CN113783633B - 一种多频带噪声的模拟装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多频带噪声的模拟装置及方法，所述装置包括：用于设备控制和设备检测的测控柜；所述测控柜包括：相互连接的噪声采集模块和噪声模拟模块，所述噪声采集模块用于测量实际低压配电线的信道的噪声，所述噪声模拟模块用于模拟电力线信道的噪声；所述噪声采集模块设有变压器，所述变压器的一侧与公共电网并联，以隔离公共电网。本发明设置变压器可以将整个装置与公共电网隔离，减少线路耦合带来的额外噪声，减少噪音的输入来源，减少采集噪声的损耗的效果。

Description

一种多频带噪声的模拟装置及方法
技术领域
本发明涉及电力线载波通讯技术领域，尤其涉及一种多频带噪声的模拟装置、方法、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
电力线载波（Power Line Carrier，PLC）通信，是利用高频调制信号，电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。在电力线载波通讯设备中，电力线的信道环境影响电力线信道使其发生衰减，电力线载波通信传输中，噪声干扰是一种不确定因素，噪声干扰包括闪电、各种电器设备产生的噪声、不同负荷的投切等，这些噪声将会影响传输的质量。
为了消除噪声对传输的影响，目前常用的方式是采用如授权公告号为CN102420664B的中国专利所公开了一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，该系统包括：依次电连接的高频耦合输入单元、用于电平调节和A/D转换的A/D采样单元、存储单元、用于D/A转换和滤波的D/A转换单元、输出单元、高频耦合输出单元，另有主控单元与所述的A/D采样单元、存储单元、D/A和滤波单元、输出单元分别有控制线电连接，所述的高频耦合输入单元外接低压电力线，所述的高频耦合输出单元输出测试用噪声信号，在使用时，上述系统在载波通信中可以针对现场复杂、繁琐的数据采集、分析、调试和测试工作可以在后期或实验室中无限次重复进行，帮助使用者更加有效的寻找噪声的根源，从而再消除所查找到的噪声根源，以减少噪声对传输的影响。
但上述低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统存在以下缺陷：由于噪声信号模拟系统直接与低压电力线并联，使得该系统与公共电网连接，会接收公共电网的线路耦合所产生的噪音，不但容易增加噪音来源，也会增加采集噪音的损耗；而且上述噪声信号模拟系统是直接采集实际装置运行时产生的噪音，而其模拟的噪声信号频率范围有局限，难以所有频率的噪音，导致查找的噪音有缺失，降低了查找的准确率。
发明内容
本发明提出一种多频带噪声的模拟装置及方法，所述装置可以与公共电网隔离连接，可以减少线路耦合带来的额外噪声，减少噪音来源，还可以减少采集噪声的损耗的效果。
本发明实施例的第一方面提供了一种多频带噪声的模拟装置，所述模拟装置包括：用于设备控制和设备检测的测控柜；
所述测控柜包括：相互连接的噪声采集模块和噪声模拟模块，所述噪声采集模块用于测量实际低压配电线的信道的噪声，所述噪声模拟模块用于模拟电力线信道的噪声；
所述噪声采集模块设有变压器，所述变压器的一侧与公共电网并联，以隔离公共电网。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述噪声采集模块还包括PLC电路、A/D电路和D/A电路；
其中，所述变压器的另一侧通过电线与所述PLC电路电性连接，所述A/D电路和所述D/A电路分别通过通讯线与所述PLC电路电性连接；
所述变压器用于隔离公共电网；
所述A/D电路用于对包含噪声的信号进行模数转换，并将模数转换后的信号传输至所述PLC电路；
所述PLC电路用于采集包含噪声的信号，并将包含噪声的信号传输至所述A/D电路，以及用于对所述A/D电路发送的模数转换后的信号进行运算处理，并将运算处理的信号发送至所述D/A电路；
所述D/A电路用于对模数转换后的信号进行数模转换。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述PLC电路配置多个I/O引脚以及设置有多个A/D与D/A接入端口，并通过所述多个I/O引脚和所述多个A/D与D/A接入端口与所述A/D电路和所述D/A电路连接。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述PLC电路的可用工作频段为20kHz-20MHZ，所述PLC电路将可用工作频段划分成若干个子信道；
