FIRAT ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY FÖYLERİ

Transkript

1 FIRAT ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY FÖYLERİ Sorumlu Öğretim Üyesi Yrd.Doç.Dr. Ayhan AKBAL SIRA DENEY DENEY ADI DENEY SORUMLUSU 1 DENEY 1 AM MODÜLATÖR DEMODÜLATÖR ARAŞ. GÖR. DUYGU GÜR 2 DENEY 2 FM MODÜLATÖR DEMODÜLATÖR ARAŞ.GÖR. MEHMET SÖNMEZ 3 DENEY 3 DARBE KOD MODÜLASYONU (PCM) YRD.DOÇ.DR. MUSTAFA TÜRK 4 DENEY 4 ALCATEL VOIP UYGULAMALARI YRD.DOÇ.DR. AYHAN AKBAL 5 DENEY 5 RADYO FREKANS HABERLEŞMESİ ARAŞ. GÖR. MERVE YILDIRIM 6 DENEY 6 SPEKTRUM ANALİZÖR ARAŞ. GÖR. MELİKE ESEN 7 DENEY 7 DARBE GENİŞLİK MODULATÖR DEMODÜLATÖR (PWM) ARAŞ.GÖR. MUSAB COŞKUN 8 DENEY 8 ANALOG SAYISAL, SAYISAL ANALOG DÖNÜŞTÜRÜCÜLER YRD.DOÇ.DR. AYHAN AKBAL E L A Z I Ğ

2 ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ HABERLEŞME LABORATUVARINDA UYULACAK KURALLAR KURALLAR 1. Öğrenciler, deneylerin %80 ine devam etmek zorundadır. 2. Öğrenciler deneye gelirken deney föylerini ve hesap makinelerini getirmek zorundadır. 3. Öğrenciler, bölüm web sayfasındaki güncellenmiş deney föylerinden sorumludurlar Öğrenciler deney başlangıcında sözlü veya yazılı bir sınava tabi tutulur Zamanında teslim edilmeyen raporlar değerlendirilmeye alınmaz. 8. Ara sınav notu şöyle belirlenir: 9. Öğrenciler deneylerin başlama saatinde laboratuvarda bulunmalıdır. Geçerli bir mazereti nedeniyle geç kalan öğrenciler, deneylere katılabilmek için Laboratuvar Sorumlusu Öğretim üyesinden izin almak zorundadır. Öğrenciler deney sonrasında bir rapor hazırlar. Bir hafta sonra teslim edilecek raporlar, grup adına bir öğrenci tarafından hazırlanmış olarak bir tek rapor halinde istenecektir. Rapor Notu tüm grup elemanlarının rapor notu olacaktır. a) Deney başlangıcındaki sınav notu b) Öğrencinin deney sürecine katılımı ve performansı c) Deney raporundan alınan not : %35 : %35 : %30 Öğrencilerin, herhangi bir sağlık problemi yoksa deney esnasında oturmaları ve deney masasından ayrılmaları yasaktır. 10. Genel sınavın yapılışı: 11. Laboratuvarın genel ve bütünleme sınavları yazılı toplu halde sınıfta, yapılacaktır. Yrd.Doç.Dr.Ayhan AKBAL

3 SIRA DENEY DENEY ADI DENEY SORUMLUSU 1 DENEY 1 AM MODÜLATÖR DEMODÜLATÖR ARAŞ. GÖR. DUYGU GÜR 2 DENEY 2 FM MODÜLATÖR DEMODÜLATÖR ARAŞ.GÖR. MEHMET SÖNMEZ 3 DENEY 3 DARBE KOD MODÜLASYONU (PCM) YRD.DOÇ.DR. MUSTAFA TÜRK 4 DENEY 4 ALCATEL VOIP UYGULAMALARI YRD.DOÇ.DR. AYHAN AKBAL 5 DENEY 5 RADYO FREKANS HABERLEŞMESİ ARAŞ. GÖR. MERVE YILDIRIM 6 DENEY 6 SPEKTRUM ANALİZÖR ARAŞ. GÖR. MELİKE ESEN 7 DENEY 7 DARBE GENİŞLİK MODULATÖR DEMODÜLATÖR (PWM) ARAŞ.GÖR. MUSAB COŞKUN 8 DENEY 8 ANALOG SAYISAL, SAYISAL ANALOG DÖNÜŞTÜRÜCÜLER YRD.DOÇ.DR. AYHAN AKBAL NOT: DENEY 8 TÜM DENEYLER TAMAMLANDIKTAN SONRA 2 HAFTA KABLOSUZ HABERLEŞME İLE İLGİLİ TEORİK DERS YAPILDIKTAN SONRA TÜM ÖĞRENCİLER İLE BİRLİKTE YAPILACAKTIR.

4 HABERLŞEME LABORATUVARI I. ÖĞRETİM DENEY PROGRAMI SIRA OKUL NU ADI SOYADI TARİH YOKLAMA NOT GRUP MUSTAFA TÜZÜN İMGE ÖZCE OĞUZ KARA A1 DENEY1 DENEY2 DENEY3 DENEY4 DENEY5 DENEY6 DENEY ERDİ ÜNVERDİ GÜLAY ESMEZ ERKAN YILDIRIM MURAT İLKAY ERGENE AYŞENUR KARAŞAN A2 DENEY2 DENEY3 DENEY4 DENEY5 DENEY6 DENEY7 DENEY SERHAT GÜL BERNA ÖKDEM CEM EKİM HAKAN BAHAR ALPEREN FIRAT A3 DENEY3 DENEY4 DENEY5 DENEY6 DENEY7 DENEY1 DENEY MAHMUT HAYME ESRA BULANIK BEYZA YILDIRIM KADİR ATA SEÇİL AKSOY A4 DENEY4 DENEY5 DENEY6 DENEY7 DENEY1 DENEY2 DENEY MURAT ÇELİK HÜSEYİN EVCİL ENGİN AK MURAT YILDIZ MUHAMMET CAM A5 DENEY5 DENEY6 DENEY7 DENEY1 DENEY2 DENEY3 DENEY MUTLU YAZICI SİNAN ÖZCANLI ALİ ANUK BURHAN KILINÇ ERHAN GEÇMEN A6 DENEY6 DENEY7 DENEY1 DENEY2 DENEY3 DENEY4 DENEY TURGUT BÜTÜNER FATİH ÖZCAN İBRAHİM POLAT FATİH COŞKUN A7 DENEY7 DENEY1 DENEY2 DENEY3 DENEY4 DENEY5 DENEY HÜSEYİN KELEŞ

5 HABERLŞEME LABORATUVARI II. ÖĞRETİM DENEY PROGRAMI SIRA OKUL NU ADI SOYADI TARİH YOKLAMA NOT GRUP BUĞRA YEŞİL GÖKÇEHAN KARAHAN M.AKİF ÖZER B1 DENEY 1 DENEY2 DENEY 3 DENEY 4 DENEY 5 DENEY 6 DENEY UĞUR DOĞAN ŞAKİR KARAKOYUN DOĞUKAN ASLAN SİNAN BOZKURT B2 DENEY 2 DENEY 3 DENEY 4 DENEY 5 DENEY 6 DENEY 7 DENEY BURAK BİRCAN BURAK BİRCAN NESRİN GÖK EMRE YILDIZ B3 DENEY 3 DENEY 4 DENEY 5 DENEY 6 DENEY 7 DENEY 2 DENEY SELAHATTİN ÇELİK AHMET EPENEKÇİ İKLİM ÇENE B4 DENEY 4 DENEY 5 DENEY 6 DENEY 7 DENEY1 DENEY 2 DENEY KAZIM ÇİFTÇİ MUHAMMED TURAN FUNDA TOPÇUOĞLU B5 DENEY 5 DENEY 6 DENEY 7 DENEY 1 DENEY 2 DENEY 3 DENEY HALİL İBRAHİM URAL AYBARS MAHMAT FATİH ELMAS VURAL TAN B6 DENEY 6 DENEY 7 DENEY 1 DENEY 2 DENEY 3 DENEY 4 DENEY TURAN YILDIZ FIRAT YANGÖZOĞLU BURAK OYLUDAĞ BÜNYAMİN AKSAÇ B7 DENEY 7 DENEY 1 DENEY 2 DENEY 3 DENEY 4 DENEY 5 DENEY MUSTAFA EMİR SADE

6 3.1 AMAÇ 1. Genlik Modülasyonun(AM) prensibinin anlaşılması. 2. AM işaretinin frekans spektrumu ve dalga şeklinin(waveform) anlaşılması. Modülasyon yüzdesinin hesaplanması. 3. MC1496 kullanarak bir genlik modülatörü tasarlanması. 4. Bir genlik modülatör devresinin ayarlanması ve ölçülmesi. 3.2 TEMEL KAVRAMLARIN İNCELENMESİ Modülasyon, düşük frekanstaki bilgi taşıyan işaretin yüksek frekanstaki taşıyıcı işarete bindirme işlemidir. Genlik modülasyonu (AM), yüksek frekans taşıyıcı işaretin, düşük frekanstaki modüle edilecek işaret(genellikle ses işareti) tarafından modüle edilmesi işlemidir. Genlik modülasyonunda, Fig. 3-1 de gösterildiği gibi taşıyıcı genlik, modüle edilecek işaretin(modulating signal) genliğine göre değişir. Eğer ses işareti Am cos( 2π f mt), taşıyıcı işaret de Ac cos( 2π f ct) ise genlik modülasyonlu işaret şu şekilde ifade edilebilir : X AM [ A + A cos(2πf t) ] A cos(2πf ) ( t) = t DC m m c c = A DC [ 1+ mcos(2πf t) ] A cos(2πf t) m c c [ 1+ mcos(2πf t) ] cos(2πf t) = A A (3-1) DC c m A DC = DC seviye A m =Ses işaret genliği A c =Taşıyıcı işaret genliği f m =Ses frekansı f c =Taşıyıcı frekans m=modülasyon indeksi ve ya modülasyon derinliği = A m / A DC c 3-1

7 Modulating signal Carrier signal Emax Emin Amplitude-modulated signal Fig. 3-1 Genlik modülasyonu dalga şekilleri(waveforms) Modulating signal : Modüle edilecek işaret Carrier Signal : Taşıyıcı işaret Amplitude-modulated signal : AM işareti (3-1) denklemini açarak tekrar yazalım, 1 X AM ( f ) = ADC Ac m c m π c m) 2 { cos[ 2π ( f + f ) t] + cos[ 2 ( f f t] } + ADC Ac cos( 2π f ct) (3-2) (3-2) denkleminin sağ tarafındaki ilk terim çift yan band işaretini göstermektedir. İkinci terim ise taşıyıcı işareti göstermektedir. (3-2) denklemine göre, AM modülasyonlu işaretin spektrumunu Fig. 3-2 de gösterildiği gibi çizebiliriz. AM iletiminde, taşıyıcı frekansı ve genliği daima sabit kalır. Yan bandlar ise frekans ve genlikte sabit olarak değişir. Bu nedenle taşıyıcı, taşıyıcı işareti değişmediğinden dolayı herhangi bir mesaj yada bilgi taşımaz. Bu, taşıyıcı gücünün bir AM işaretinin iletimi esnasında harcandığı anlamına gelmektedir. Bu nedenle, genlik modülasyonun iletim verimi çift yan band bastırılmış taşıyıcı modülasyonun(dsb-sc) iletim veriminden daha düşüktür. Ancak buna karşın genlik demodülatörü daha basittir. 3-2

8 X( f ) ( V ) A DC A c 0.5mA DC A c 0.5mA DC A c f c - f m fc f c + fm f ( Hz ) Fig. 3-2 AM işaretinin spektrumu (3-1) denklemindeki m, modülasyon indeksi yada modülasyon derinliği olarak bilinmektedir ve önemli bir parametredir. m, bir yüzdelik ifade olduğu zaman, bu modülasyona genellikle yüzde modülasyonu da denilmektedir. Mod eedilecek Isaretin Genligi Am m = 100% = 100% (3-3) DC Seviye A DC Pratik bir devrede A DC değerinin ölçmek zordur bu nedenle modülasyon indeksi şu şekilde hesaplanır : Emax Emin m = 100% (3-4) E + E max min Fig. 3-1 de gösterildiği gibi, E max =A c +A m ve E min = A c -A m dir. Yukarıda bahsedildiği gibi, ses işareti yan bandlar içerir ve bu nedenle yan band işaretleri ne kadar büyük ise iletim verimi de o kadar iyidir. (3-2) denkleminden ayrıca modülasyon indeksi ne kadar büyük ise yan band işaretleri de o kadar büyük ve iletim veriminin de o kadar iyi olacağı çıkarılabilir. Pratikte, modülasyon indeksi 1 den küçük yada 1 e eşittir. Eğer m>1 ise, buna modülasyon fazlası(over modulation) denir. 3-3

