語音分離器

語音分離器

語音分離器,簡稱分離器(Splitter),具有瞬時性、可重複性等特點。套用於xDSL(xDSL是各種DSL的統稱,即數字用戶線路,是以傳統電話銅線為傳輸介質的傳輸技術,其中x代表不同種類的DSL技術,包括ADSL++、HDSL、VDSL等)的寬頻通信中。我們常說的分離器只是指ADSL(Asymmetrical Digital Subscriber Line非對稱用戶線路)分離器,即基於傳統語音電話線路上共線傳輸寬頻數位訊號的語音分離器(即ADSL over POTS Splitter),現在ADSL已升級到新版本更高速率的ADSL++和VDSL(Very High Speed Digital Subscriber Line甚高速數字用戶線)。語音分離器是一個關鍵電子器件。其功能是在接入和傳送端分離高頻信號和語音信號,如果不分離的話,打電話和上網會有影響。

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簡介

語音分離器將線路上的音頻信號和高頻數字調製信號分離, 並將音頻信號送入交換機, 高頻數字調製信號送入ADSL 接入系統, 由於網路傳輸速度的加快和各項技術的發展, 所以語音分離器成了必不可少的用戶端設備。語音分離器用線上路接口分離高頻ADSL 信號和音頻電話信號。其主要包括下列功能: 電話信號和ADSL 信號的混合和分離;通過低通濾波器和高通濾波器分離承載音頻信號的低頻帶和ADSL Modem 調製用的高頻帶, 實現傳送端將信號混合, 接收端將收到的信號分離; 保護話音頻帶業務通過低通濾波器免受ADSL 信號可能引起的非線性或其它影響; 保護ADSL 信號免受電話有關的信號特別是撥號脈衝、振鈴切斷信號對ADSL 接收器的干擾。語音分離器集成了低通濾波和阻抗隔離功能。它一方面要濾掉從電話設備上來的高頻能量, 另一方面為ADSL 系統上的電話設備提供阻抗隔離。另外, 它還對因電話設備的環路電流干擾而產生的寬品帶噪音信號進行衰減。由於音頻頻率大致為20Hz- 20KHz, 故分離器必須有一低通濾波器, 用來將音頻信號從線路上分離出來。ADSL語音分離器是在ADSL通信線路中將DISLAM設備和PSTN設備的高頻數據信號和低頻語音信號耦合在一根兩芯的電話線中傳輸到終端用戶,當信號輸送到終端用戶時,再有ADSL語音分離器將高頻的數據信號分離給ATU-R連線到電腦上網,將低頻語音信號分離到電話機,傳真機等終端設備。
語音分離器將線路上的低頻音頻信號(300~3400Hz)和傳輸數據的高頻數字調製信號(20KHz~4.4MHz/12MHz)有效分離,然後將音頻信號送入PSTN(Public Switched Telephone Network)交換機或POTS(Plain Old Telephone Service)電話機傳真機等,將高頻數字調製信號送入DSLAM(DSL Access Multiplexer)/DSL MODEM數據機。DSL技術實現用戶方多個電話分機、傳真機和ADSL數據機使用時互不影響,即隔絕寬頻上網在POTS電話機中產生的電流噪聲,保證優質的通話效果,也避免由於電話振鈴導致的寬頻上網掉線,保證了一定傳輸距離下的寬頻網上下載的速率等等。下圖是DSL分離器的套用框圖。
語音分離器
可以看出在CO(Central Office局端或LE,Local Exchange)和CPE(Customer Premise用戶端)都需要使用語音分離器。用戶端分離器一般是盒式分離器且根據實際需要採取分離器單體設備外接。局端分離器大都32/48/64路匯集在一塊分離器板上,多塊分離器板又安裝在局端機柜上,和控制交換板、背板、線路接口板和上聯板等共同實現語音與數位訊號的分離和傳輸、語音的交換和管理以及寬頻的匯聚等。另外,分離器板上有過流過壓保護電路,實現雷擊、電力線碰觸和感應等方面的防護功能。