当所述PLC电路在可用工作频段为2-20MHZ的频率下进行检测载波时，所述PLC电路将采集的包含噪声信号进行滤波或截取处理，并将进行滤波或截取处理后的信号分别传输至所述A/D电路或所述D/A电路。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述A/D电路或所述D/A电路具备14位的分辨率。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述噪声模拟模块包括相互连接的信号发生器和录波电路；
所述信号发生器用于采集所述噪声采集模块输出的噪声信号；
所述录波电路用于录入待检测设备在实际运行时所产生的实际噪音信号。
本发明实施例的第二方面提供了一种多频带噪声的模拟方法，所述方法适用于如上所述的多频带噪声的模拟装置，所述方法包括：
对待检测电力线进行多次信道增益测量得到多个信道增益值；
平均计算所述多个信道增益值得到信道实际值；
获取待检测电力线的纯信道输出值，将所述信道实际值减去所述纯信道输出值得到信道噪声值；
基于所述信道噪声值模拟生成模拟噪声。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述信道增益测量，包括：
将待检测电力线的信道带宽频段划分成若干个子信道，并在每隔一个子信道的中心频率上给每条所述子信道的输入端设定一组载频信号，其中，所述载频信号为通过IFFT将一组预设的训练序列转换成时域信号，所述训练序列的周期为N；
在所述若干个子信道上并行发送若干个所述载频信号；
接收每条所述子信道的输出端所输出的输出信号，并通过FFT将每条所述子信道的输出信号变换成频率域信号，得到若干个频率域信号；
测量每个所述频率域信号的脉冲响应；
对比所述脉冲响应和所述训练序列的周期得到信道增益值，其中所述训练序列的周期大于等于所述脉冲响应的长度。
本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的一种多频带噪声的模拟方法。
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上所述的一种多频带噪声的模拟方法。
相比于现有技术，本发明实施例提供的一种泄密数据的追踪方法及装置，其有益效果在于：本申请的多频带噪声的模拟装置通过设置变压器，设置变压器的一侧与公共电网并联，变压器的另一侧与PLC电路等各个信号处理连接，可以将整个装置与公共电网隔离，减少线路耦合带来的额外噪声，减少噪音的输入来源，减少采集噪声的损耗的效果；而且，本申请的PLC电路可以将载波频段划分128个子信道，能够起到对多节点电力信道进行模拟，实现更多载波模块的接入，具备了高度可拓展、可延伸特性的效果。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种多频带噪声的模拟装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的噪声采集模块的结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的噪声模拟模块的结构示意图；
图4是本发明一实施例提供的一种多频带噪声的模拟方法的流程示意图；
图5是本发明一实施例提供的信道增益测量的流程示意图。
图中：净化电源1、负载柜2、测控柜3、集中器4、载波表5、计算机终端6、变压器311、PLC电路312、A/D电路313、D/A电路314、信号发生器321、录波电路322。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
但目前使用的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统存在以下缺陷：由于噪声信号模拟系统直接与低压电力线并联，使得该系统与公共电网连接，会接收公共电网的线路耦合所产生的噪音，不但容易增加噪音来源，也会增加采集噪音的损耗；而且上述噪声信号模拟系统是直接采集实际装置运行时产生的噪音，而其模拟的噪声信号频率范围有局限，难以所有频率的噪音，导致查找的噪音有缺失，降低了查找的准确率。
为了解决上述问题，下面将通过以下具体的实施例对本申请实施例提供的一种多频带噪声的模拟装置进行详细介绍和说明。