9 Tablo 3-1 Farklı giriş frekans koşulları altında farklı dengeli modülatör çıkışları arasında bir karşılaştırma. Taşıyıcı Girişi Ses Girişi Dengeli Modülatör Çıkışı Devre Karakteristiği f c f c 2f c Frekans İkiye Çarpıcı(Doubler) f c f c f c, f c +f m, f c -f m AM f c f c f c +f m, f c -f m DSB-SC Aşağıdaki deneylerde, MC1496 monolithic balanced modülatör kullanılarak bir AM modülatörü gerçekleştirilecektir. Farklı giriş işaret frekanslarına göre, MC1496 bir frekans çarpıcı olarak, bir AM modülatörü olarak yada bir çift yan band bastırılmış taşıyıcı(dsb-sc) modülatörü olarak kullanılabilir. Tablo 3-1, farklı giriş işaretleri, çıkış işaretleri ve devre karakteristiklerini topluca göstermektedir. Fig. 3-3, MC1496 nın iç yapısını göstermektedir. Q 5 ve Q 6 fark kuvvetlendiricisi, Q 1 Q 2 ve Q 3 Q 4 fark kuvvetlendiricilerini sürmek için kullanılmaktadır. Sabit akım kaynağı Q 7 ve Q 8, Q 5 ve Q 6 fark kuvvetlendiricisine sabit bir akım sağlamaktadır. MC1496 nın toplam kazancı, 2 ve 3 pinleri arasına dışarıdan bağlanan bir direnç ile kontrol edilebilir. AM modülasyonu için, modüle edilecek işaret 1 ve 4 pinlerine, taşıyıcı işaret ise 8 ve 10 pinlerine uygulanmalıdır. 5. pine sağlanacak besleme akımı, genellikle bu pin ile güç kaynağı arasına bir direnç bağlanarak sağlanır. 3-4

10 Q1 Q2 Q3 Q4 (12) - + (6) Output (10) Carrier - input + (8) (4) - Modulating input + (1) Bias adjust (5) (14) -V Q5 Q6 Q7 Q8 D1 R2 R R (2) (3) Gain adjust Fig. 3-3 MC1496 iç yapısı Fig. 3-4 bir AM modülatör devresini göstermektedir. Bu devrede taşıyıcı ve ses işaretleri tek hatlı girişlerle(single-ended inputs) devreye girmektedirler. Taşıyıcı işareti 10. pine, ses işareti ise 1. pine girmektedir. Tüm devrenin kazancı R 8 direnci ile belirlenmektedir. R 9 direnci ise besleme akım miktarını belirlemektedir. VR1 reostasının değeri ayarlanarak yada ses işaretinin genliği değiştirilerek modülasyon yüzdesi değiştirilebilir. Carrier input Audio input C 1 0.1uF C2 0.1uF R 1K R 1K 3 7 C 3 0.1uF R 8 1K R MC R 10 R K 3.9K C4 0.1uF +12V AM output R 1 R 2 R 5 R 6 10K 10K R 9 6.8K VR 1 50K -5V Fig. 3-4 MC1496 kullanılarak genlik modülatörü. 3-5

11 3.3 GEREKLİ EKİPMANLAR 1. KL Modülü 2. KL Modülü 3. Osiloskop 4. Spektrum Analizör 5. RF üreteci 3.4 DENEYLER VE KAYITLAR Deney 3-1 Genlik Modülatörü 1. KL modülü üzerine AM modülatör devresini yerleştirin. R 8 =1kΩ ve R 9 =6.8kΩ olarak ayarlamak için J1 ve J3 e bağlantı konnektörlerini bağlayınız. 2. Ses girişine(i/p2) 250mVp-p, 1kHz lik sinüs işareti, taşıyıcı girişine(i/p1) ise 250mVp-p, 100kHz lik sinüs işareti bağlayınız. 3. Osiloskopun dikey girişini AM çıkışına(o/p) bağlayınız. Çıkış dalga şeklini gözlemleyin ve modülasyon indeksi %50 olacak şekilde VR1 reostasını ayarlayın. Sonuçları Tablo 3-2 ye kaydedin. 4. Spektrum analizör kullanarak çıkış işaret spektrumunu gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-2 ye kaydedin. 5. Yukarıdaki sonuçları ve (3-4) denklemini kullanarak çıkış işaretinin modülasyon yüzdesini(percentage modulation) hesaplayın ve Tablo 3-2 ye kaydedin. 6. Osiloskop kullanarak, ses işaret genliği 200mVp-p ve 150mVp-p için çıkış işaretlerini gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-2 ye kaydedin. 7. Dördüncü ve beşinci adımları tekrar ediniz. 8. Girişe(I/P2) 150mVp-p, 1kHz lik sinüs işareti, taşıyıcı girişine(i/p1) ise 100mVp-p, 100kHz lik sinüs işareti bağlayınız. 9. Osiloskop kullanarak, çıkış terminalindeki(o/p) AM işaretini gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-3 e kaydediniz. 10. Spektrum analizör kullanarak çıkış işaret spektrumunu gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-3 e kaydedin. 3-6

12 11. Yukarıdaki sonuçları ve (3-4) denklemini kullanarak çıkış işaretinin modülasyon yüzdesini hesaplayın ve sonuçları Tablo 3-3 e kaydedin dan 11 e kadar olan adımları, taşıyıcı genlikleri 200mVp-p ve 300mVp-p için tekrarlayın. 13. Ses girişine(i/p2) 150mVp-p, 3kHz lik sinüs işareti, taşıyıcı girişine(i/p1) ise 250mVp-p, 100kHz lik sinüs işareti bağlayınız. 14. Osiloskop kullanarak, çıkış terminalindeki(o/p) modüle edilmiş işareti gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-4 e kaydedin. 15. Spektrum analizör kullanarak çıkış işaret spektrumunu gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-4 e kaydedin. 16. Yukarıdaki sonuçları ve (3-4) denklemini kullanarak çıkış işaretinin modülasyon yüzdesini hesaplayın ve sonuçları Tablo 3-4 e kaydedin den 16 ya kadar olan adımları, ses frekansları 2kHz ve 1kHz için tekrarlayın. 18. Ses girişine(i/p2) 150mVp-p, 2kHz lik sinüs işareti, taşıyıcı girişine(i/p1) ise 250mVp-p, 500kHz lik sinüs işareti bağlayınız. 19. Osiloskop kullanarak, çıkış terminalindeki(o/p) modüle edilmiş işareti gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-5 e kaydedin. 20. Spektrum analizör kullanarak çıkış işaret spektrumunu gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-5 e kaydedin. 21. Yukarıdaki sonuçları ve (3-4) denklemini kullanarak çıkış işaretinin modülasyon yüzdesini hesaplayın ve sonuçları Tablo 3-5 e kaydedin dan 21 e kadar olan adımları, taşıyıcı frekansları 1MHz ve 2MHz için tekrarlayın. 3-7

13 Tablo 3-2 (V c =250mVp-p, f c = 100kHz, f m =1 khz) Ses İşaret Çıkış Dalga Şekli Genliği Çıkış İşaret Spektrumu Modülasyon Yüzdesi 250 mvp-p E max = E min = 200 mvp-p E max = E min = 150 mvp-p E max = E min = 3-8

14 Tablo 3-3 (V m =150mVp-p, f c = 100kHz, f m =1 khz) Taşıyıcı İşaret Çıkış Dalga Şekli Genliği Çıkış İşaret Spektrumu Modülasyon Yüzdesi 100 mvp-p E max = E min = 200 mvp-p E max = E min = 300 mvp-p E max = E min = 3-9

15 Tablo 3-4 (V c =250mVp-p, V m =150mVp-p, f c = 100kHz) Ses İşaret Çıkış İşaret Çıkış Dalga Şekli Frekansı Spektrumu Modülasyon Yüzdesi 3 khz E max = E min = 2 khz E max = E min = 1 khz E max = E min = 3-10

16 Tablo 3-5 (V c =250mVp-p, V m =150mVp-p, f m = 2 khz) Taşıyıcı Çıkış İşaret İşaret Çıkış Dalga Şekli Spektrumu Frekansı Modülasyon Yüzdesi 500 khz E max = E min = 1 MHz E max = E min = 2 MHz E max = E min = 3.5 SORULAR 1. Fig. 3-4 de, eğer R 8 in değerini 1kΩ dan 2kΩ a değiştirirsek, AM çıkış işaretinin değişimi ne olur? 2. Fig. 3-4 de, eğer R 9 un değerini 6.8kΩ dan 10kΩ a değiştirirsek, MC1496 nın DC besleme akım değişimi ne olur? 3. m=%50 ise E max / E min oranını belirleyiniz. 4. VR1 in görevi nedir? 3-11

17 4.1 AMAÇ 1. Genlik demodülasyonunun prensibini anlama. 2. Diyot ile bir genlik modülatörü gerçekleştirme. 3. Çarpım detektörü ile bir genlik demodülatörü gerçekleştirme. 4.2 TEMEL KAVRAMLARIN İNCELENMESİ Demodülasyon işlemi, modülasyon işleminin sadece tersidir. AM Mod de belirtildiği gibi, AM işareti, yüksek frekans taşıyıcı genliği, iletilmek istenen düşük frekanstaki ses işaretinin genliğine göre değişen modüle edilmiş bir işarettir. Alıcı bloğunda ses işaretini tekrar elde etmek için ses işaretini AM işaretinden çıkarmak gerekmektedir. Modüle edilmiş işaretten bilgi işaretini(ses, vb.) çıkarma işlemine demodülasyon yada deteksiyon adı verilmektedir. Bu işlem Fig. 4-1 de gösterilmiştir. Genellikle, detektörler iki guruba göre sınıflandırılırlar: senkron yada asenkron detektörler. Bölümün kalan kısımlarında bu iki gurup incelenecektir. Amplitude Demodulator AM Signal Audio Signal Fig. 4-1 Genlik demodülasyonunun gösterimi. Diyot Detektörü AM modüleli işaret, taşıyıcı genliği ses işaret genliğine göre değişen bir işaret olduğundan dolayı orijinal işareti AM işaretinden çıkarmak için bir demodülatör kullanılır. Rectifier Low-pass Filter Removing DC AM signal Audio signal Fig. 4-2 Doğrultuculu bir demodülatörün blok diyagramı 4-1

18 Fig. 4-2 de diyot detektörün blok diyagramı gösterilmiştir. Yapı, tipik bir asenkron detektördür. Hem pozitif hem de negatif yarım periyottaki AM modüleli zarf eğrisi doğrultucu girişine uygulanır. Doğrultucu çıkış işareti, pozitif yarım periyottaki zarf eğrisi ve bir DC seviyedir. Doğrultucunun çıkış işareti bir alçak geçiren filtreye girmektedir ve bu filtrenin çıkışı orijinal modüle edilmiş işaret ve bir DC seviyedir. Bu DC seviye kaldırıldıktan sonra orijinal işaret edilmiş olunur. Fig. 4-3 pratik bir diyot detektör devresini göstermektedir. R 1, R 2, R 3, R 4, U 1 ve U 2 elemanları birbirine kaskat bağlanmış iki evirici kuvvetlendiriciyi oluşturmaktadırlar. Bu kuvvetlendirici bloğu AM işareti için gerekli kazancı sağlamaktadır. AM işareti D 1 diyotu tarafından doğrultulduktan sonra C 2, C 3 ve R 5 dirençlerinden oluşan alçak geçiren filtreye girmektedir. Alçak geçiren filtrenin çıkış işareti pozitif bölgede bir zarf işareti ve bir DC seviyedir. C 4 kapasitesi, DC bileşenlerin süzülmesini sağlarken AC bileşenlerinde geçmesini sağlamaktadır. R 2 22k R 4 22k AM signal input R 1 1k V C 1-12 V 0.1u +12 V R 3 1k D 1 1N4004 R - 5 1k V 0.1u C 2 C u 0.01u C 4 0.1u R 6 4.7k Demodulated output U 1 A741 µ U 2 µa741 Amplifier Diode detector Fig. 4-3 Diyot detektör devresi 4-2 Çarpım Detektörü AM işareti için demodülasyon daha öncede bahsedildiği gibi dengeli modülatör(balanced modulator) ile de gerçekleştirilebilir. Bu tür demodülatörlere senkron demodülatörler yada çarpım detektörleride denilmektedir. Fig. 4-4, dengeli modülatör olan MC1496 nın iç devresini göstermektedir. Daha detaylı bilgi için Bölüm 3 e bakınız. Eğer x AM (t) AM işaretini, x c (t) de taşıyıcı işareti gösteriyorsa aşağıdaki denklemleri yazabiliriz; 4-2

19 x AM [ 1+ mcos(2πf t) ][ V cos(2πf )] ( t) = V t (4-1) DC m c x ( t) = V cos(2πf t) (4-2) c c c c Eğer bu iki işaret dengeli demodülatörün girişlerine bağlanırsa, dengeli demodülatörün çıkışı şu şekilde olacaktır; x ( t) = kx ( t) x ( t) out c = kv DC V 2 c AM 2 [ 1+ mcos( 2πf t) ] cos (2πf t) m c = 2 2 kvdcvc kvdcvc + mcos(2πf mt) kvdcvc + [ 1+ mcos(2πf mt) ] cos[ 2(2πf ct) ] (4-3) 2 k, dengeli modülatörün kazancıdır. (4-3) denkleminin sağ tarafındaki ilk terim DC seviyeyi, ikinci terim orijinal işareti ve üçüncü terim ise ikinci dereceden harmonik işareti göstermektedir. Orijinal işaretin tekrar elde edilmesi için, x out (t) AM işareti içerisinden çekilmesi gerekmektedir. Q1 Q2 Q 3 Q4 (12) (6) Output (10) Carrier input (8) (4) Modulating input (1) Bias adjust (5) (14) -V Q Q 5 6 Q7 Q 8 D1 R 2 R R (2) Gain adjust (3) Fig. 4-4 MC1496 iç devresi Fig. 4-5, çarpım detektör devresini göstermektedir. VR1 reostası, taşıyıcı işaretin giriş seviyesini kontrol etmektedir. MC1496 entegresinin 12. pininden alınan çıkış işareti (4-3) denklemi ile ifade edilmektedir. C 7, C 9 ve R 9 elemanlarının oluşturduğu alçak geçiren filtre AM modüleli işaretteki 4-3