主要指標

隨著DSL技術在全球的普及和推廣,語音分離器也得到了廣泛的套用。按照全球的分離器標準來分,有ETSI(European Telecommunications Standards Institute歐洲電信標準協會)、ANSI(American National Standards Institute美國國家標準協會)、BT(British Telecom英國電信)、ITU-T G.992(國際電聯G.992系列)和中國MII(Ministry of Industry and Information Technology of the People’s Republic of China中國工業和信息化部)等。按照分離器套用分主要有ADSL over POTS、ADSL over ISDN和VDSL over POTS、VDSL over ISDN等。
現有語音分離器都是由電感、電容和電阻被動器件構成的多階濾波器電路,其主要指標有POTS插入損耗、POTS反射損耗、群延時、縱向平衡、頻帶隔離、DSL頻帶插入損耗等。
插入損耗反映語音分離器的低通濾波和高通濾波分別在各自的通帶內信號衰減程度,決定了分離器對通過信號的影響程度,損耗越小則通過信號衰減越小。
反射損耗反映出分離器各個連線埠對接口阻抗的匹配程度,匹配程度越好反射損耗越小,源信號絕大部分得以被傳遞到負載。
群延時是指由於分離器的LC濾波電路導致傳輸的語音信號產生延時,延時越小越好。
縱向平衡是指分離器會因為Tip和Ring線路上的不對稱性導致分離器對差分信號產生一定的影響,影響信號傳輸的完整性。縱向平衡度越大越好。
頻帶隔離反映分離器在分離低頻語音信號和高頻數位訊號時,對兩種信號的隔離程度。頻帶隔離越大越好。由於分離器分離低頻語音信號到電話機或傳真機,這些設備是遠程供電,所以分離器必須在指定的饋電流下 不至產品特性下降。國標ADSL分離器饋電流能力上限為100mA,歐標分離器為80mA的上限的饋電流。

語音分離器測試原理

語音分離器一般具有三個連線埠:POTS連線埠,DSL連線埠以及LINE連線埠。低頻話音信號由分離器接PSTN(PublicSwitched Telephone Network)交換機或POTS(Plain Old Telephone Service)電話機/傳真機等用來傳輸國語音信息;高頻數位訊號則接入DSLAM(DSL Access Multiplexer)或DSL數據機(MODEM),用來傳輸上網信息和視頻點播節目等。在通信線路中使用了語音分離器,不僅可以保證通話話音清晰,而且能同時降低通話對數據通信的影響。
從下圖語音分離器原理圖中可以看出,由POTS連線埠到LINE連線埠或者由LINE連線埠到POTS連線埠的傳輸函式可以看作是一個低通濾波器;由DSL連線埠到LINE連線埠或者由LINE連線埠到DSL連線埠的傳輸函式,根據設計的需要可以是直通線路或者是一個高通濾波器。
語音分離器

語音分離器的測試方法

對指標的測量可以通過信號發生器和選頻電平表搭配使用來實現。這裡只給出插入損耗和隔離度的測試線路,反射損耗的測試線路可以參考相關標準。插入損耗和隔離度的通用測試線路如圖所示:利用信號發生器產生某個頻段的測試信號,進入語音分離器的其中一個測試連線埠,經由分離器另外一個測試連線埠輸出,輸出信號由選頻電平表接收。圖中測試輸入連線埠是POTS端,輸出連線埠是LINE端,通過轉換開關S的閉合或打開使DSL連線埠連線終接阻抗或者不連線終接阻抗。
語音分離器
上述測試也可以通過矢量網路分析儀來實現。矢量網路分析儀本身自帶了一個信號發生器,可以對設定的頻段進行頻率掃描。如果是單連線埠測量的話,將激勵信號加在連線埠上,通過測量反射回來的信號的幅度和相位,就可以判斷出阻抗或者反射情況,這對應於分離器產品的反射損耗參數。而對於雙連線埠測量,則可以用來測量傳輸參數,這對應於分離器產品的插入損耗或者頻帶隔離度參數,如圖所示。圖中巴倫的作用是用來實現非平衡線路和平衡線路之間阻抗匹配轉換。需要注意的是由於受分布參數等影響明顯,網路分析儀在使用之前必須要進行校準。
語音分離器