参照图1，示出了本发明一实施例提供的一种多频带噪声的模拟装置的结构示意图。
所述模拟装置包括：净化电源1、负载柜2、测控柜3、集中器4、载波表5和计算机终端6。其中，净化电源1与负载柜2通过电线电性连接，负载柜2与测控柜3通过电线电性连接。测控柜3与集中器4通过电线电性连接，集中器4与载波表5通过电线电性连接，测控柜3和集中器4分别通过电线与计算机终端6电性连接。
净化电源1用于给负载柜2提供滤波后的交流电源，净化电源1可以滤去了交流供电电源中的噪声，防止音响器材受到电压峰值和浪涌损害。
负载柜2用于配电控制柜的负载部分。
测控柜3用于工业控制计算机，主要功能是对生产过程及答机电设备、工艺装备进行检测与控制。
集中器4用于远程集中抄表系统的中心管理设备和控制设备，负责定时读取终端数据、系统的命令传送、数据通讯、网络管理、事件记录、数据的横向传输等功能。
计算机终端6包括：低压电力线载波通信性能测试系统软件，用于进行性能检测。
载波表5用于载波抄表。
参照图2，示出了本发明一实施例提供的噪声采集模块的结构示意图。
在一个实施例中，所述测控柜3包括：相互连接的噪声采集模块和噪声模拟模块，所述噪声采集模块用于测量实际低压配电线的信道的噪声，所述噪声模拟模块用于模拟电力线信道的噪声；
所述噪声采集模块设有变压器311，所述变压器311的一侧与公共电网并联，以隔离公共电网。
具体地，由于变压器311与公共电网并联，使得变压器311所在的噪声采集模块与公共电网隔离，从而可以减少公共电网的线路耦合带来的额外噪声，减少噪音来源，以减少采集噪声的损耗的效果。
参照图2，在一个实施例中，所述噪声采集模块还可以包括PLC电路312、A/D电路313和D/A电路314；
其中，所述变压器311的一侧与公共电网并联，所述变压器311的另一侧通过电线与所述PLC电路312电性连接，所述A/D电路313和所述D/A电路314分别通过通讯线与所述PLC电路312电性连接；
所述变压器311用于隔离公共电网；
所述A/D电路313用于对包含噪声的信号进行模数转换，并将模数转换后的信号传输至所述PLC电路312；
所述PLC电路312用于采集包含噪声的信号，并将包含噪声的信号传输至所述A/D电路313，以及将所述A/D电路313发送的模数转换后的信号发送至所述D/A电路314；
所述D/A电路314用于对模数转换后的信号进行数模转换。
在使用时，所述PLC电路312可以采集包含噪声的信号，然后将采集包含噪声的信号传输给所述A/D电路313，所述A/D电路313对信号进行模数转换后并再次传输给所述PLC电路312，所述PLC电路312对所述A/D电路313进行模数转换后信号进行相应的滤波或截取运算处理，从而得到纯噪音信号的数字信号，最后将纯噪音信号的数字信号传输给所述D/A电路314进行数模转换。
在一个实施例中，为了方便PLC电路312与所述A/D电路313和所述D/A电路314连接，所述PLC电路312可以配置多个I/O引脚，也可以设置有多个A/D与D/A接入端口，并通过所述多个I/O引脚和所述多个A/D与D/A接入端口与所述A/D电路313和所述D/A电路314连接。
在一个实施例中，在电力线载波通信的实际应用中，按频带宽度划分成低压窄带载波（50kHz-500kHz）和低压宽带载波（2MHZ-20MHZ），为了满足实际应用的频域，所述PLC电路312的可用工作频段为20kHz-20MHZ。
由于实际应用中电力线载波通常为低压宽带载波，在应用时，PLC电路312的主要工作频段为2-20MHZ。并且，在检测载波时，PLC电路312可以将采集的噪声信号进行滤波或截取处理，然后将处理后的信号分别传输至所述A/D电路313或所述D/A电路314。
在一个实施例中，为了提高PLC电路312对待检测信号的检测效率，所述PLC电路312将可用工作频段划分成若干个子信道。可选地，可以是128个子信道。
在一个实施例中，为了提高所述A/D电路313或所述D/A电路314对待检测信号的处理效率，所述A/D电路313或所述D/A电路314具备14位的分辨率。可选地，也可以具备其它位数的分辨率。
通过上述各实施例的设置，可以对多节点电力信道进行模拟时，实现更多载波模块的接入，具备了高度可拓展、可延伸特性，能够对各类场景中的电力线信道及噪声通过上位机进行灵活配置，并在单块芯片资源受限下，能够采用多块芯片级联以满足需求。
参照图3，示出了本发明一实施例提供的噪声模拟模块的结构示意图。
在一个实施例中，所述噪声模拟模块包括相互连接的信号发生器321和录波电路322；