20 ikinci dereceden harmoniği yani (4-3) denkleminin üçüncü terimini kaldırmak için kullanılmaktadır. (4-3) denklemindeki ilk terim olan DC seviye C 10 kapasitesi tarafından bloke edilmektedir. Genlik demodülasyonlu çıkış işareti şu şekildedir; x out 2 kvdcvc ( t) = mcos(2πf mt) (4-4) 2 (4-4) denklemi ses işaretini göstermektedir. Diğer bir deyişle, çarpım detektörü ses işaretini AM işaretinden çıkarmıştır. Yukarıda bahsedilenlerden şu sonucu çıkarabiliriz; diyot detektörü asenkron bir detektördür ve devresi basit olmasına karşın kalitesi kötüdür. Çarpım detektörü senkron bir detektördür. Çarpım detektörünün kalitesi mükemmeldir ancak devre yapısı daha karmaşıktır. Ayrıca taşıyıcı işaret ile AM işareti birbirlerine tam olarak senkronize olmalıdır. R 2 1k R 4 2k C1 0.1u Carrier input VR 1 100k R 1 1k C 2 0.1u C 4 0.1u R 3 1k R R 7 2k R 8 2k C 8 0.1u +12V AM input C 3 0.1u 1 U 1 MC1496 R 6 10k VR 2 100k R 9 1k C u + C 5 0.1u 4 5 C 6 2.2u + C p C9 1000p Demodulated output Fig. 4-5 Çarpım detektör devresi 4.3 GEREKLİ EKİPMANLAR 1. KL Modülü 2. KL Modülü 3. Osiloskop 4. RF Üreteci 4-4

21 4.4 DENEYLER VE KAYITLAR Deney 4-1 Diyot Detektörü 1. Bu deneydeki AM işaret kaynağı, Bölüm 3 de gerçekleştirilen AM modülatör çıkışından alınmaktadır.(fig. 3-4 devresi) 2. AM modülatörü girişine, taşıyıcı işaret olarak 250mVp-p genlikli 200kHz frekanslı sinüs işareti, ses işareti olarak da 150mVp-p genlikli 3kHz lik sinüs işareti uygulayınız. 3. AM modülatörünün VR1 reostasını, AM çıkış işaret genliği maksimum olacak şekilde ayarlayınız. 4. AM çıkış işaretini diyot detektörünün girişine(i/p) bağlayınız. 5. Osiloskopun dikey girişini DC ye ayarlayın ve kuvvetlendiricinin ve diyot detektörünün çıkış dalga şekillerini gözlemleyiniz. Sonuçları Tablo 4-1 e kaydediniz. 6. Ses frekanslarını 2kHz ve 1kHz olarak değiştirip 5. adımı tekrarlayınız. 7. Taşıyıcı işaretini 250mVp-p, 300kHz lik sinüs dalgası ve ses işaretini de 250mVp-p, 3kHz lik sinüs dalgası olarak ayarlayınız. 8. AM modülatörünün VR1 reostasını, AM çıkış işaret genliği maksimum olacak şekilde ayarlayınız. 9. Osiloskopun dikey girişini DC ye ayarlayın ve kuvvetlendiricinin ve diyot detektörünün çıkış dalga şekillerini gözlemleyiniz. Sonuçları Tablo 4-2 ye kaydediniz. 10. Ses frekanslarını 2kHz ve 1kHz olarak değiştirip 9. adımı tekrarlayınız. Deney 4-2 Çarpım Detektörü 1. Bu deneydeki AM işaret kaynağı, Bölüm 3 de gerçekleştirilen AM modülatör çıkışından alınmaktadır.(fig. 3-4 devresi) 4-5

22 2. AM modülatörü girişine, taşıyıcı işaret olarak 250mVp-p genlikli 500kHz frekanslı sinüs işareti, ses işareti olarak da 150mVp-p genlikli 3kHz lik sinüs işareti uygulayınız. 3. AM modülatörünün VR1 reostasını, modülasyon yüzdesi %50 olacak şekilde ayarlayınız. 4. AM modülatörünün çıkış işaretini, çarpım detektörünün AM işaret girişine(i/p2), AM modülatörün taşıyıcı işaretini de detektörün taşıyıcı girişine(i/p1) bağlayınız. Çarpım detektörü KL modülünün altında yer almaktadır. 5. Osiloskopun dikey girişini DC ye ayarlayın ve çarpım detektörünün çıkış dalga şekillerini gözlemleyiniz. Sonuçları Tablo 4-3 e kaydediniz. 6. Ses frekanslarını 2kHz ve 1kHz olarak değiştirip 5. adımı tekrarlayınız. 7. Taşıyıcı işaretini 250mVp-p, 1MHz lik sinüs dalgası ve ses işaretini de 150mVp-p, 2kHz lik sinüs dalgası olarak ayarlayınız. 8. AM modülatörünün VR1 reostasını, modülasyon yüzdesi %50 olacak şekilde ayarlayınız. 9. Osiloskopun dikey girişini DC ye ayarlayın ve çarpım detektörünün çıkış dalga şekillerini gözlemleyiniz. Sonuçları Tablo 4-4 e kaydediniz. 10. Taşıyıcı frekanslarını 1.5MHz ve 2MHz olarak değiştirip 9. adımı tekrarlayınız. 4-6

23 Tablo 4-1 (V c =250mVp-p, V m =150mVp-p, f c =200kHz) Ses Frekansı Giriş Dalga Şekli Detektör Çıkış Dalga Şekli 3 khz 2 khz 1 khz 4-7

24 Tablo 4-2 (V c =250mVp-p, V m =250mVp-p, f c =300kHz) Taşıyıcı Frekansı Giriş Dalga Şekli Detektör Çıkış Dalga Şekli 3 khz 2 khz 1 khz 4-8

25 Tablo 4-3 (V c =250mVp-p, V m =150mVp-p, f c =500kHz, m=50%) Ses Frekansı Giriş Dalga Şekli Detektör Çıkış Dalga Şekli 3 khz 2 khz 1 khz 4-9

26 Tablo 4-4 (V c =250mVp-p, V m =150mVp-p, f m =2kHz, m=50%) Taşıyıcı Frekansı Giriş Dalga Şekli Detektör Çıkış Dalga Şekli 1 MHz 1.5 MHz 2 MHz 4-10

27 4.5 SORULAR 1. Fig. 4-3 diyot detektör devresinde, eğer µa741 işlemsel kuvvetlendiricisi ihmal edilirse çıkış işaret ne olur? 2. Fig. 4-5 çarpım detektör devresinde, taşıyıcı işaret ve AM işareti eğer asenkron ise çıkış işareti ne olur? 3. Fig. 4-5 deki R 9, C 7 yada C 9 un görevi nedir? 4. Fig. 4-5 deki VR 1 yada VR 2 nin görevi nedir? 5. Fig. 4-5 deki R 5 yada R 6 nın görevi nedir? 4-11

28 7.1 AMAÇ 1. Varaktör diyotun karakteristiğinin ve çalışma prensibinin incelenmesi 2. Gerilim kontrollü osilatörün(vco) çalışma prensibinin anlaşılması. 3. Gerilim kontrollü osilatör ile bir frekans modülatörünün gerçekleştirilmesi. 7.2 TEMEL KAVRAMLARIN İNCELENMESİ Frekans Modülasyonun Çalışma Prensibi Frekans modülasyonu(fm), taşıyıcı frekansın modüle edilecek işaretin genliğine göre değişmesi prensibidir. FM işareti aşağıdaki denklem ile ifade edilebilir; x FM t ( t) = Ac cosθ ( t) = Ac cos 2πf ct + 2πf x( λ) dλ (7-1) Eğer x ( λ) = A m cos(2πf λ) ise, x FM m f Am ( t) = Ac cos 2π f ct + sin(2πf mt) f m [ 2π f t + β sin(2πf t) ] = A cos (7-2) c θ(t) = Anlık Modülasyon Frekansı f c = Taşıyıcı Frekansı f m = Modülasyon Frekansı β = Modülasyon İndeksi = f / f ) x FM c m Am ( m (t), FM işaretinin frekansı şu şekilde ifade edilebilir; f = 1 2π d dt θ ( t) = 1 2π d dt [ 2πf t + β sin(2πf t) ] c m = f f β cos( 2πf t) (7-3) c m m (7-3) denkleminden, FM işaretinin frekansının, taşıyıcı işaretin merkez frekansı etrafında değiştiği görülmektedir. Taşıyıcı işaretin merkez frekansı etrafındaki bu frekans değişimi, modüle edilecek işaretin genliğine göre değişmektedir. 7-1

29 Varaktör Diyot Varaktör diyot, başka bir deyişle akort diyotu(tuning diode), kapasitans değeri p-n jonksiyonu üzerindeki ters kutuplama gerilimi ile orantılı olan diyottur. Diyot üzerine uygulanan ters kutuplama gerilimi arttıkça depletion bölgesinin genişliği arttığından dolayı kapasitans değeri azalır. Tam tersi olarak, diyot üzerine uygulanan ters kutuplama gerilimi azaldıkça depletion bölgesinin genişliği daha da daralacağından dolayı kapasitans değeri artacaktır. Diyot üzerine bir AC gerilim uygulandığı taktirde, kapasite değeri genliğin değişimi ile değişir. PN junction P N Depletion region _ Dielectric Parallel-plate capacitor Fig. 7-1 Varaktör diyot ve kapasite arasındaki ilişki. Fig. 7-1 de varaktör diyot ve genel bir kapasite arasındaki ilişki gösterilmiştir. Aslında, ters kutuplanmış bir varaktör diyot ile kapasite benzer yapılardır. p ve n yarıiletkenleri bir araya getirildiğinde azınlık taşıyıcıların difüzyonundan dolayı küçük bir depletion bölgesi oluşur. Pozitif yükler n jonksiyon tarafını, negatif yükler ise p jonksiyonu tarafını doldururlar. Bu, kapasite yapısına benzemektedir. İç jonksiyon kapasitesi değeri aşağıdaki kapasite formülü ile hesaplanabilir; C = εa (7-4) d ε = 11.8ε 0 = dielektrik sabiti ε 0 = A= Kapasitenin kesit alanı d= Depletion bölgesinin kalınlığı 7-2

30 Yukarıdaki formülden, eğer A sabit ise, varaktör kapasitansının değerinin, depletion bölgesinin kalınlığı(veya plakalar arasındaki mesafe) ile ters orantılı olduğunu bilmekteyiz. Bu nedenle, küçük bir ters kutuplama gerilimi küçük bir depletion bölgesi ve büyük bir kapasitans oluşturacaktır. Diğer bir deyişle, ters kutuplama gerilimindeki artış, büyük bir depletion bölgesine ve küçük bir kapasitans değerine neden olacaktır. C j R s Fig. 7-2 Varaktör diyotun eşdeğer devresi. Bir varaktör diyot, Fig. 7-2 de gösterildiği gibi birbirine seri bağlı bir direnç ve kapasite olarak düşünülebilir. C J, p ve n jonksiyonarı arasındaki jonksiyon kapasitesidir. R S, gövde direnci ile kontak direncinin toplamıdır ve birkaç ohm mertebesindedir. R S direnci, varaktör diyotun kalitesini belirleyen önemli bir parametredir. Akort oranı(tr), V 2 ters kutuplama gerilimine karşılık gelen kapasite değeri ile V 1 ters kutuplama gerilimine karşılık gelen kapasite değeri arasındaki oran olarak tanımlanmıştır ve şu şekilde ifade edilir; C V 2 TR = (7-5) C V1 TR= Akort oranı. C V1 = V 1 gerilimindeki varaktör diyot kapasitansı. C V2 = V 2 gerilimindeki varaktör diyot kapasitansı. Deneylerimizde 1SV55 varaktör diyotu kullanılmaktadır ve temel karakteristikleri de şu şekildedir: C 3V = 42 pf (3V daki varaktör diyot kapasitansı) TR= 2.65 (3V 30V da) MC1648 VCO Kullanılarak Frekans Modülatörü Deneylerimizde, Fig. 7-3 de gösterilen, MC1648 VCO içeren frekans modülatörü gerçekleştirilecektir. Temel olarak, bu devre bir osilatör ve osilasyon frekansını belirleyen girişteki akort devresidir. Bu devredeki, C 2 ve C 3 kapasiteleri, gürültüyü süzmek için bypass kapasiteleridir. Yüksek bir frekansta(2.4mhz) çalışıldığı zaman, bu iki kapasitenin kapasitif reaktansı 7-3

