1. LİNEER PCM KODLAMA

Transkript

1 1. LİNEER PCM KODLAMA 1.1 Amaçlar 4/12 bitlik lineer PCM kodlayıcısı ve kod çözücüsünü incelemek. Kuantalama hatasını incelemek. Kodlama kullanarak ses iletimini gerçekleştirmek. 1.2 Ön Hazırlık 1. Kuantalama hatası nedir? 2. L bitlik bir düzgün (uniform) kuantalayıcının maksimum genlik seviyesi Vmax ve minimum genlik seviyesi Vmin olsun. Kuantalayıcının adım aralığını bulunuz. 1.3 Ön Bilgi Kuantalama: Analog işaretlerin genlikleri genellikle süreklidir. Bu sebeple örneklenen analog işaret kuantalama işlemine tabi tutulur. Kısaca kuantalama, örneklenmiş işaret değerlerinin önceden belirlenmiş sınırlı sayıdaki seviyeden en yakın olana yuvarlanmasıdır. Böylelikle işaretin alabileceği genlik değerleri sınırlandırılır. Örnekleme ve kuantalama işlemlerinden sonra analog işaretler sayısal işaretlere dönüşür. Düzgün ve düzgün olmayan olmak üzere iki çeşit kuantalayıcı mevcuttur. Düzgün kuantalayıcıda, kuantalama seviyeleri eşittir. Düzgün olmayan kuantalayıcılarda ise adım aralıkları değişkendir. Kuantalamada yuvarlamadan kaynaklanan hatalar meydana gelebilir. 1.4 Deneyler Deney 1: Kuantalama gürültüsü 1. Örnekleme frekansını ( SAMPLING ) 8 khz yapın. 2. TP38 den Vpp = 5 V olacak şekilde sinüzoidal bir işaret üreterek TP4 e bağlayın. Ayrıca TP4-TP13, TP14-TP15 ve TP5-TP16 i bağlantılarını yapın. 3. TP15 ve TP17 deki işaretleri inceleyin. Bu işaretlerin genliklerini ve fazlarını PHASE ADJ ve GAIN birimlerini kullanarak aynı yapın. 4. TP18 deki işaret kuantalama hatasını gösterir. Örnekleme frekansını 4 khz yaparak kuantalama hatasının nasıl değiştiğini görüp (TP15 ve TP17 deki işaretleri aynı yapmayı unutmayın)

2 1.4.2 Deney 2: PCM kod çözücüsü 12 bit durumu 5. Örnekleme frekansını 8 khz ve kodlamayı 12 bit yapın. TP13-TP1, TP3-TP4, TP7-TP8 ve TP12-TP36 bağlantılarını yapın. TP4 deki işareti, Vpp = 5 V olacak şekilde ayarlayın. 6. TP4 ve TP37 deki işaretleri karşılaştırın ve LEVEL birimini kullanarak genliklerini eşitleyin. Gözlenen fazlar farklı mıdır? 7. TP4 ve TP12 deki işaretleri 4 bit durumu 8. Kodlamayı 4 bit yaparak ne gibi değişikler oluştuğunu gözlemleyip Deney 3: Ses iletimi 9. Örnekleme frekansını 8 khz, kodlamayı 12 bit yapın. TP3-TP4, TP7-TP8 ve TP12-TP36 bağlantılarını yapın. TP2 ye ve toprağa mikrofonu bağlayın. Alıcı filtrenin çıkışına işe hoparlörü bağlayın (TP37). 10. Değişik örnekleme frekansları ve kodlama durumunda alınan sesi inceleyin ve 2. KODEK 2.1 Amaçlar KODEK içeren bir haberleşme sistemini tanıtmak ve çalışma karakteristiklerini incelemek. A ve µ kuralı uygulanan PCM kodlamasını incelemek. Kanal parametrelerinin değişimiyle göz diyagramlarının değişimini görmek. Kanal ve gürültü değişimiyle ses iletim kalitesinin nasıl değiştiğini incelemek. KODEK Haberleşme Sistemi: KODEK tarafından üretilen PCM işareti, TX filtreden geçirilerek iletilir. Bu işaret alıcı kısma geldiğinde şu işlemlerden geçer: İşaret RX filtre ile filtrelenir. İşaret kuvvetlendirilir ve sonraki katta bir tetikleme devresine girer. Bu devre bir karar devresidir ve iki seviyeli bir çıkış üretir. İşaret RETIMING adı verilen başka bir devreye gelir. Bu devre alınan PCM işaretini RX BIT CLOCK a göre zamanlar. Bu işlem, alınan bitlerin örneklemesi gibi düşünülebilir.

