线通信干扰设备，其特征在于：每套阻抗匹配器包含阻抗测量电路，计算控制电路及可变电容电感网络；

所述的阻抗测量电路是一个有源网络，将电力线视作一个广义电阻，通过电路硬件采样提取相位和幅度信息；

所述计算控制电路获取阻抗测量网络给出的幅度相位信息进行计算并且控制后级阻抗阻抗匹配器内的电感或电容元件进行匹配；

所述可变电容电感网络由前级控制，并且在电路中实现对电感电容网络进行组合匹配。

8.一种主动式多频段电力线通信干扰方法，其特征在于步骤为：

1)用户得知当电力线中有一个窄带电力线通信设备接入电力传输网，用户首先将该设备通过插头接入电力传输网；

假设该窄带电力线通信设备工作频率为f_signal，其工作功率为p_signal，并且用户事先无法得知该两个参数；另设接收设备可以远程接收到由发射设备发射的频带信号X_signal，传输线电力频率为f₅₀；

2)通过电源模块对该通信设备进行供电，具体为：

2.1利用电源模块的电源变压器，将220V市电转换为低压交流电；

2.2利用电源模块的桥式整流电路，将低压交流电整流成近似直流电；

2.3利用电源模块的滤波器，为前述2.2生成的直流电进行平滑，消除高频部分；

2.4利用电源模块的稳压器，对直流电进行稳压；

3)该通信设备通过耦合电路和功率自适应干扰源模块的配合工作，实现对电路中电力线通信信道和信号的分析，具体为：

3.1耦合电路中的高通滤波器将频率为f₅₀的低频市电过滤，将电力线通信的频带信号X_signal截留，经过耦合电路中的可调变压器，传向后继的功率自适应干扰源和阻抗匹配器；实际截留的信号为X′_signal+N,X′_signal为畸变后的信号，N为噪声；

3.2功率自适应干扰源模块的信号测量电路、模数转换电路和嵌入式智能CPU模块将对3.1处进过滤波获得信号进行计算、分析；首先由信号测量电路将耦合电路送出的高频信号进行放大并且送入模数转换电路；模数转换电路用比相对窄带电力线通信常用频段更高的采样率对信号进行采样和量化；然后用自相关方法将电路中由本设备产生的噪声信号去除；经过上述步骤，获得了X′_signal+N的采样X′_signal(n)+N(n)，模数转换电路将采样量化后的上述信号送入嵌入式智能CPU模块；

3.3使用功率自适应干扰源模块中的嵌入式智能CPU模块对信号X_signal的具体频段和能量进行估计；嵌入式智能CPU模块首先获得的信号进行变换域操作，获得其功率谱特征然后采用根据电力线信道特征的模糊算法，估计出原始信号X_signal所在的频率范围的下界和上界使得信号在上下界范围内的置信度为95％；随后计算耦合后获得的信号的总功率

3.4用估计出在信道中的总功率并且存储在嵌入式智能CPU模块中；

4)该通信设备通过功率自适应干扰源模块和阻抗匹配器的配合工作，实现干扰信号的产生、调制，以及干扰信号的灌入，具体为：

4.1通过嵌入式智能CPU模块估计出了待干扰窄带电力线通信频段信息 和功率信息在设定干扰的信噪比SNR＝1/r后，得出所 需的干扰功率为随后可以通过功率自适应干扰源模块的嵌入式智能CPU模块控制噪声信号发生器产生功率为的噪声信号；

4.2利用功率自适应干扰源模块中的调制器，将4.1中的噪声信号调制到下界和上界的中间；

4.3利用功率自适应干扰源模块中的阻抗匹配器，并且结合嵌入式智能CPU模块的计算能力，进行输出阻抗的匹配，进而将噪声源的功率向电力线中输出；

5)该通信设备通过驱动模块实现设备的散热，具体为：

5.1驱动模块中的风机驱动电路通过监控电源模块输出的电压和电流，监控该通信设备的整体功率；

5.2当5.1中所监控的设备达到设定的阈值后，风机驱动电路驱动驱动模块中的风机进行工作，开始主动散热。