31 çok küçüktür ve pratik uygulamalar için ihmal edilebilir. Bu nedenle, Fig. 7-4 de gösterilen akort devresinin AC eşdeğeri bir LC rezonans yapısıdır. C, 1SV55(C d ) ile MC1648 in giriş kapasitesinin(c in ) paraleli olarak düşünülebilir. C in nin değeri yaklaşık olarak 6 pf dır. Eğer kaçak kapasiteleri ihmal edersek osilasyon frekansı aşağıdaki formül ile hesaplanabilir; f o 1 = 2π LC = 2π L( C d (Hz) (7-6) ) Audio input C1 D1 0.1uF R1 1SV55 L 1 10K C2 100uH 0.01uF C +5V 4 0.1uF MC1648 C6 0.1uF FM signal output DC bias input C3 0.1uF VR1 5K C5 0.1uF Fig. 7-3 MC1648 FM modülatör devresi. Yukarıda bahsedildiği gibi, D 1 varaktör diyotunun C d kapasitansı, ters kutuplama geriliminin değeri ile değişir. (7-6) denklemine göre, C d kapasitansının değişimi osilasyon frekansının değişimine neden olacaktır. Fig. 7-3 deki devrede, küçük bir DC gerilim, büyük bir C d kapasitansı ve küçük bir frekans çıkışı üretecektir. Diğer taraftan, DC gerilimindeki artış, C d kapasitans değerini düşürecek ve yüksek bir frekans çıkışına neden olacaktır. Bu nedenle, DC gerilim sabit tutulur ve girişe bir ses işareti uygulanırsa, VCO çıkış işareti frekans modüleli bir işaret olacaktır. D 1SV55 L 100 µ H Cin 6pF MC1648 Fig. 7-4 Akort tank devresinin AC eşdeğer yapısı. 7-4

32 LM566 VCO Kullanılarak Frekans Modülatörü Fig. 7-5, LM566 VCO(gerilim kontrollü osilatör) entegresi kullanılarak gerçekleştirilmiş bir frekans modülatörüdür. Eğer SW 1 açık ise, bu devre tipik bir VCO dur ve bu VCO nun çıkış frekansı, C 3, VR 1 ve giriş ses geriliminin değerleri ile belirlenir. Eğer C 3 ve VR 1 değerleri sabit ise, çıkış frekansı 8. ve 5. pinler arasındaki gerilim farkı(v 8 -V 5 ) ile doğrudan orantılıdır. Diğer bir deyişle, ses giriş gerilimindeki(v 5 ) bir artış, (V 8 -V 5 ) değerinde ve çıkış frekansında bir azalmaya sebep olur. Tam tersi olarak, ses giriş gerilimindeki(v 5 ) azalış çıkış frekansında artışa sebep olacaktır. Yukarıda irdelendiği gibi, C 3 ve VR 1 değerleri de aynı zamanda çıkış frekansını belirlemektedir. C 3 ve VR 1 in çarpımı ile ters orantılıdır. Yani, VR 1 xc 3 değeri büyüdükçe, çıkış frekansı azalmaktadır. +5V Audio input DC input C 1 0.1uF R 1 3.3k SW 1 R 2 8.2k VR 1 5k C uF -5V LM566 C 3 Fig. 7-5 LM566 Frekans modülatör devresi uF R 3 4.7k Outptut Eğer SW 1 kapatılırsa, R 1 ve R 2 den oluşan gerilim bölücü, ses girişine(5. pine) DC bir gerilim seviyesi sağlar. VR 1 ayarlanarak, VCO nun merkez frekansı f o kolaylıkla ayarlanabilir. Bir ses işareti, ses girişine uygulandığı zaman çıkışta, uygulanan ses işaretinin genliği ile VCO merkez frekansı f o etrafında değişen bir frekans üretecektir. Böylelikle, frekans modüleli bir işaret elde edilir. 7-5

33 7.3 GEREKLİ EKİPMANLAR 1. KL Modülü 2. KL Modülü 3. Osiloskop 4. Spektrum Analizör 7.4 DENEYLER VE KAYITLAR Deney 7-1 MC1648 in Karakteristik Ölçümleri 1. MC1648 FM modülatör devresini KL modülü üzerine yerleştirin. Bobini L 1 (100µH) e ayarlamak için bağlantı konnektörünü J2 ye bağlayın. 2. DC besleme girişine(i/p2) 3VDC bağlayın. Osiloskop kullanarak çıkış dalga şeklini gözlemleyin. Çıkışta bir sinüs dalgası gözükene kadar VR 1 i ayarlayın ve frekansı Tablo 7-1 e kaydedin. 3. İkinci adımı, Tablo 7-1 de listelenen diğer DC gerilimleri için tekrarlayın. 4. Tablo 7-1 deki sonuçları kullanarak Fig. 7-6 da gerilim-frekans eğrisini çizin. Deney 7-2 MC1648 Frekans Modülatörü 1. 5V da ters kutuplanmış 1SV55 varaktörü ve L 1 =100µH için J1 ve J2 ye bağlantı konnektörünü bağlayın. Bu koşullar altında, çıkış frekansı, f o merkez frekansı olacaktır. 2. Ses girişine(i/p1), 2Vp-p, 3kHz lik bir sinüs dalgası bağlayın. Osiloskop kullanarak çıkış dalga şeklini gözlemleyin. Çıkışta bir sinüs dalgası gözükene kadar VR 1 i ayarlayın. 3. Spektrum analizör kullanarak çıkış spektrumunu gözlemleyin ve Tablo 7-2 ye kaydedin. 4. 5kHz ve 8kHz ses frekansları için 3. adımı tekrarlayın. 7-6

34 Not: Taşıyıcı işaret ile modüle edilmiş işaret arasındaki frekans farkı çok büyük olduğunda, osiloskop kullanarak zaman domeninde aşikar bir değişim gözlemlemek zor olabilir. Böyle durumlarda frekans analizörü kullanılması tavsiye edilir. Deney 7-3 LM566 nın Karakteristik Ölçümleri 1. LM566 modülatör devresini KL modülü üzerine yerleştirin. Kapasiteyi C 3 (0.1µF) e ayarlamak için bağlantı konnektörünü J2 ye bağlayın. 2. DC gerilim girişine(5. pine) 3.6VDC gerilim bağlayın. 2kHz çıkış frekansı elde etmek için VR 1 i ayarlayın. Bu frekans, f o merkez frekansıdır. 3. Beşinci pindeki DC gerilimleri sırası ile 2.7V, 3V, 3.3V, 3.9V, 4.2V ve 4.5V olarak değiştirin. DC gerilim girişlerine göre çıkıştaki frekansları gözlemleyin. Sonuçları Tablo 7-3 e kaydedin. 4. Tablo 7-3 deki sonuçları kullanarak, Fig. 7-7 de gerilim-frekans eğrisini çizin. 5. J2 deki bağlantı konektörünü söküp J3 e bağlayın. Bu, C 3 (0.1µF) kapasitesini C 4 (0.01µF) kapasitesi olarak değişmesini sağlar. 6. DC gerilim girişine(5. pine) 3.6VDC gerilim bağlayın. 20kHz çıkış frekansı elde etmek için VR 1 i ayarlayın. Bu frekans, f o merkez frekansıdır. 7. Beşinci pindeki DC gerilimleri sırası ile 2.7V, 3V, 3.3V, 3.9V, 4.2V ve 4.5V olarak değiştirin. DC gerilim girişlerine göre çıkıştaki frekansları gözlemleyin. Sonuçları Tablo 7-4 e kaydedin. 8. Tablo 7-4 deki sonuçları kullanarak, Fig. 7-8 de gerilim-frekans eğrisini çizin. Deney 7-4 LM566 Frekans Modülatörü 1. LM566 FM modülatör devresini KL modülü üzerine yerleştirin. Kapasiteyi C 4 (0.01µF) e ayarlamak için bağlantı konnektörünü J1 ve J3 e bağlayın. 20kHz çıkış frekansı elde etmek için VR 1 i ayarlayın. 7-7

35 2. 500mVp-p, 1kHz lik sinüs dalgasını ses girişine(i/p1) bağlayın. Osiloskop kullanarak çıkış dalga şeklini(o/p) gözlemleyin ve sonucu Tablo 7-5 e kaydedin. 3. Ses frekanslarını 3kHz ve 5kHz olarak sırası ile değiştirin. Ses giriş işaretlerine karşılık gelen çıkış dalga şekillerini gözlemleyin ve sonuçları Tablo 7-5 e kaydedin. 4. Ses girişini, 1Vp-p, 1kHz sinüs işareti olarak değiştirin. Çıkış dalga şeklini gözlemleyin ve sonucu Tablo 7-6 ya kaydedin. 5. Ses frekanslarını 3kHz ve 5kHz olarak sırası ile değiştirin. Girişteki ses işaretlerine karşılık gelen çıkış dalga şekillerini gözlemleyin. Sonuçları Tablo 7-6 ya kaydedin. Tablo 7-1 DC Besleme Girişi (V) Çıkış Frekansı (MHz) Frekansı (MHz) Fig. 7-6 DC Besleme (V) 7-8

36 Tablo 7-2 (V m = 2V) Giriş Frekansı Giriş Dalga Şekli Çıkış Spektrumu 3 khz 5 khz 8 khz Tablo 7-3 (C 3 = 0.1µF, ƒ 0 =2kHz) Giriş Voltajı (V) Çıkış Frekansı (KHz) 7-9

37 Frekansı (KHz) Fig.7-7 Giriş Voltajı (V) Tablo 7-4 (C 3 = 0.01µF, ƒ 0 =20kHz) Giriş Voltajı (V) Çıkış Frekansı (KHz) Frekansı (KHz) Giriş Voltajı (V) Fig

38 Tablo 7-5 (V m = 500mVp-p, C 3 =0.01µF, ƒ 0 =20kHz) Giriş Frekansı Giriş Dalga Şekli Çıkış Dalga Şekli 1 khz 3 khz 5 khz 7-11

39 Tablo 7-6 (V m = 1Vp-p, C 3 =0.01µF, ƒ 0 =20kHz) Giriş Frekansı Giriş Dalga Şekli Çıkış Dalga Şekli 1 khz 3 khz 5 khz 7.5 SORULAR 1. Fig. 7-3 deki tank devresinde bobin değeri 80nH ve rezonans frekansının 100MHz olması istenirse, varaktör diyotun kapasite değeri ne olmalıdır? 2. Fig. 7-6 daki frekans-gerilim eğrisini inceleyin. Eğrinin hangi bölgesi frekans modülatörünü gerçekleştirmek için uygundur. 3. Fig. 7-5 deki devreyi tekrar gözden geçirin. SW1 kapalı olduğu zaman R1 ve R2 nin görevi nedir? 7-12

40 8.1 AMAÇ 1. Faz kilitlemeli çevrimin(pll) prensibinin incelenmesi. 2. LM565 PLL yapısının karakteristiğinin anlaşılması. 3. PLL kullanarak FM işaretin demodüle edilmesi. 4. FM den AM e çevrim ayrıştırıcısını kullanarak FM işaretin demodüle edilmesi. 8.2 TEMEL KAVRAMLARIN İNCELENMESİ Frekans demodülatörü, diğer bir deyişle frekans ayırıcı devre, anlık frekans değişimlerini lineer gerilim değişimlerine çeviren yapıdır. Haberleşme sistemlerinde bu amaçla kullanılan bir çok yapı mevcuttur. Bunlardan bazıları, FM den AM e çevirici, dengeleyici, ve faz kaydırmalı ayırıcılar(discriminator) ve faz kilitlemeli çevrim(pll) frekans demodülatörleridir. Bu deneyde, PLL frekans demodülatörünün ve FM den AM e çevrim ayrıştırıcısının çalışma prensibinden bahsedilecektir. Faz Kilitlemeli Çevrim(Phase-Locked Loop-PLL) Çalışma Prensibi PLL, blok diyagramı Fig. 8-1 de gösterilen elektronik geri beslemeli bir kontrol sistemidir. PLL, çıkış ve giriş işaretlerinin hem frekans hem de fazda gerekli koşullar altında kilitlenmesini sağlayan bir yapıdır. Radyo haberleşmesinde, taşıyıcı frekans iletim esnasında eğer kayarsa, alıcı devresindeki PLL yapısı taşıyıcı frekansını otomatik olarak takip edecektir. Signal input Vi Phase detector Kd Vd Low-pass filter Amplifier Ka Signal output Vo VCO Ko Fig. 8-1 PLL blok diyagramı Aşağıdaki deneylerde kullanılan PLL iki farklı amaç için kullanılmaktadır: (1) faz yada frekans modülasyonunu izlemek için kullanılan yerlerde, demodülatör olarak, (2) zamanla frekansı değişen taşıyıcı işareti izlemek için kullanılmaktadır. 8-1

41 Genel olarak, bir PLL devresi aşağıdaki bölümlerden oluşmaktadır; 1. Faz detektörü(pd) 2. Alçak geçiren filtre(lpf) 3. Gerilim kontrollü osilatör(vco) PLL yapısındaki faz detektörü, girişindeki iki işareti kilitler ve eğer bu iki işaretin frekansı birbirinin aynısı ise çıkışta sıfır üretir. Eğer detektör girişindeki iki işaretin frekansları birbirinden farklı ise, detektör çıkışındaki işaret bir alçak geçiren filtreye girer ve bu filtre çıkışında AC bileşenler süzüldükten sonra DC bir seviye oluşur. Bu DC seviye VCO nun girişini oluşturur. VCO girişine uygulanan DC seviye VCO çıkış frekansını, detektör girişindeki frekans ile tam olarak aynı olması yönünde değiştirir. Bu akış, kapalı bir geri besleme çevrimidir. Eğer VCO çıkış frekansı detektör giriş frekansı ile aynı ise, PLL yapısı başarı ile kilitlenmiştir. Dolayısıyla, PLL giriş frekansı sabit kaldığı sürece kontrol gerilim sıfır olacaktır. Fig. 8-1 de gösterilen PLL yapısının parametreleri aşağıdaki gibidir; K d =Faz detektör kazancı(volt/radian) K a =Kuvvetlendirici kazancı(volt/volt) K o =VCO kazancı(khz/volt) K L =K d K a K o =kapalı çevrim kazancı(khz/volt) Input A Input B XOR Output A Input B Output ( a ) ( b ) ( c ) Output dc level ( V ) ( d ) Fig. 8-2 Faz deteksiyonu Input phase difference (degree) 8-2