3 TX filtre Hat RX filtre, iletim kanalını oluşturur. Alınan darbelerin miktarı, semboller arası karışım ve göz diyagramı bu setin frekans cevabına ağlıdır. Semboller Arası Karışım: Haberleşme kanalı her bir iletilen sembolü zayıflatır ve zamanda yayar. Sembol alındığında sadece kendi aralığını değil diğer sembollerin aralığını da işgal eder. Bu etkiye, semboller arası karışım denir. Yüksek semboller arası karışım alınan işaretin yanlış sezilmesine yol açar. Semboller arası karışımı önlemek için, örnekleme anlarında, alınan işaretin genliği yalnızca iletilen işarete ait olmalıdır. Sinc fonksiyonu bu şartı sağlar. 2.2 Ön Hazırlık 1. Semboller arası karışımı herhangi bir bit dizisi için çizerek gösterin. 2. A ve µ kuralları nedir? Kullanım amacı nedir? Aralarındaki fark ve benzerlik nedir? Türkiye de hangi kural kullanılmaktadır? 2.3 Deneyler Deney 1: Kodlayıcı ve Kodlama Kuralı 1. Kodek i µ kuralıyla çalışacak şekilde ayarlayın. 2. TP38 den, genliği 2 Vpp ye ayarlanmış işareti TP40 a bağlayın. 3. TP40 ve TP41 deki işaretleri inceleyin. Sinüzoidal işaretin yaklaşık 1,5 periyodu görülecek şekilde ayarlayın. Her bir TX FRAME SYNC (alıcı çerçeve zamanlayıcı) darbesinde kodek; örnekleme, kuantalama ve 8-bit kodlama yaparak veriyi iletir. 4. TP43 deki PCM işaretini inceleyin. Ardışık iki zamanlama darbesi arasında kaç adet PCM biti vardır? Bit dizisi 8 zamanlama darbesinden sonra tekrar etmektedir. Bunun nedenini açıklayınız. A ve µ kuralı: Bu deneyde çok net olmasa da A ve µ sıkıştırma kurallarının farkı basit bir yöntemle görülebilmektedir. Giriş seviyesi 0 iken, A kuralı pratikte 0 ve 1 bitlerinden oluşan bir dizi üretirken; µ kuralı çoğunlukla 1 bitlerinden oluşan bir dizi üretmektedir. 5. Kodeki yine µ kuralıyla çalışacak şekilde ayarlayın ve TP40 ı topraklayın. 6. TP41 ve TP43 ü (PCM çıkışı) osiloskopta inceleyin. 7. Kodeki A kuralında çalıştırarak PCM çıkışını inceleyin. Bu çıkıştaki 1 ve 0 bitlerinin miktarları yukarıda anlatıldığı gibi midir?

4 2.3.2 Deney 2: KODEK Haberleşme Sistemi 8. TP43-TP44, TP45-TP56, TP57-TP46, TP47-TP48, TP51-TP52 bağlantılarını yapın. Kanalın geçirme bandını 100 khz e getirin, zayıflama ve gürültüyü minimum seviyeye alın. 9. TP38 den, genliği 2 Vpp ye ayarlanmış işareti TP40 girişine bağlayın. 10. PCM işaretinin geçiş yolundaki aşağıdaki noktalarda bulunan işaretleri osiloskopta inceleyin. TP43: Kodek NRZ çıkışı TP45: İletim filtresi çıkışı TP57: Hat çıkışı TP47: Alıcı filtre çıkışı TP49: Alıcı kuvvetlendirici çıkışı TP50: Karar 11. Osiloskopu TP53 ile (RX bit clock) senkronize edin ve 5 µs/div e ayarlayın. TP 49 daki işareti inceleyin (göz diyagramı). 12. Kanalın geçirme bandını 32 khz e alın ve göz diyagramındaki değişiklikleri inceleyin. Verici ve alıcı filtreleri çıkarın ve göz diyagramındaki değişimleri 8. adımdaki bağlantıları tekrar yapın. Alınan Analog işaret 13. TP40 ve TP55 deki işaretleri inceleyin. Zamanlama kısmındaki PHASE ADJ. ile çıkış işareti ve giriş işareti aynı olacak şekilde ayar yapın Deney 3: Kanal ve Gürültü Etkisi adımdaki bağlantıları tekrarlayın. 15. TP55 deki göz diyagramını, gürültü ve kanal zayıflamasını arttırarak inceleyin ve 16. Alıcı kısımdaki filtrenin girişindeki ve çıkışındaki işaretleri inceleyin. Alıcı filtrenin işaret-gürültü oranını iyileştirdiğini söyleyebilir miyiz? Neden? Deney 4: Ses İletimi adımdaki bağlantıları tekrarlayın. TP2 ye mikrofonu, TP55 e kulaklığı bağlayın. Filtre kazancını ortalama bir konuma alarak TP3 ü TP40 a bağlayın. 18. Alınan işareti, gürültüyü, zayıflamayı, kanalın geçirme bandını, RX bit CLOCK fazını değiştirerek dinleyin.