發展使用

簡介

從開始的傳統的語音程控交換機,到數據機撥接,再發展到利用銅線共纜傳輸語音信號和高頻數位訊號的DSL技術。世界各地的工程技術人員對現有銅雙絞線實現了利用利用再利用,接入在已有的銅線上展現出前所未有的活力。隨著ADSL技術的套用,ADSL語音分離器相伴而生,分離器也伴同DSL接入技術經歷著低速到高速的演進和發展。
接入技術主要分為有線接入和無線接入,雖然新的接入技術如FTTx和WiMAX等接入方式發展迅猛,但有線接入中的DSL接入,隨著ADSL到ADSL++和VDSL/VDSL2的發展,DSL接入無論在穩定性、互通性、傳輸速度、傳輸距離和節省運營商的投資(投入產出比)等各個方面,都體現出其他接入技術無法相比擬的競爭力,DSL仍然是接入技術的重要力量。特別是光進銅退過程中,銅線在最後的幾百米距離傳輸中的主要方式。
近幾年全球有線接入網路技術發展迅速,已呈現出寬頻化、IP化及業務融合化的趨勢。DSL接入也逐漸發展成為IPTV、Triple-Play等流媒體的接入平台。DSL接入與家庭網路技術發展結合緊密,逐步實現DSL終端的遠程管理,維護成本持續降低。
由於DSL接入網路需要有效分離傳統的低頻語音信號和高頻DSL數據信號,就必須使用分離器,DSL分離器套用框圖參考下圖2。通常DSL分離器局端設備會通過電話線對用戶終端供電,饋電壓為48V;饋電流流過局端、用戶端分離器,按照國標YD/T-1187,饋電流不小於100mA。
從ADSL到ADSL++、再擴展到VDSL/VDSL2,DSL接入技術的頻帶分布和頻帶擴展如圖2。按照我國國家標準,ADSL到ADSL++時頻帶從30K-1104KHz擴展30K-4.4MHz;發展到VDSL/VDSL2,頻帶分別擴展到20K-12MHz擴展20K-30MHz。按照歐洲ETSI系列標準,ADSL到ADSL++時頻帶從32K-1104KHz擴展32K-4.4MHz;發展到VDSL/VDSL2,頻帶分別擴展到25K-12MHz擴展25K-30MHz。中國MII標準為YD/T-1187-2006,歐洲標準有ETSI TS 101 952-1(2)-1/2/3/4等等。
發展到VDSL/VDSL2的套用,分離器套用的頻帶分布已高達12MHz/30MHz。對分離器的要求更高。由於現代分離器板的集成密度越來越高,對分離器的尺寸也越來越小。
圖2 DSL頻帶分布和發展圖2 DSL頻帶分布和發展
語音分離器的新套用和新套用下的特殊要求:
DSL技術的幾個典型新套用有IPTV(Internet Protocol Television網際網路協定網路電視)和FTTx(Fiber to the Cabinet or Building or Home光纖到樓或到戶的統稱) +DSL套用。
IPTV 是以IP寬頻網路為傳輸通道、以電視機為終端、為用戶提供互動式多媒體服務的一種業務。主要通過一 個功能廣泛的機頂盒,連線寬頻網路,在電視上觀看更豐富的節目頻道,可以隨時點播電影、電視劇、互動電視、並提供信息服務、可視電話、遠程教育等服務。
IPTV業務具有互動化、綜合化、個性化、人性化和豐富化等特性。參考下圖3可以看出DSL技術和IPTV的關係。
IPTV對語音分離器的新要求是,當電話振鈴和語音通信時,不會對數字網路電視信號產生影響,如丟幀產生馬賽克或顯示停頓等。對分離器的要求則是分離器過饋電流能力要更強,需要超過標準要求的100mA的饋電流能力,同時語音分離器的縱向平衡特性也更高。
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FTTx+DSL套用是以EPON(Ethernet Passive Optical Network乙太網無源光網路)的FTTX技術為基礎,延伸光纖到小區、大樓和樓道的ONU(Optical Network Unit)或MDU(Multi-Dwelling Unit),利用多用戶乙太網型ONU或多用戶DSL型ONU,配合DSLAM板或已集成DSLAM到ONU或MDU的設備,為用戶提供乙太網接口、DSL用戶線以及Cable線,一方面可滿足各種業務的接入,另一方面由於多個用戶分攤單個終端成本,使得在保障頻寬的基礎上大大降低了建設成本,實現最後1英里的網路接入。
DSL在FTTx(EPON&GPON)組網結構圖如下所示:
PON+DSL2plus/VDSL/VDSL2套用對語音分離器也提出了的新的要求。首先分離器工作頻寬要擴展到12M/30M,分離器工作頻寬更高;其次由於VDSL2擴展30M後受外界的干擾也較大,要求相鄰信道間串擾更小;另外由於該技術也包含了IPTV套用,一樣要求當電話振鈴和語音通信時,不會對數字網路電視信號產生影響,如丟幀產生馬賽克或顯示停頓等,這一點同DSL在IPTV的套用。
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小結
天通浙江精電科技有限公司依託母公司天通股份(TDG品牌)在鐵氧體磁芯材料生產開發的優勢,結合公司強大的全製程的EMS電子製造服務能力,開發出一系列高品質、小型化的全系列的語音分離器模組,並為通信設備製造客戶開發出多種32/48/64路語音分離器板。語音分離器和語音分離器板完全滿足市場需求並滿足下一代VDSL技術需求,已在IPTV和EPON+VDSL的套用中取得批量套用,並致力於為客戶提供專業的技術支持,為客戶創造價值。