42 Faz detektörün çalışma prensibini daha iyi anlamak için, faz detektör olarak kullanılan basit bir XOR(Exculsive-Or) kapısını ele alalım. XOR kapısı, girişteki işaretleri karşılaştırarak eğer eşit değil ise çıkışta bir darbe üreten eşitsizlik detektörü gibi düşünülebilir. Çıkış darbesinin genişliği giriş işaretlerinin faz hatası ile orantılıdır. Fig. 8-2 de gösterildiği gibi, (b) çıkış darbesinin genişliği (a) çıkış darbesinden daha büyük, (c) çıkış darbesinden de daha küçüktür. Faz detektörünün çıkışı alçak geçiren filtrenin girişine uygulandığı zaman, alçak geçiren filtrenin çıkışı, darbe genişliği ile doğrudan orantılı bir DC seviye olmalıdır. Diğer bir deyişle, çıkış DC seviyesi giriş işaretlerinin faz hatası ile orantılıdır. Fig. 8-2(d), giriş faz hatası ile çıkış DC seviye arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Signal A 980KHz VCO 1KHz Signal B 1.2KHz XOR XOR Smaller dc output Larger dc output 1mS 1mS Low pass filter Fig. 8-3 Frekans kilitlemenin çalışma tarzı. PLL yapısının çalışma tarzını daha iyi anlamak için ilk olarak PLL yapısının kilitli olmadığını düşünelim. Girişinde 2V gerilim olan VCO, 1kHz serbest çalışma frekansında çalışıyor olsun. Fig. 8-3 de gösterilen işaretleri ele alalım. Eğer VCO işareti ve daha düşük frekanslı 980Hz lik A işareti XOR faz detektörünün girişine uygulanırsa, çıkış darbesinin genişliği ne kadar dar olursa alçak geçiren filtrenin çıkışından 1V dan daha küçük çıkış gerilimi elde edilmesine sebep olacaktır. Bu daha küçük gerilim VCO frekansını küçültecek ve detektör giriş gerilimine yaklaştıracaktır. Eğer VCO çıkış frekansı giriş frekansına eşit olursa, kilitlenme tamamlanmış olacaktır. Tam tersi olarak, 1.2kHz lik daha yüksek frekanslı B giriş işareti, 3V luk daha büyük bir filtre çıkışına sebep olacak ve buda VCO çıkış frekansını arttırıp detektör giriş frekansına kilitleyecektir. LM565 Temel PLL Karakteristiği LM565, genel amaçlı bir PLL olup frekans demodülasyonunda geniş çapta kullanılmaktadır. LM565 kullanılarak yapılan tasarımda, gerekli önemli parametreler aşağıdaki gibidir; 8-3

43 1. Serbest Çalışma Frekansı(Free-running Frequency) Fig. 8-4 de, LM565 ile gerçekleştirilen bir PLL devresi gösterilmektedir. Girişte herhangi bir işaret olmadığı durumda, VCO çıkış frekansına serbest çalışma frekansı f o denilir. Fig. 8-4 deki PLL devresinde, LM565 in serbest çalışma frekansı C 2 ve VR 1 zamanlama malzemeleri tarafından belirlenir ve aşağıdaki formülle bulunabilir; Serbest çalışma frekansı : 1 f o = (8-1) 3.7VR C 1 2 f o Kapalı çevrim kazancı : KL = KdKaKo = 336. (8-2) V V c = Devredeki toplam besleme gerilimi = V cc -(-V cc )=5V-(-5V) = 10V c +5V C 1 1uF Input R k R k Vi SW 1 4 Vo 1 Phase detector VCO Kd Ko Vd AMP Ka C µ F 8 3.6k LM565 VR 1 5K 7 C µ F Output C µ F -5V +5V Fig. 8-4 LM565 PLL 2. Kilitlenme Aralığı İlk olarak, PLL kilitli durumda ve VCO bir frekansta çalışıyor durumda olsun. Eğer giriş frekansı f i, f o VCO frekansından uzakta ise kilitlenme hala mevcut olabilir. Giriş frekansı belli bir frekansa ulaştığı zaman PLL kilitlenme durumundan çıkar. f i ve f o arasındaki frekans farkına çevrimin kilitlenme aralığı denilir. LM565 in kilitlenme aralığı aşağıdaki formül ile bulunabilir; f 8 f o L = (8-3) Vc 8-4

44 3. Yakalama Aralığı İlk olarak, döngünün kilitli olmadığını ve VCO nun bir frekansta çalıştığını düşünelim. Eğer giriş frekansı f i, f o VCO frekansına yakın ise kilitlenme hala gerçekleşmeyebilir. Giriş frekansı belli bir değere ulaştığında PLL kilitlenir. f i ile f o arasındaki bu frekans farkına döngünün yakalama aralığı denilir. LM565 in yakalama aralığı aşağıdaki formül ile bulunabilir; f c 1 = 2π 2π f L C 2 (8-4) f L f L f C f C f Ll f Cl f f f o Ch Lh f i Hz Fig. 8-5 Kilitlenme ve yakalama aralığının gösterilmesi. LM565 PLL Kullanılarak Frekans Demodülatörü Fig. 8-4 deki PLL devresi bir frekans demodülatörü olarak kullanılabilir. Giriş işaretinin frekansı arttıkça, çıkış işaretinin gerilimi düşer. Tam tersi olarak, giriş işaretinin frekansı azaldıkça, çıkış işaretinin gerilimi artacaktır. LM565 VCO devresi, LM566 devresinin eşleniğidir. VCO nun serbest çalışma frekansı f o, dışarıdan bağlanan C 2 ve VR 1 devre elemanlarının değerleri ile belirlenir. 3.6kΩ (7. pin) iç direnci ve dışarıdan bağlanan C 3 kapasitesi bir alçak geçiren filtre oluştururlar. 7. ve 8. pinler arasına bağlanan C 4 kapasitesi bir frekans kompanzasyon kapasitesidir. FM den AM e Çevrim Ayrıştırıcısı(FM to AM Conversion Discriminator) Fig. 8-6, FM den AM e ayrıştırıcının blok diyagramını göstermektedir. Giriş FM işareti ilk olarak ayrıştırıcı ile AM işaretine çevrilir ve daha sonra çıkış AM işareti zarf detektörü ile demodüle edilerek orijinal ses işareti elde edilir. 8-5

45 Input x t FM ( ) d dt Envelope detector Removing DC Audio signal Output Fig. 8-6 FM den AM e çevrim ayrıştırıcısının blok diyagramı. Fig. 8-6 da, eğer x FM (t) giriş işareti aşağıdaki gibi olursa, x FM t ( t) = Ac cosθ ( t) = Ac cos 2πf ct + 2πf x( λ) dλ (8-5) Ayrıştırıcı çıkışı şu şekilde olacaktır; x ' FM = A θ ( t)sinθ ( t) c o = 2 A [ f + f x( t) ] sin[ θ ( t) ] π (8-6) c c ' Yukarıdaki (8-6) denkleminden, x FM ( t) işaretinin genliği x(t) genliğinin ' değişimi ile değişmektedir. Dolayısıyla, x FM ( t) işareti bir genlik modüleli işarettir. Eğer bu AM işaretini bir zarf detektöründen geçirecek olursak, ses işaretini elde etmiş oluruz. Fig. 8-7 devresi, FM den AM e çevrim tekniği ile çalışan bir frekans ayrıştırıcıdır. U 1, C 1, C 2, R 1 ve R 2 malzemeleri bir ayrıştırıcı olarak çalışır. U 2, kazancı R 4 /R 3 olan evirici bir kuvvetlendiricidir. D 1, R 5, R 6, C 4 ve C 5 elemanlarından oluşan yapı AM tepe detektörü olarak çalışmaktadır. C 6 kuplaj kapasitesi, DC işaretleri süzmek için kullanılır. R 4 22k FM input C 1 560p C 2 560p R R V +5 V U 1 LM318 R 3 2k V +5 V C 3 0.1µ D 1 1N4004 R 5 1k C 4 C µ 0.05 µ C 6 0.1µ Demodulated output R 6 4.7k U 2 LM318 Fig. 8-7 FM den AM e çevrim ayrıştırıcı devre. 8-6

46 H ( f ) Approx. linear f c f o f ( Hz ) Fig. 8-8 Band geçiren filtrenin frekans cevabı. Yukarıda bahsedilen çeşitli frekans demodülatörlerinden hariç olarak, çok yüksek ve mikrodalga frekanslar bölgesinde, LC band geçiren filtreler frekans demodülasyonu kullanımında popülerdirler. Fig. 8-8, band geçiren filtre cevabını göstermektedir. Gerilim değişiminin frekans değişimi ile orantılı olduğu eğrinin lineer bölgesi, bir ayrıştırıcı için gerekli şartları sağlamaktadır. 8.3 GEREKLİ EKİPMANLAR 1. KL Modülü 2. KL Modülü 3. Osiloskop 8.4 DENEYLER VE KAYITLAR Deney 8-1 LM565 in PLL Karakteristik Ölçümleri 1. LM565 PLL devresini KL modülü üzerine yerleştirin. Kapasite değerini C 2 (0.1µF) a ayarlamak için bağlantı konnektörünü J2 ye bağlayın. 2. LM565 in 4. pininde(o/p) maksimum serbest çalışma frekansı f oh ve minimum çalışma frekansı f ol değerini elde etmek için VR1 i ayarlayın. Sonuçları Tablo 8-1 e kaydedin. 3. VCO nun serbest çalışma frekansı f o =2kHz olarak ayarlamak için VR1 i ayarlayın. 4. Bağlantı konnektörünü J1 e bağlayın. Girişe (I/P), 0.5Vp-p, 2kHz lik bir sinüs işareti bağlayın. 8-7

47 5. PLL giriş(i/p) ve VCO çıkış(4. pin) işaretlerini gözlemleyin. Giriş frekansını yavaşça arttırın ta ki çıkış işareti kilitlenmeme durumuna kadar. Giriş frekansını f LH olarak Tablo 8-1 e kaydedin. 6. Giriş frekansını, VCO serbest çalışma frekansı f o a getirin. Giriş frekansını yavaşça azaltın ta ki çıkış işareti kilitlenmeme durumuna kadar. Giriş frekansını Tablo 8-1 e f Ll olarak kaydedin. 7. f L =(f Lh - f Ll )/2 denklemini kullanarak, kilitlenme aralığını hesaplayın. 8. Giriş frekansını, VCO çıkışına kilitlenmeme durumuna kadar arttırın. Giriş frekansını yavaşça azaltın ta ki PLL kilitlenene kadar. f ch giriş frekansını gözlemleyin ve sonucu Tablo 8-1 e kaydedin. 9. Giriş frekansını azaltın ta ki VCO çıkışına kilitlenmeme durumuna kadar. Giriş frekansını yavaşça arttırın ta ki PLL kilitlenene kadar. f cl giriş frekansını gözlemleyin ve sonucu Tablo 8-1 e kaydedin. 10. f c =(f ch - f cl )/2 denklemini kullanarak, yakalama aralığını hesaplayın. 11. J2 den bağlantı konnektörünü çıkartın ve J3 e bağlayın. Bu, C 2 (0.1µF) kapasitesini C 5 (0.01µF) kapasitesi olarak değişmesini sağlayacaktır. İkinci adımı tekrarlayın. 12. VR1 değerini VCO serbest çalışma frekansı f o =20kHz elde edene kadar değiştirin. Bağlantı konnektörünü J1 e bağlayın ve 0.5Vp-p, 20kHz lik kare dalgayı girişe(i/p) uygulayın. 6 dan 11 e kadar olan adımları tekrarlayın. Deney 8-2 LM565 V-F Karakteristik Ölçümleri 1. LM565 PLL devresini KL modülü üzerine yerleştirin. Kapasite değerini C 2 (0.1µF) a ayarlamak için bağlantı konnektörünü J2 ye bağlayın. 2. J1 den bağlantı konnektörünü çıkartın. VCO çıkışında(4. pin) serbest çalışma frekansı f o =2kHz olarak ayarlamak için VR1 i değiştirin. 3. Bağlantı konnektörünü J1 e tekrar bağlayın Vp-p, 2kHz lik kare dalgayı girişe(i/p) bağlayın. LM565 in çıkış gerilimini(o/p) ölçün ve sonuçları Tablo 8-2 ye kaydedin. 8-8