5 3. FARK DARBE KOD MODÜLASYONU (DPCM) 3.1 Amaçlar Fark Darbe Kod Modülasyonu kodlayıcısının ve kod çözücüsünün çalışmasını incelemek. İşaret dalga şekillerini incelemek. 3.2 Ön Bilgi DPCM (Differential Pulse Code Modulation - Fark Darbe Kod Modülasyonu) kodlayıcı sisteminde geçmiş örnek değerleri kullanılarak mevcut örnek değerleri için bir tahmin yapılmaktadır. Hem verici hem de alıcı tarafında bir tahmin edici ile gerçekleştirilen bu tahmin sonucunda, verici tahmin değeri ile gerçek değer arasındaki farkı iletmekte, alıcı da aldığı farkı yapılan tahmine ekleyerek bilgi işareti değerini geri oluşturmaktadır. Gerçekçi bir tahmin sayesinde tahmin edilen değer ile işaretin gerçek değeri arasındaki fark çok küçük olacağı için iletilen veri işaretinde bir sıkıştırma sağlanmaktadır. Şekil 3.1 de gösterilen DPCM modülatör ve demodülatör devrelerinde tahmin edici P, geçmiş örnek değerlerine göre mevcut değer için Pn tahmini yapmaktadır. x n p n - dx n Q dx qn p n kanal p n P Tahmin Edici x n P Tahmin Edici Şekil 3.1 DPCM modülatör ve demodülatör devreleri. 3.3 Ön Hazırlık 1. DPCM tasarımındaki tahmin edicinin ve kuantalayıcının özelliklerini açıklayınız? 2. DPCM in PCM e göre avantajları ve dezavantajları nelerdir? 3. ADPCM in çalışmasını kısaca açıklayınız? 3.4 Deneyler Deney 1: DPCM Kodlayıcı 1. Örnekleme frekansını 8 khz yapın.

6 2. TP39 dan 2Vpp testere dişi işareti ayarlayıp TP19 a uygulayın. 3. Osiloskopun birinci probunu TP19 a bağlayın ve osiloskobun ikinci probunu sırasıyla TP20, TP21, TP23 ve TP24 e, TP25 e de bağlayın. Gördüğünüz işaretleri 4. TP19, TP22, TP27 ve TP26 daki işaretleri Deney 2: DPCM Kod Çözücü 5. TP27-TP28 ve TP35-TP36 bağlantılarını yapın. 6. TP39 dan aldığınız 2Vpp testere dişi işaretini TP19 a uygulayın. 7. Osiloskopun birinci probunu TP19 a bağlayın ve ikinci probunu da sırasıyla TP30, TP32, TP34, TP35 ve TP37 ye bağlayarak gördüğünüz işaretleri Deney 3: Ses İletimi 8. İletim hattını 100 khz e ayarlayın. TP27-TP56, TP57-TP28 bağlantılarını yapın. 9. Mikrofonu TP2 ye, kulaklığı TP37 a bağlayın ve TX FILTER LEVEL seviyesini orta seviyeye getirin. TP3-TP19 bağlantısını yapın. 10. Hat zayıflamasını ve gürültüyü değiştirerek alınan işareti dinleyin ve