東北大学 工学研究科 電気・情報系 2018年3月実施 専門科目 問題2 通信工学
Author
祭音Myyura (co-authored with GPT 5.6 SOL)
Description
日本語版
Fig. 2 に示す送信器を考える。送信信号として、[−fm,fm] に帯域制限された信号 g(t) を考える。また 0<fm≪fc とする。ここで fc は搬送波周波数である。以下の問に答えよ。
(1) 信号 g(t) が次の周期 T のインパルス系列 ps(t) を用いて標本化される。
gs(t)=g(t)ps(t),ps(t)=n=−∞∑+∞δ(t−nT).
ここで、gs(t) は標本化された信号、δ(t) は単位インパルス関数である。
(a) ps(t) のフーリエ変換を Ps(f) とする。以下の式が成り立つことを示せ。
Ps(f)=T1n=−∞∑+∞δ(f−Tn).
(b) g(t)、gs(t) のフーリエ変換をそれぞれ G(f)、Gs(f) とする。以下の式が成り立つことを示せ。
Gs(f)=T1n=−∞∑+∞G(f−Tn).
必要に応じて以下の公式を用いてよい。
∫−∞+∞δ(x−a)f(x)dx=f(a).
ここで、f(x) は実関数、a は実数である。
(c) 標本化された信号 gs(t) から元の信号 g(t) を復元するために必要な標本周期 T の条件を示せ。
(2) 標本化された gs(t) を量子化及び符号化することでバイナリ系列 {an}(n は整数)を得る。両側波帯 (DSB) 変調器に入力される信号 um(t) は、以下の式で表される。
um(t)=n=−∞∑∞bnu(t−nTb).
ここで、bn は an の値によって定まる係数で、Tb は 1 ビットあたりのパルス幅で、u(t) は以下の式で与えられる単位パルス信号である。
u(t)={100≤t≤Tb のときその他
送信器出力を位相シフトキーイングとする場合、bn を以下のように定める。
bn={−AAan=0 のときan=1 のとき
このときバイナリ系列 {an} を (0,1) の無限繰り返し系列 (…,0,1,0,1,…) とした場合、DSB 変調器入力信号 um(t) のフーリエ級数を求めよ。ただし a0=0 である。
题目描述
信号 g(t) 的频谱限制在 [−fm,fm],其中 0<fm≪fc,fc 为载波频率。
- 用周期冲激列 ps(t)=∑n∈Zδ(t−nT) 采样,得到 gs(t)=g(t)ps(t)。
- (a) 证明 Ps(f)=T1∑n∈Zδ(f−n/T)。
- (b) 证明 Gs(f)=T1∑n∈ZG(f−n/T)。
- (c) 求能从 gs(t) 恢复 g(t) 的采样周期条件。
- 采样信号经量化编码得到二进制序列 an,再转换为 DSB 调制器的输入
um(t)=n∈Z∑bnu(t−nTb),u(t)={1,0,0≤t≤Tb,其他,
其中 bn=−A(an=0),bn=A(an=1)。若 an 为无限交替序列 …,0,1,0,1,…,且 a0=0,求 um(t) 的 Fourier 级数。
Kai
(1)
(a) 周期冲激列的每个 Fourier 系数为 1/T,故在分布意义下
ps(t)=T1n∈Z∑ei2πnt/T⟹Ps(f)=T1n∈Z∑δ(f−n/T).
(b) 由时域相乘对应频域卷积,
Gs(f)=G∗Ps(f)=T1n∈Z∑G(f−n/T).
(c) 频谱副本不重叠要求 1/T>2fm,即
0<T<2fm1.
此时用通带增益 T、截止频率位于 fm 与 1/T−fm 之间的理想低通即可恢复。若已排除带宽端点的非零谱线,可允许临界等号。
(2)
um 的周期为 2Tb,在 (0,Tb) 为 −A,在 (−Tb,0) 为 A,故为奇函数,只含正弦项。第 n 个正弦系数为
βn=Tb2∫0Tb(−A)sinTbnπtdt=−nπ2A(1−(−1)n).
因此
um(t)=−π4Ak=0∑∞2k+11sinTb(2k+1)πt.
跳跃点处 Fourier 级数取左右极限均值 0。