48 5. Giriş frekanslarını sırası ile 0.5kHz, 1kHz, 1.5kHz, 2.5kHz, 3kHz ve 3.5kHz olarak değiştirin. Giriş frekanslarına karşılık gelen çıkış gerilimlerini ölçün. Sonuçları Tablo 8-2 ye kaydedin. 6. Fig. 8-9 da, çıkış gerilimine karşılık giriş frekans eğrisini çizin. 7. J2 den bağlantı konnektörünü çıkartın ve J3 e bağlayın. Bu, C 2 (0.1µF) kapasitesini C 5 (0.01µF) kapasitesi olarak değişmesini sağlayacaktır. 8. J1 den bağlantı konnektörünü çıkartın. VCO çıkışında(4. pin), serbest çalışma frekansı f o =20kHz olarak ayarlamak için VR1 i ayarlayın. 9. J1 e bağlantı konnektörünü tekrar bağlayın Vp-p, 20kHz kare dalgayı girişe(i/p) bağlayın. LM565 in çıkış gerilimini(o/p) ölçün ve Tablo 8-3 e kaydedin. 11. Giriş frekanslarını sırası ile 16.5kHz, 17.5kHz, 18.5kHz, 21.5kHz, 22.5kHz ve 23.5kHz olarak değiştirin. Giriş frekanslarına karşılık gelen çıkış gerilimlerini ölçün. Sonuçları Tablo 8-3 e kaydedin. 12. Fig da, çıkış gerilimine karşılık giriş frekans eğrisini çizin. Deney 8-3 PLL Frekans Demdülatörü 1. LM566 FM modülatör devresini KL modülü üzerine yerleştirin. Kapasite değerini C 4 (0.01µF) a ayarlamak için bağlantı konnektörlerini J1 ve J3 e bağlayın. Çıkış serbest çalışma frekansı f o =20kHz olarak ayarlamak için VR1 i çevirin. 2. Kapasite değerini C 5 (0.01µF) a ayarlamak için bağlantı konnektörünü J3 e bağlayarak LM565 PLL devresini tamamlayın. VCO çıkışındaki(4. pin) serbest çalışma frekansı f o =20kHz olarak ayarlamak için VR1 i çevirin. 3. LM566 FM modülatör çıkışını LM565 PLL devresinin girişine bağlayın. J1 e bağlantı konnektörünü bağlayın. 4. LM566 FM modülatörünün girişine 300mVp-p, 1kHz lik sinüs işaretini bağlayın. Osiloskop kullanarak LM565 PLL devresinin çıkışını gözlemleyin ve sonucu Tablo 8-4 e kaydedin. 8-9

49 5. 2kHz ve 3kHz giriş frekansları için 4. adımı tekrarlayın. 6. Giriş genliğini 500mVp-p olarak değiştirin. 4. ve 5. adımları tekrarlayın ve sonuçları Tablo 8-5 e kaydedin. Deney 8-4 FM den AM e Frekans Demodülatörü 1. MC1648 FM modülatör devresini KL modülü üzerine yerleştirin. Bobin değerini L 1 (220µH) e ayarlamak ve 5V da çalışan 1SV55 varaktörü için bağlantı konnektörlerini J1 ve J3 e bağlayın. 2. 2Vp-p, 1kHz lik sinüs işaretini girişe(i/p1) uygulayın. Çıkışta 600mVp-p genlik elde etmek için VR1 i çevirin. 3. MC1648 FM modülatörünün çıkışını KL modülünün en altındaki FM den AM e ayrıştırıcı devresinin girişine bağlayın. 4. Osiloskop kullanarak frekans demodülatörünün giriş ve çıkış dalga şekillerini gözlemleyin ve Tablo 8-6 ya kaydedin. 5. 2kHz ve 3kHz ses frekansları için sırasıyla 2 den 4 e kadar olan adımları tekrarlayın. 8-10

50 Tablo 8-1 Serbest Çalışma Kilitlenme Aralığı Yakalama Aralığı C ƒ 0 Frekans Aralığı ƒ L ƒ C ƒ Oh ƒ Ol ƒ Lh ƒ Ll ƒ Ch ƒ Cl Hz Hz Hz Hz C µf 2 khz Hz Hz ƒ L = Hz ƒ C = Hz Hz Hz Hz Hz C µf 20 khz Hz Hz ƒ L = Hz ƒ C = Hz 8-11

51 Tablo 8-2 (V m = 0.5Vp-p, ƒ o = 2kHz, C 2 =0.1µF) Giriş Frekansı (khz) Çıkış Voltajı (V) Çıkış Voltajı (V) Giriş Frekansı (khz) Fig

52 Tablo 8-3 (V m = 0.5 Vp-p, ƒ o = 20kHz, C 5 =0.01µF) Giriş Frekansı (khz) Çıkış Voltajı (V) Çıkış Voltajı (V) Giriş Frekansı (khz) Fig

53 Tablo 8-4 (V m = 300mVp-p, ƒ 0 =20kHz) Ses Frekansı Giriş Dalga Şekli Çıkış Dalga Şekli 1 khz 2 khz 3 khz 8-14

54 Tablo 8-5 (V m = 500mVp-p, ƒ 0 =20kHz) Ses Frekansı Giriş Dalga Şekli Çıkış Dalga Şekli 1 khz 2 khz 3 khz 8-15

55 Tablo 8-6 (V m = 2Vp-p) Ses Frekansı Giriş Dalga Şekli Çıkış Dalga Şekli 1 khz 2 khz 3 khz 8.5 SORULAR 1. Deney 8-1 in sonuçlarını inceleyin. LM565 in giriş frekansları kilitlenme aralığının dışında iken VCO frekansı bulunabilir mi? 2. Daha geniş olan LM565 in kilitlenme aralığını kilitlenme aralığı ile karşılaştırın. 3. Fig. 8-4 devresindeki C 3 kapasitesinin görevini ifade edin. Eğer C 3 (0.1µF) kapasitesinin değerini 0.01µF değeriyle değiştirecek olursak LM565 in çıkış işareti(7. pin) nasıl değişecektir? 4. Eğer bir alçak geçiren filtre LM565 frekans demodülatörünün çıkışına dışarıdan bağlanacak olursa, demodüle edilen işaret daha düzgün olur mu? Bu filtreyi tasarlamaya çalışın. 5. PLL ve lojik devreler kullanarak bir frekans iki kat arttırıcı(frequency doubler) devre tasarlayın. 8-16

56 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 3 DARBE KOD MODÜLASYONU AMAÇLAR: 1. 3,4 ve 8 bit kelimeler için doğru gerilim giriş seviyelerinin ikili kodlanmasını göstermek 2. 3,4 ve 8 darbe kod modülasyonunda kuantalama seviyelerini göstermek Kullanılacak Aletler: Çift kanallı osiloskop, TecQuipment E32g, ses frekansı sinüs dalga üreteci 0-12 V çıkışlı, TecQuipment E16 veya benzeri. Yöntem 1: DC giriş seviyelerinin ikili kodlanması 1. Modülatör girişini setin üzerindeki DC kaynağa bağlayınız ve DC gerilimi osiloskobu kullanarak -4 V a ayarlayınız. 2. Kelime uzunluğu kontrol anahtarını 3 bite ve bit rate kontrolünü orta konuma alınız. 3. Osiloskobun birinci kanalını modülatör çıkışına bağlayınız. (Şekil 1) 4. Deney setini ve osiloskobu açınız ve ısınmaları için 5 dakika izin veriniz. Donra osiloskop kontrollerini darbeleri görecek şekilde yapınız. 5. DC gerilimi -6 V dan +6 V a değiştiriniz ve ekrandaki darbe dizisinin değişimini not ediniz. Kodları (darbe dizilerini) fark etmenin zor olduğunu anlayacaksınız, bir sonraki adım size yardımcı olacaktır. 6. Osiloskobun ikinci kanalını (word pulse) kelime darbe uçlarına bağlayınız. (Şekil 2) 1

57 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 3 7. Osiloskobun ikinci kanalını 5 V/div a tetiklemeyi kanal2 yi ve zaman ölçeğini ekranda iki veya üç kelime darbesi göreceğiniz bir değere ayarlayınız. (Şekil 3) 8. Şekil 3 de görülen şekli kanal 1 de elde edecek şekilde darbe kod modülasyonu setinin word ünü ayarlayınız. Kelime uzunluğunu 3 bite ayarlayınız, DC gerilimi ayarlayarak, şekil 4 te verilen kelime seviyeleri veya ikili kod sırasını elde etmek için kelimenin bit örneğini değiştiriniz. 2

58 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 3 9. Kelime uzunluğunu 4 bit yapınız. DC gerilimini değiştirerek üretilen yeni ikili dizileri inceleyiniz. Yeni kodlar nedir? Kelime uzunluğunu 8 bit yaparak aynı deneyi tekrar ediniz. Sonuç 1: Darbe kod modülasyonlu darbe akışı ikili sayı sisteminde düzenlenmiş kelimelerden oluşur. Farklı kelime sayısı kelime uzunluğuna bağlıdır. Yöntem 2: Darbe kod modülasyonunda kuantalama seviyeleri 10. DC gerilim kaynağı bağlantısı adım 1 deki gibi iken gerilimi 0 V a ayarlayınız. Osiloskobun kanal 1 girişi ile bu DC gerilimi ölçünüz. Kanalın genlik ölçeğini 2 V/cm ye ayarlayınız. 11. Kelime uzunluğu kontrolünü 3 bite, bit hızı kontrolünü yaklaşık ortalarda bir yere getiriniz. 12. Modülatör çıkışını demodülatör girişine bağlayınız. 13. Osiloskobun ikinci kanalını demodülatör çıkışına bağlayınız. Kanal 2 yi ölçeğini 2 V/cm ye ayarlayınız. Devre şimdi şekil 5 deki gibidir. 14. Girişteki DC seviyeyi yavaş yavaş arttırarak demodülator çıkışının adım adım girişi izlediğini not ediniz ve 15. adımları kelime uzunluğu (m) 4 ve 8 bit iken tekrar ediniz. Sonuç 2: Darbe kod modülatörünün çıkışı sadece belirli DC seviyelerde olabilir. m bitli bir kelime için 2 m kuantalama seviyesi vardır. Adım boyu s, 2V o /(2 m -1) bağıntısı ile hesaplanır. Adım boyu 8 bitlik bir kelime için en küçük, 3 bitlik için en büyüktür. Amaç: DENEY: DARBE KOD MODÜLASYONU 2 Bir sinüsoidal giriş işareti için darbe kod modülasyonunda kuantalama gürültüsünü incelemek 3

59 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 3 Kullanılacak Aletler: Çift kanallı osiloskop, TecQuipment E32g veya benzeri, ses frekansı sinüs dalga üreteci 0-10 Vrms çıkışlı, TecQuipment E16 veya benzeri. Yöntem: 1. Sinüs dalga generatörünü giriş uçlarına bağlayınız. Osiloskobun ikinci kanalını da bu uçlara bağlayınız ve kanal 2 yi 5 V/cm ye ayarlayınız. 2. Kelime uzunluğu kontrolü 3 bite ve bit hızını (bit rate) yaklaşık 40 KHz e ayarlayınız. 3. Modülatör çıkışını demodülatör girişine bağlayınız. 4. Osikoskobun birinci kanalını demodülatör çıkışına bağlayınız ve kanal 1 i de 5 V/cm ye ayarlayınız. Şimdi devre şekil 1 deki gibidir. 5. Osiloskobun zaman ölçeğini 2 ms/div a ve sinüs dalga generatörünü 100 Hz ve 10 Volt tepeden tepeye ayarlayınız. Durgun ve üst üste bir görüntü elde etmek için pozisyon kontrolü kullanınız. Tetiklemeyi kanal 2 ye alınız. 6. Çıkış dalga şekli girişi adımlanmış şekilde izler. Adım boyunu 1. föydeki ile karşılaştırmak için kontrol ediniz. 7. Kelime uzunluğunu 4 bit yapınız ve adım boyundaki değişikliği not ediniz. 8 bitlik bir kelime için yukardaki işlemleri tekrar ediniz. 8. Giriş işaretin genliğini azaltınız ve bunun adım boyunu etkilemediğini not ediniz. 9. Giriş işaretin genliğini tepeden tepeye 20 V a (mümkünse daha fazlaya) çıkarınız ve çıkış sınırlarında (V c ) sinüsün kırpıldığını not ediniz. 10. Bit hızını yaklaşık olarak onun minimum değeri olan 4 KHz e kadar yavaş yavaş azaltınız. Kuantalanmış dalga şeklinin giriş dalga şeklinin sağına doğru kaydığını not ediniz. Bunun nedeni demodülatörün kelimeyi demodüle edebilmesi için önce tam kelimeyi almasının gerekmesidir. Bu nedenle görüntüler arasındaki fark önceki kelimenin başlangıcında alınan örnek zamanıyla sonunda alınan örnek zamanı arasındaki zaman farkına karşı düşer. Bu durumu izleyebilmek için giriş frekansını yavaşça ayarlayarak örnekleme hızıyla giriş frekansını senkronize etmek gerekir bit kelime uzunluğundan 4 bit kelime uzunluğuna geçiniz ve bu durumda aynı bit rate için gecikme zamanının daha fazla olduğunu not ediniz. 8 bit kelime uzunluğu için yukardaki işlemleri tekrar ediniz. 4