使用技巧

首先電話進戶線連線分離器上標有“LINE”的連線埠,電話機連線標有“PHONE”的連線埠,數據機上的DSL連線埠連線標有“MODEM”的連線埠,然後就是路由器和數據機連線,數據機上標有“Ethernet”的連線埠連線到路由器上標有“WAN”的連線埠,路由器上的LAN連線埠連線電腦。好了,現在,連線已經完成,確認連線無誤後,在路由器上設定好上網帳號,即可上網。
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控制方法

簡單可靠、降低能耗的分離器變壓力液面控制方法。

相關信息

油氣兩相分離器

油氣兩相分離器將油氣混合物來液分離成單一相態的原油和天然氣,壓力由天然氣出口處的壓力控制閥控制,液面由控制器控制的出油閥調節。
天然氣出口處的壓力控制閥通常是自力式調節閥或配套壓力變送器、控制器、氣源的氣動薄膜調節閥等。出油閥通常為配套液位感測器、控制器、氣源的氣動薄膜調節閥或浮子液面調節器操縱的出油調節閥等。
有的油氣兩相分離器是用氣動薄膜調節閥控制分離器的壓力,用浮子液面調節器操縱出油閥控制分離器液面。

油氣水三相分離器

油氣水三相分離器在油井產物進行氣液分離的同時,還能將原油中的部分水分離出來。隨著油田的開發,油井產出液的含水量逐漸增多,三相分離器的套用也逐漸增多。結構不同,三相分離器的控制方法也不同。兩種典型分離器的控制原理如下:
(1)油氣水混合物進入分離器後,進口分流器把混合物大致分成汽液兩相,液相進入集液部分。集液部分有足夠的體積使自由水沉降至底部形成水層,其上是原油和含有較小水滴的乳狀油層。原油和乳狀油從擋板上面溢出。擋板下游的油麵由液面控制器操縱出油閥控制於恆定的高度。水從擋板上游的出水口排出,油水界面控制器操縱排水閥的開度,使油水界面保持在規定的高度。分離器的壓力由設在天然氣管線上的閥門控制。
(2)分離器內設有油池和擋水板。原油自擋油板溢流至油池,油池中油麵由液面控制器操縱的出油閥控制。水從油池下面流過,經擋水板流入水室,水室的液面由液面控制器操縱的出水閥控制。(二)傳統分離器液位和壓力控制中存在的問題 分離器定壓控制中,天然氣管線上的壓力控制閥對天然氣進行一定程度的節流,以保證分離器內壓力的穩定。氣量減小或者氣出口處壓力降低時,閥門節流程度增加;反之,閥門節流程度減小。
分離器液面控制中,油水出口閥門也對液體進行節流。液量增大時,節流程度減小;液量小時,節流程度加強,以使液面保持穩定。
為保證液量較大的情況下能夠正常排液,分離器具有較高的壓力。但是在液量減小時,必須通過油水出口閥對液體節流,使液面不至於降低。因此生產中,分離器一般在較高的壓力下工作,液相閥門處於節流狀態。
分離器壓力過高影響分離器的進液,使中轉站或計量站的輸出口以及井口回壓增高,不利於輸油。目前,我國的油井多為機械採油,井口回壓升高,增加了採油的能源消耗。此外,在較高壓力下油中含有的飽和溶解氣,在出油閥節流後,壓力下降時,從油中分離出來,易使下游流程中的油泵產生氣濁。因此較高的分離器壓力不但影響油氣的分離效率,增加生產能耗,而且影響安全生產。