所述信号发生器321用于采集所述噪声采集模块输出的噪声信号；
所述录波电路322用于录入待检测设备在实际运行时所产生的实际噪音信号。
参照图3，信号发生器321也可以与PLC电路312连接，用于PLC电路312输出的信号（可以包括PLC电路312采集包含噪声的信号、所述A/D电路313进行模数转换后的信号、PLC电路312进行相应处理或运算的信号、所述D/A电路314进行数模转换后的信号等等）。
在使用过程中，整个多频带噪声的模拟装置可以用于采集模拟未知的噪声信号以及采集已知的噪声信号，噪声信号被采集后存储在噪声采集模块中，已经采集的信号可以被直接模拟出来，用于后续的信道测试。
具体地，若噪音信号已知，可以通过噪声采集模块进行采集和处理，最后输出噪音信号；若噪音信号位置，也可以通过噪声采集模块进行采集和处理，由噪声采集模块将处理后的信号输出至噪声模拟模块，由噪声模拟模块模拟生成对应的噪音信号。
在本实施例中，本发明实施例提供了一种多频带噪声的模拟装置，其有益效果在于：本申请的多频带噪声的模拟装置通过设置变压器，设置变压器的一侧与公共电网并联，变压器的另一侧与PLC电路等各个信号处理连接，可以将整个装置与公共电网隔离，减少线路耦合带来的额外噪声，减少噪音的输入来源，减少采集噪声的损耗的效果；而且，本申请的PLC电路可以将载波频段划分128个子信道，能够起到对多节点电力信道进行模拟，实现更多载波模块的接入，具备了高度可拓展、可延伸特性的效果。
参照图4，示出了本发明一实施例提供的一种多频带噪声的模拟方法的流程示意图。
在一个实施例中，所述方法可以适用于如上所述的多频带噪声的模拟装置。
其中，作为示例的，所述多频带噪声的模拟方法可以包括：
S11、对待检测电力线进行多次信道增益测量得到多个信道增益值。
在一个实施例中，每次对待检测电力线进行一次信道增益测量，得到一个信道增益值，重复对待检测电力线进行多次信道增益测量，可以得到多个信道增益值。
可选地，若噪音为未知的状态下，若仅进行一次信道增益测量，测量得到的信道增益值误差较大，为了减少测量的误差，可以对待检测电力线重复进行多次信道增益测量。可选地，在噪声未知的情况下，测量可以不少于3200次。
参照图5，示出了本发明一实施例提供的信道增益测量的流程示意图。
为了准确测量信道增益值，在一可选的实施例中，步骤S11可以包括以下子步骤：
子步骤S111、将待检测电力线的信道带宽频段划分成若干个子信道，并在每隔一个子信道的中心频率上给每条所述子信道的输入端设定一组载频信号，其中，所述载频信号为通过IFFT将一组预设的训练序列转换成时域信号，所述训练序列的周期为N。
子步骤S112、在所述若干个子信道上并行发送若干个所述载频信号。
子步骤S113、接收每条所述子信道的输出端所输出的输出信号，并通过FFT将每条所述子信道的输出信号变换成频率域信号，得到若干个频率域信号。
子步骤S114、测量每个所述频率域信号的脉冲响应。
子步骤S115、对比所述脉冲响应和所述训练序列的周期得到信道增益值，其中所述训练序列的周期大于等于所述脉冲响应的长度。
需要说明的是，每一次进行信道增益测量所使用的训练序列可以相同。
通过信道增益测量对同一组训练序列的测量要重复多次，然后对多次测量结果进行平均，在噪声未知的情况下，测量不少于3200次的设置，能够起到提高中低压配电线的信道增益测量精度，保证测量的噪声功率足够准确的效果。
S12、平均计算所述多个信道增益值得到信道实际值。
在得到多个信道增益值后，可以对多个信道增益值求和在求平均，从而得到该待检测电力线的信道实际值，信道实际值为多次检测后待检测电力线的信道增益值。
S13、获取待检测电力线的纯信道输出值，将所述信道实际值减去所述纯信道输出值得到信道噪声值。
该纯信道输出值为待检测电力线的原始信道值。将信道实际值减去纯信道输出值，从而可以得到信道噪声值。
S14、基于所述信道噪声值模拟生成模拟噪声。
可选地，可以将信道噪声值输入至噪声模拟模块中，由噪声模拟模块模拟生成对应的模拟噪声。
具体实施过程：若电力线在载波环境中的噪音是已知的，即噪音来源确定，噪音由特定设备装置产生并且噪声的频率和波形已知，多频带噪声的模拟装置能基于噪音的频率和波形被直接模拟出来；若噪音是未知的噪声，可以直接通过多频带噪声的模拟装置的录波电路采集噪音信号，最后再由信号发生器将录波电路采集的噪音信号模拟出噪音信号。