60 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY İlk bakışta adım boyu s düşük bit hızlarında çok fazla büyük görülebilir fakat bu sorun değildir. Giriş frekansını biraz desenkronize ederek kuantalanmış dalga şeklinin doğru adım boyuna geldiğini fakat böyle büyük adımları örnekleme hızının verdiğini not ediniz. Eğer (E15e) varsa delta modülasyonunu deneyiniz. Delta modüsyonu her örnekte sadece bir adım değişebiliyorken darbe kod modülasyonun birbirini izleyen herhangi bir değerde örneklere sahip olduğunu not etmelisiniz. 13. Bit hızı 4 KHz de ve kelime uzunluğu 4 bitte iken giriş frekansını yavaş yavaş arttırınız. Kelime uzunluğu 4 bit ve bit hızı 4 KHz iken örnekleme hızı 1 KHz dir. Örnekleme ve zaman bölmeli çoklama (E15g) deneyinde gösterildiği işaretin doğru bir şekilde tekrar elde edeceği maksimum frekans 500 Hz dir. 500 Hz civarında senkronizasyonu araştırınız ve kuantalanmış dalga şeklinin kare dalga olduğunu gösteriniz. Şimdi giriş frekansını 1 KHz civarına yükseltiniz ve hemen hemen aynı periyot durumunda örneklenmiş dalga şeklinden DC seviyelerin elde edilebileceğini gösteriniz. Giriş 1 KHz civarında iken çok düşük frekansla kuantalanmış çıkışların da elde edildiğini gösteriniz. Bu deney (E15g) de detaylarıyla tanımlanan örtüşme (aliasing) işlemini gösterir. 14. Giriş frekansını 50 Hz e ve bit hızını orta konuma ayarlayınız. Osiloskobu uygun bir görüntü için ayarlayınız. 15. Osiloskop ve ses frekansı sinüs üretecini işaret girişinde tutarken bu girişi fark yükseltecini B girişine bağlayınız. Demodülatör çıkışını a girişine ve osiloskobun birinci kanalını fark yükseltecinin B-A çıkışına şekil 2 de gösterildiği gibi bağlayınız. 16. Osiloskop ekranında şekil 3 deki kuantalama gürültüsü görülecektir. 5

61 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 3 Şekil İşaretin genliğini değiştiriniz ve bunun kuantalama gürültüsünü etkilemediğini gösteriniz. Kelime uzunlunu değiştiriniz ve bunun kuantalama gürültüsünü etkilediğini gösteriniz. Sonuç: Bir darbe kod moülatörünün girişindeki bir sinüsoidal işaret (veya herhangi bir değişen işaret) çıkışta adımlanmış veya kuantize edilmiş dalga şekli üretir. Darbe kod modülasyonunda örnekleme hızı en azından en yüksek frekansın iki katı olmalıdır, aksi halde bilgi kaybı olur. Kuntalama gürültüsü doğal olarak testere dişi şeklindedir ve genliği kelime başına bit sayısına bağlıdır. Kuantalama gürültüsünün genliği işaretin genliğinden veya frekansından etkilenmez. Amaç 1: DENEY: ÖRNEKLEME VE ZAMAN BÖLMELİ ÇOKLAMA Analog dalga şekilleri üzerinde örnekleme ve zaman bölmeli çoklamanın etkilerini incelemek Kullanılacak Aletler: Çift kanallı osiloskop, ses frekansı sinüs dalga generatörü tepeden tepeye 0-5 V çıkışlı Yöntem: 1. Tüm aletleri açınız ve sinüs dalga üreteci çıkışını 0 V a ayarlayınız. 2. İki kanal kullanılacağından ve 4. Kanalları topraklayınız. 3. Osiloskobun her iki girişini ve 1 V/cm ve 0.2 ms/cm ye ayarlayınız. Osiloskobun A girişini birinci kanala (Ch 1) bağlayınız diğer ucu topraklayınız ve senkronizasyonu birinci kanala ayarlayınız. (Şekil 1) 6

62 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 3 4. Set tarafından içerden üretilen işareti görünüz ve frekansını ölçünüz. 5. Osiloskobun B girişini zaman bölmeli çoklayıcının (Time Division Multiplexer - TDM) çıkışına bağlayınız. Örnekleme frekansını 20 KHz e örnekleme genişliğini τ = 10 µs ye ayarlayınız. 6. Örnekleme genişliği ve frekansını değiştirerek kanal 1 deki işaretle örneklenmiş işaret arasındaki ilişkiyi gözleyiniz. τ, T/4 den büyük olduğunda sistem sınırına ulaşıldığını göstermek için uyarı ışığı yanar. Bu noktadan sonra sonuçlar daha az gerçekleşebilir. 7. Zaman bölmeli çoklayıcının (TDM) çıkışını zaman bölmeli tekleyici (Time Division Demultiplexer - TDD) çıkışına bağlayınız. Osiloskobun birinci girişi TDM nin 1 nolu girişine bağlıyken 2. Girişini TDD nin 1 nolu çıkışına bağlayınız. 8. Örnekleme frekansı 20 KHz ve genişliği τ = 10 µs iken bu iki dalga şeklini karşılaştırınız. İki dalga şekli arasındaki farkı not ediniz. 9. τ = 10 µs de sabit iken örnekleme frekansını yavaş yavaş azaltınız. Kanal 1 ile örnekleri arasındaki senkronizasyon etkisini de göz önüne alarak giriş ve çıkış dalga şekillerini not ediniz. 10. Kanal 2 deki toprak bağlantısını sökerek tepeden tepeye 4 V, 1KHz sinüs işaretini dışarıdan uygulayınız. (Şekil 2) 11. Osiloskobun birinci girişi TDM nin kanal 1 inde (ch 1) iken osiloskobun 2. girişini TDM nin çıkışına bağlayınız. Örnekleme frekansını 20 KHz ve genişliği τ = 10 µs ye ayarlayınız. (Şekil 2) 7

63 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY TDM çıkış dalga şeklini inceleyiniz. Örnekleme darbeleri ile kanal 2 arasında bir senkronizasyon yoktur fakat kanal 2 giriş frekansının dikkatlice ayarlanması kanal 1 in örnekleri arasında kalan boşluklarda kanal 2 nin örneklenmiş sinüs dalgasının görülmesini sağlayacaktır. 13. Osiloskobun A girişi kanal 2 nin girişine Osiloskobun B girişi kanal 2 nin çıkışına bağlıyken ve örnekleme frekansı 20 KHz ve genişliği τ = 10 µs iken dalga şekillerini gözleyiniz. 14. Kanal 2 dalga şeklini incelerken örnekleme frekansını yavaş yavaş 20 KHz den daha küçük değere getirerek (aliasing effect) etkisini inceleyiniz.( τ = 10 µs de sabit) 15. Kanal 2 çıkışında, komşu yüksek dereceden spektrumun, kanal 2 nin alçak geçiren filtresinin geçirme bandı içine gelmesinin artan etkisini not ediniz. Bu etki şekil 3 deki idealize edilmiş diyagramda gösterilmiştir. 16. Daha yüksek frekanslı bir sinüsoidal dalga ile girişim ve girişimin işaret genliği ile a/s oranıyla karşılaştırılan genliği şekil 3 de gösterilmiştir. a/s yi ölçmek için en iyi yol osiloskop tetiklemesini A girişe almaktır. Girişimin frekansını ölçmek zordur fakat bir giriş frekansı f m ve bir örnekleme frekansı f s için f s f m kitapçıkta gösterilmiştir KHz örnekleme hızı ve τ = 10 µs için a/s oranını ölçünüz. 18. Şimdi τ genişliğini (yanan ışıkla ve dalga şeklinde sıçrama ile belirtilen) T/4 sınırına kadar yavaş yavaş arttırın. a/s yi tekrar ölçün ve a değerinin sabit kaldığını not ediniz. Sonuçlar: Analog işaretler örneklenebilir ve örnekleme frekansının, işaretin bant genişliğinin en az 2 katı frekansta olması ve çıkış filtresinin komşu yüksek dereceli spektrumu reddetmesi şartıyla tekrar elde edilebilir. Örneklenmiş işaretler zaman bölmeli çoklama ile bir kanalda birleştirilebilir ve bu işlemin tersi olan tekilleyici ile birbirinden ayrılabilir. Örnekleme darbelerinin genişliği örneklenmiş dalga şeklinin spektrumunu etkiler. Daha geniş darbeler yüksek frekansları azaltır ve bu nedenle örtüşme (aliasing) gürültüsü azalır. 8

64 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 4 1. Giriş ALCATEL VOIP(Voice Over Internet Protocol) UYGULAMALARI Teknolojideki gelişime paralel olarak bilgisayar ağları ve ekipmanlarındaki teknolojik gelişim son yıllarda veri haberleşme hızları da gelişim süreci içerisine girmiştir. Teknolojdeki bu gelişim mevcut ağ altyapıları üzerinde çalışan yeni teknolojiler, geliştirilen yeni protokoller ve teknikler ile birlikte farklı amaçlara içinde kullanılmaya başlamıştır. Bu teknolojilerden en önemlilerden biriside VoIP olarak karşımıza çıkmaktadır. VoIP genel olarak mevcut telefon şebekesi ağ mimarisi üzerinde yapılan geliştirme çalışmaları sonucunda ortaya çıkan bir teknolojidir. Önceki zamanlarda anahtar devreli telefon sistemleri üzerinde ses haberleşmesi sağlarken günümüzde artık telekomünikasyon şirketleri paket devreli sistemler üzerine geçerek IP tabanlı altyapılara dönmeye başlamışlardır. 2. VOIP(Voice Over Internet Protocol) VoIP diğer adıyla İnternet Telefon Servisi telefon görüşmeleri için kullanılan yeni bir teknolojidir. VoIP in açılımı "Voice Over Internet Protocol"dur ve "telefon görüşmeleri için İnternet kullanımı" demenin teknik biçimidir. VoIP teknolojisi standard (analog) telefon görüşmelerini data (dijital) hale getirir ve hızlı Internet bağlantınız üstünden gönderir. VoIP ile varolan iş veya ev telefonunu internet üzerinden kullanılmaya devam edilir. Telefon şebekelerinde IP tabanlı ağlar olarak çok daha düşük maliyetli sistemlere dönüştürülmüş ve ses aktarımı bu sistemler üzerinde gerçekleştirilmeye başlanmıştır.. Bu değişim süreci kullanıcılara analog hatlardan digital hatlara geçiş olarak yansımış ve gerek ses kalitesi olsun gerek bağlantı süreleri olsun pekçok gelişmeyi beraberinde getirmiştir. Sesin IP paketlerine dönüştürülerek tamamen IP temelli şebekeler üzerinden iletilmesi işlemine VoIP denir. VoIP telekom alanında gerçekleşen gelişmeleri takiben bilgisayar ağları üzerine geliştirilen sıkıştırma protokolleri ve ekipmanlar ile hayatımıza girmeye başlamıştır. Kısa bir tanım yapmak gerekirse VoIP internet veya data hatları üzerinden ses aktarımı olarak açıklanabilir IP(Internet Protocol) Giriş Network üzerindeki bilgisayarlar Ethernet kartları aracılığıyla bir biriyle iletişim kurarlar. Her bir Ethernet kartının fiziksel olarak bir MAC(Media Access Control) adresi vardır. Bu üretimi sırasında karta işlenir. TCP/IP bakımında ise bir network kartının iki adresi vardır: -IP adresi -Host adresi (ethernet adresi) IP adresleri bir bilgisayarı adreslemeyi amaçlayan 32 bitlik bir bilgidir. Aynı cadde ve sokak adları gibi bölümlüdür ve tek bir kapı sadece tek bir IP adresi ile gösterilir. IP adresleri her biri onlu sayı 0 ila 255 arasında olan 4 gruptan oluşur. Bu gruplar w,x,y,z harfleriyle temsil edilir. Örneğin: Dörtlü gruplardan her biri 8-bitlik bir Internet adresini belirtir. Desimal gösterim : İkili Gösterim : Sonuç olarak network içinde her bilgisayar bir network kartına sahiptir. Her network kartı da tanımlanmış bir adrese sahiptir. Network yöneticisi TCP/IP yazılımını yükleyerek her bir kartın IP adreslerini tanımlar. Bu 1

65 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 4 arada bölümün ileriki kısmında görüleceği gibi DHCP gibi olanaklar IP adreslerinin belirlenmesini kolaylaştırır. Her IP adresi iki kısımdan oluşur. Network ID ve Host ID. Network ID değeri bilgisayarın bulunduğu network (segment) numarasını, Host ID ise bilgisayarın ya da diğer aygıtın numarasını gösterir. Yani mahalle içinde ev numaraları gibi. Bir şehirde 100 mahalle olabilir. Bu yüz tane network ID anlamına gelir. Her mahallede binlerce kapı numarası olabilir. Onlarda host ID anlamına gelir. Bir IP adresi 32 bit uzunluğundadır. Diğer bir deyişle 8-bitlik 4 kısımda oluşur. Her bir kısım binary (ikili) olarak da ifade edileceğinden desimal olarak arasında, ikili olarak da ile arasında değer alır. 32-Bit IP Adresi XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX Adres Sınıfları Değişik büyüklüklerden networklerin (ağların) tasarımı için IP adresleri sınıflandırılmıştır. A, B ve C sınıfları olan IP adresleri değişik aralıklardaki Network ID ve Host ID değerlerini desteklerler. Sınıf İlk bölüm sayıları A B C Örneğin: bir A class IP adresidir bir B class IP adresidir ise bir C class IP adresidir. Hangi sınıftaki adreslerin kaç network sayısını ve kaç host (bilgisayar ya da aygıt) sayısını içerebildikleri aşağıdaki tabloda açıklanmıştır: 2