變壓力液面控制

浮子液面控制器帶動兩個調節閥,一個調節閥控制天然氣,另一個調節閥控制原油,實現原油和天然氣出口處閥門的聯合調節。當浮子上升時,連桿機構使氣路調節閥的開口減小,油路調節閥的開口增大;反之,當浮子下降時,連桿機構將使氣路調節閥的開口增大,油路調節閥的開口減小。通過改變調節閥的開度,改變天然氣和原油的相對流量,對分離器的液面進行控制。這種控制方法不對分離器的壓力進行定值控制,分離器的壓力為天然氣出口處或液體出口處的壓力與天然氣調節閥或液體調節閥前後的壓力差之和。當氣量和液量以及分離器下游壓力變化時,分離器的壓力是變化的,所以這種控制方法為變壓控制。

變壓力液面控制在油氣兩相分離器中的套用

進出油氣分離器的液量和氣量不變時,液面穩定在某一位置上;當進入分離器的液量或氣量發生變化,而使液面上升時,浮子連桿機構將使天然氣調節閥的開口關小,原油調節閥的開口開大,使排氣量減小而排液量增大,直到進出分離器的液量和氣量相等時,液面將重新穩定在一個較原來高的位置上;當進入分離器的液量或氣量發生變化,而使液面下降時,浮子連桿機構將使天然氣調節閥的開口開大,原油調節閥的開口關小,使排氣量增大而排液量減小,直到進出分離器的液量和氣量相等時,液面將重新穩定在一個較原來低的位置上。這樣隨著進入分離器的液量或氣量發生變化,浮子連桿機構帶動調節閥產生相應的動作,從而使液面保持相對穩定。

變壓力液面控制在油氣水三相分離器中的套用

(1)變壓力液面控制在油氣水三相分離中的套用。原油液面的控制與油氣分離器的液面控制相同,油水界面由油水界面控制器操縱的排水閥控制。
(2)變壓力液面控制在油氣水三相分離器中的套用。油池的液面由其液面控制器操縱的原油調節閥和天然氣調節閥控制,水池的液面由其液面控制器操縱的出水調節閥和天然氣調節閥控制。

分離器操作規程

1、運行前認真檢查分離器進出口管線、閥門連線是否正確無誤,檢查各連線螺栓是否緊固;
2、打開天然氣出口閥及原材料進口閥,注意觀察液位指示,應使液位維持在1/2~1/3之間,如有不正常現象,及時調節進出口閥的開啟度,以達到穩定狀態;
3、設備進入穩定運行狀態,注意觀察液位指示,不得低於1/2,如太低,應關小油、水的排出閥,待積液達到規定範圍再開始正常排放;
4、注意觀察分離器的內部溫度、壓力、是否正常,嚴防超溫、超壓運行,定期做好記錄,液面高度應同時作記錄;
5、每半月排除設備內部污物及泥沙一次;
6、壓力表、壓力表閥門、安全閥等非操作人員嚴禁隨意裝拆、開、關等;
7、注意進油溫度變化,防止砂卡、蠟卡、蠟堵和跑油事故發生;
8、分離器停用時,應吹掃容器及管線內液體;
9、定期對設備及其附屬檔案進行維護保養。

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