在本实施例中，本发明实施例提供了一种多频带噪声的模拟方法，其有益效果在于：本发明可以在噪音已知或未知的情况下，通过对待检测电力线进行多次信道增益测量计算得到待检测电力线实际的信道值，将待检测电力线实际的信道值与待检测电力线的纯信道输出值作差计算得到信道噪声值，最后基于信道噪声值模拟生成模拟噪声，不但可以拓宽模拟的噪声信号频率范围，避免出现模拟有缺失的情况，从而可以准确查找噪音来源，提高查找噪音的准确率。
进一步的，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例所述的一种多频带噪声的模拟方法。
进一步的，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上述实施例所述的一种多频带噪声的模拟方法。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多频带噪声的模拟装置，其特征在于，所述模拟装置包括：用于设备控制和设备检测的测控柜；
所述测控柜包括：相互连接的噪声采集模块和噪声模拟模块，所述噪声采集模块用于测量实际低压配电线的信道的噪声，所述噪声模拟模块用于模拟电力线信道的噪声；
所述噪声采集模块设有变压器，所述变压器的一侧与公共电网并联，以隔离公共电网；
所述噪声采集模块还包括PLC电路、A/D电路和D/A电路；
其中，所述变压器的另一侧通过电线与所述PLC电路电性连接，所述A/D电路和所述D/A电路分别通过通讯线与所述PLC电路电性连接；
所述变压器用于隔离公共电网；
所述A/D电路用于对包含噪声的信号进行模数转换，并将模数转换后的信号传输至所述PLC电路；
所述PLC电路用于采集包含噪声的信号，并将包含噪声的信号传输至所述A/D电路，以及用于对所述A/D电路发送的模数转换后的信号进行运算处理，并将运算处理的信号发送至所述D/A电路；
所述D/A电路用于对模数转换后的信号进行数模转换。
2.根据权利要求1所述的多频带噪声的模拟装置，其特征在于，所述PLC电路配置多个I/O引脚以及设置有多个A/D与D/A接入端口，并通过所述多个I/O引脚和所述多个A/D与D/A接入端口与所述A/D电路和所述D/A电路连接。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的多频带噪声的模拟装置，其特征在于，所述PLC电路的可用工作频段为20kHz-20MHZ，所述PLC电路将可用工作频段划分成若干个子信道；
当所述PLC电路在可用工作频段为2-20MHZ的频率下进行检测载波时，所述PLC电路将采集的包含噪声信号进行滤波或截取处理，并将进行滤波或截取处理后的信号分别传输至所述A/D电路或所述D/A电路。
4.根据权利要求1所述的多频带噪声的模拟装置，其特征在于，所述A/D电路或所述D/A电路具备14位的分辨率。
5.根据权利要求1所述的多频带噪声的模拟装置，其特征在于，所述噪声模拟模块包括相互连接的信号发生器和录波电路；
所述信号发生器用于采集所述噪声采集模块输出的噪声信号；
所述录波电路用于录入待检测设备在实际运行时所产生的实际噪音信号。
6.一种多频带噪声的模拟方法，其特征在于，所述方法适用于如权利要求1-5任意一项所述的多频带噪声的模拟装置，所述方法包括：
对待检测电力线进行多次信道增益测量得到多个信道增益值；
平均计算所述多个信道增益值得到信道实际值；
获取待检测电力线的纯信道输出值，将所述信道实际值减去所述纯信道输出值得到信道噪声值；
基于所述信道噪声值模拟生成模拟噪声。
7.根据权利要求6所述的多频带噪声的模拟方法，其特征在于，所述信道增益测量，包括：
将待检测电力线的信道带宽频段划分成若干个子信道，并在每隔一个子信道的中心频率上给每条所述子信道的输入端设定一组载频信号，其中，所述载频信号为通过IFFT将一组预设的训练序列转换成时域信号，所述训练序列的周期为N；
在所述若干个子信道上并行发送若干个所述载频信号；
接收每条所述子信道的输出端所输出的输出信号，并通过FFT将每条所述子信道的输出信号变换成频率域信号，得到若干个频率域信号；
测量每个所述频率域信号的脉冲响应；
对比所述脉冲响应和所述训练序列的周期得到信道增益值，其中所述训练序列的周期大于等于所述脉冲响应的长度。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6-7任意一项所述的多频带噪声的模拟方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求6-7任意一项所述的多频带噪声的模拟方法。
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