66 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 4 Sınıf Network sayısı Her networkteki host sayısı Aralık A ,777, B 16,384 65, C 2,097, Alt Ağ Maskesi(Subnetting) Şirketin bölümlerinin ayrı ayrı netwoklere ayrılması durumunda; her ağın kendine ait bir IP adresi olması gerekmektedir. Ancak C sınıfı bir adreste normalde tek bir network adresi vardır. Bu durumda ne olacak? İşte bu durumda bir adres alanını subnetlere bölmek için Subnet Mask olarak bilinen IP maskları kullanılır. Ancak bir diğer konuda kaç subnet oluşturulacak ve her subnet içindeki host sayısı ne olacak? Subnet Mask Subnet mask IP adresinin mask kısmını oluşturur. Böylece TCP/IP, Network adresi ile TCP/IP adresini birbirinden ayırır. Bu sayede Network ID ve Host ID birbirinden ayırt edilir. Örneğin: TCP/IP host'u iletişime başladığında; subnet mask host'un yerel mi yoksa uzak (remote) olduğunu belirtir. Sınıf Subnet mask network sınıfına göre düzenlenir. Varsayım subnet değerleri: Adresi A B C

67 Örneğin; F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 4 IP bloğum ile arası yani C Class bir IP gurubu. Bu IP gurubuna denk gelen Subnet Mask Ben Subnet Mask ımı yaparsam IP gurubundaki herkes birbiriyle haberleşebilir yaparsam IP gurubu bir biriyle haberleşemez yaparsam sadece 6 kullanıcı bir biriyle haberleşebilir. IP adresleri ve Subnet Mask lar 2 li sayı sistemine göre belirlenir. Binary format da 8 adet değer olduğu için açılımı şeklinde olur. Örneğin en çok kullandığımız ve ın nasıl açıldığına bakalım = elde edilir = Maskesiyle beraber AND işlemine tabi tutulur. sonuç olarak; = bulunur. Bu bizim network ID miz oluyor Özel Subnet Mask Yaratmak Network ID ve Host ID değerlerinden oluşan IP adreslerinde özel subnet masklar yaratılarak networklerin bölümlenmesi ve daha etkin çalışması sağlanır. Peki bu durumda networkü kısımlara ayırmak için özel subnet masklar nasıl yaratılacak? Öncelikle network üzerinde kaç tane subnet yaratılacak ona karar verilir. Örneğin şirket networkü üzerinde 6 subnet yaratılacaktır. Network (subnet) sayısı: 6 Binary değeri: Yukarıdaki binary (ikili) değer üç bit uzunluğundadır (110). Bu durumda gereken sayı sol baştan üç bitin oluşturduğu iki değerdir. Sonuç: =224 Bu ikili değerin desimal karşılığı ise 224 dür. Böylece B sınıfı bir adresi için özel subnet mask değeri olarak hesaplanır. 4

68 3. - VOIP SİSTEMİNİN YAPISI F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 4 Sesin IP üzerinden iletilebilmesi için öncelikle analog olan bilginin sayısallaştırılması gerekir. Bu işelem için en uygun analog sayısal dönüştürücü olarak Darbe Kod Modulasyonu (PCM:Pulse Code Modulation) ile yapılır. IP protokolünün kullanıldığı sistemlerde genellikle bilgisayarlar kullanıldığı için en kolay basit Analog/Sayısal(A/D) dönüştürücü bilgisayarların ses kartlarıdır. Ses kartları A/D işlemi PCM ile gerçekleştirir. Bu işlem için önce en az Nyquist oranında örneklenerek örnekler alınır, bu sinyaller kuantalanır, kuanatalanan değerler, uygun ikilik kodlarla kodlanır. VoIP sistemlleri genellikle 4 bitle kodalanır Kodlama Standartları PCM bilgi sinyali band genişliğini uygun kullanabilmek için geliştirilen sıkıştırma teknikleri kullanılır. Bu teknikler Uluslararası Telekomünikasyon Kurumu(ITU:International Telecommunication Union) tarafından belirlenen G.711, G.723, G.729, G.764 gibi standartlar kullanılır. Hazırlık: Deneye gelmeden önce G.711, G.723, G.729, G.764 standartları hakkında araştırma yaparak bir rapor halinde getiriniz. -G.711 PCM: Günümüz PSTN sistemlerinde standart olarak kullanılan 64 Kbit PCM ses kodlama tekniği ile ilgili ITU standardıdır. -G.723.1: 5.3 kbit ve 6.3 kbit olmak üzere çift hızlı ses codec standardıdır. (ITU 96a) -G.726-ADPCM: Adaptive Differatial PCM. 32 Kbit'lik bir kodlamadır. -G.728- CELP: Sesin Code Excited Linear Prediction yöntemi ile 16 kbitte kodlanması metodudur. -G.729-CS-ACELP: Bu standart CS-ACELP (Conjugate Structure-Algebraic Code Excite Linear-Prediction) sıkıştırma tekniğini açıklamaktadır. Bu teknikte ses 8 Kbit'e kadar sıkıştırılmaktadır. Bu standardın iki varyasyonu vardır.(g.729 ve G.729 Annex A) Bu iki standart matematiksel karmaşıklıkta farklılık göstermektedir. Temel olarak ikisi de 32-kbit ADPCM'e benzer ses kalitesi vermektedir VoIP Protokol Mimarisi İnternet üzerinden ses taşınırken iki önemli durum söz konusudur. Birincisi İşaretleşme, ikincisi Veri Aktarımıdır. İşaretleşme; İşaretleşmede; Güncel olarak iki önemli protokolden söz etmek mümkündür. Bunlar - ITU nun bir standardı olan H.323, - Internet Mühendisliği Görev Gücü (IETF:Internet Engineering Task Force) IETF nin bir standardı olan Oturum açma protokolü (SIP:Session Initiation Protocol) dir. Veri Aktarımı; Veri aktarımında; işaretleşmeyle anlaşmaya varan ve senkronize olan iki uç birim cihazının birbirleriyle gerçek zamanlı haberleşmeye başlamasıyla gerçekleşir. - Veri aktarım protokolleri Gerçek zaman protokolü (RTP:Real Time Protocol), - Gerçek zaman kontrol protokolü (RTCP:Real Time Control Protocol), - Kaynak ayırma protokolü (RSCP:Resource Reservation Protocol) dür. 5

69 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY İŞARETLEŞME PROTOKOLLERİ Oturum Başlatma Protokolü( SIP) SIP, IETF nin Multiparty Multimedia Session Control (MMUSIC) grubu tarafından geliştirilen multimedia uygulamaları için bir protokol grubudur. MMUSIC H.323 ün aksine küçük bir çekirdek protokol ile başlayıp bu protokolü ihtiyaçlara göre geliştirmeyi amaçlamıştır. Çok basit bir yapıya sahiptir ve HTML bazlıdır. HTML de kullanılan kodlar ufak değişikliklerle SIP de kullanılabilir. Genişleme yeteneğine sahip bir protokoldür. Zamanla yeni özellikler bu protokole kazandırılabilir. En büyük özelliği, oturumu kullanıcıyı oturuma davet eden protokolden ayırabilmesidir SIP İsimleri ve Adresleri Oturum başlatma Protokolü nde kullanıcılar SIP adresleriyle tanımlıdırlar. Bu adresler e-posta adresleriyle büyük bir benzerlik arz ederler(kullanıcı adı Q servis sağlayıcı). Kullanıcı bölümü bir kullanıcı adı olabileceği gibi bir telefon numarası da olabilmektedir. Servis sağlayıcı ise, bir domain adı olabileceği gibi; bir IP adresi de olabilir.(800@alcatel.com.tr,guest@ ) SIP in Bileşenleri SIP Sistemi temel olarak iki parçadan oluşur. User Agent (Kullanıcı birimi): Kullanıcı birimi kullanıcı adına çalışan uç sistemdir. Bu birim iki parçadan oluşur, İstemci ve Sunucu. İstemci kısmı İstemci Kullanıcı Birimi (User Agent Client - UAC) diye bilinir. Sunucu kısmı ise Sunucu Kullanıcı Birimi (User Agent Server - UAS) şeklinde ifade edilir. Network Servers (Ağ Sunucuları): Bir ağda 3 tip sunucu vardır. Bir kayıt sunucusu, kullanıcıların mevcut lokasyonları ile ilgili bilgileri alır. Bir proxy sunucu ise aldığı istekleri, aranan tarafın lokasyonu hakkında daha fazla bilgiye sahip olan bir sonraki sunucuya iletir. Yönlendirme sunucusu ise, aldığı istek üzerine bir sonraki sunucunun adresini öğrenerek, çağrı isteğini göndermek yerine, bu adresi istemciye iletir. 6

70 SIP Metotları Metot INVITE ACK OPTIONS CANCEL BYE Hata Kodları F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 4 Açıklama Requests a session Final response to the INVITE Ask for server capabilities Cancels a pending request Terminates a session Hata Kod Numarası Açıklama Değer SIP Sırasında Kullanılan 1XX Provisional 100Trying 2XX Successful 200 OK 3XX Redirection 302 Moved Temporarily 4XX Client Error 404 Not Found 5XX Server Error 504 Server Time-out 6XX Global Failure 603 Decline Header Description Examples Indicates acceptable formats. Accept: application/sdp Accept Accept: currency/dollars Authorization Contains encryption information Authorization: pgp info Call-ID Used to uniquely identify a particular session or registration messages. Should have randomness to ensure overall global uniqueness. 7 Call-ID: 1@mars.brooks.net Call-ID: Jan @server.mci.com i: @uunet.com Alternative SIP URL for more direct message routing. Contact: W. Riker, Acting Captain <riker@starfleet.gov> Contact Contact: room203@hotel.com; expires=3600 m: admin@mci.com Content-Length Octet count in message body. Content-Length: 285 Content-Type Content type of message body Content-Type: application/sdp c: application/h.323 CSeq Command Sequence number used to distinguish different requests during the same session. CSeq: 1 INVITE CSeq: 1000 INVITE CSeq: 4325 BYE CSeq: 1 REGISTER Encryption Encryption information. Encryption: pgp info Expires Used to indicate when the message content is no longer valid. Can be a number of seconds or a date and time. Expires: 60 Expires: Thu, 07 Jan :00 CST

71 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY Basit SIP Akışı Proxy siz SIP Proxy li SIP Kullanıcı Kayıt İşlemi-SIP REGISTER sip: :5060 SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP :5060;branch=z9hG4bK*002e-00000ac1-0c72*lbNbSe Via: SIP/2.0/UDP :5060;branch=z9hG4bK2tc0je009gthcbg2n3g0.2 From: <sip:ayhanakbal@alcatel-lucent.com.tr>;tag=24759 To: <sip:ayhanakbal@alcatel-lucent.com.tr> Call-ID: 14332@ CSeq: 208 REGISTER Max-Forwards: 69 Contact: <sip: ayhanakbal-d6kgq6@ :5060;transport=udp>;expires=3600 Expires: 3600 Allow: ACK,BYE,CANCEL,INFO,INVITE,MESSAGE,OPTIONS,REFER, NOTIFY,SUBSCRIBE Supported: path Path: <sip:sdemtm7-v9pmj7a3g162v12040sc4@ :5060;transport=udp;lr> User-Agent: Intellivic/PC Event: registration Allow-Events: presence Content-Length: 0 8

72 3.4. Telco GUI Konfigürasyonu F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 4 Başlat menüsünden SMC3.2.2 Klasörü altında Database Switcher Programı açılır ve veritabanı seçilir. 9

73 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 4 Bütün bu süreçler sonunda smc311 useri ile CSC tekrardan başlatılmalıdır. 1

74 F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 4 Telnet veya serial port üzerinden VOIP servere bağlanılır. Kullanıcı adı şifre ekranına User: root Pass: Daha sonra smc311 kullanıcısına geçilir. su smc311 smc311 kullanıcısına geçildikten sonra. Voip servisleri çalıştırılır(startall). smc311@doors $ startall 4. SENARYOLAR 4.1. REGISTER - Success - Network Trace WireShark Setup Windows SIP-Client'in bulunduğu bilgisayarda kurulu olan wireshark Başlat menüsünden çalıştırılır. Açılan pencereden List Available Interfaces butonuna tıklanır ve trafiğin yapılacağı ethernet kartının yanındaki start butonuna basılır. Senaryo tamamlandıktan sonra Stop Capture butonuna basılıp dinleme durdurulmalıdır. 2

75 Eyebeam Setup F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 4 Kurulan SIP client başlat menüsünden çalıştırılır. Settings Menüsünden aşağıdaki ayarlar ile yeni sip account girişi yapılır ve Apply tuşuna basılır Registering Process Wireshark ile capturing in açık olduğuna emin olduktan sonra Eyebeamde bulunan Settings ekranından Enable this Sip Account işaretlenir ve OK Tuşuna basılır. Aşağıdaki ekran görüntüsü elde edilirse, SIP-Phone CSC'ye başarı ile register olmuş anlamına gelir. Wireshark Capturing veya ilgili Log kapatılabilir. 3

76 Trace Analysis F.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ HABERLEŞME LABORATUVARI DENEY 4 Wireshark ile Capture durdurulduktan sonra çıkan paket listesinde "sip" kelimesi ile filtreleme yapılır. Kalan sonuçlar, senaryoya ait paketleri göstermektedir. Ortadaki bölümden SIP Initiation protocol sekmesinden paket detayları ve SIP mesaj içeriği incelenebilir. SIP mesajinin headerlarının teker teker incelenmesi ile analizi yapılır REGISTER - Success - GKSIPD Log GKSIPD Logunun aktif hale getirilmesi CSC'ye telnet üzerinden smc311 useri ile giriş yapılır ve ini klasörü açılır. 4