5.1 0p from connections
Figuren nedan visar spektrumet för en amplitudmodulerad signal s(t) = x(t)·cos(ωc t), där ωc = 2πfc och fc >> B. [S(f) visas som två trianglar centrerade vid ±fc med toppvärde 3 o…
Show full question
Figuren nedan visar spektrumet för en amplitudmodulerad signal s(t) = x(t)·cos(ωc t), där ωc = 2πfc och fc >> B.
[S(f) visas som två trianglar centrerade vid ±fc med toppvärde 3 och bredd B: från fc-B till fc+B och från -fc-B till -fc+B]
Signalen s(t) samplas idealt med sampelfrekvensen fs = fc och rekonstrueras därefter idealt till signalen y(t).
a) Skissera den samplade signalens spektrum bar{S}(f) och den rekonstruerade signalens spektrum bar{Y}(f).
b) Hur skiljer sig den rekonstruerade signalen y(t) från x(t)? Vilken AM-relaterad funktion har samplings- och rekonstruktionssystemet?
Solution (notes)
a) Ideal sampling ⇒ s̄(t) = s(t)·δs(t)
⇒ S̄(ω) = 1/T Σ_{n=-∞}^{∞} S(ω - n·ωs)
⇒ S̄(f) = fs · Σ_{n=-∞}^{∞} S(f - n·fs), fs = fc
⇒ Skala S(f) med fs = fc och upprepa med perioden fc:
(ritad frekvensbild med trianglar vid ±B med period fc)
⇒ De fc-periodiska upprepningarna innebär att tvåa "trianglar" hamnar centrerade vid samma frekvenser f = n·fc ⇒ A = 3·fs·2 = 6·fc (fs = fc)
Vid ideal rekonstruktion används följande frekvensfunktion hos rekonstruktionsfiltret, för att bara släppa igenom spektrumet för |ω| < ωs/2, skalad med T (för att kompensera för skalningen 1/T som uppstår vid sampling):
H(ω) = T·rect(ωT / 2π) ⇒ H(f) = T·rect(fT)
(ritade figurer för H(f) och Y(f)=S̄(f)·H(f))
b) Vid AM-modulering enligt uppgift, s(t) = x(t)·cos(ωc t), så flyttas spektrumet X(f) (centrerad kring f=0) till ±fc och skalas med en faktor 1/2. Det innebär att X̄(f) ser ut som Ȳ(f), dvs. y(t) = x(t).
Samplings- och rekonstruktionssystemet har "flyttat tillbaka" spektruminnehållet från ±fc till att ligga centrerat runt f=0 ⇒ Systemet utför en AM-demodulering.
Connections (5) est. points: 0
exam_1, assignment 6
6 p
Snippet: "Betrakta nedanstående kaskadkopplade system, bestående av likformig sampling av x(t) följt av en multiplikation av den samplade signalen x[n] med (−1)^n, samt ideal rekonstruktion genom pulsamplitudmodulering (PAM). Samplingsfrekvensen är f_s = 8 kHz. Insignalen x(t) är en sinc^2-funktion med frekvensspektrum triangulärt bandbegränsat mellan −4 kHz och 4 kHz." Connection: This exam question asks for the sampled-spectrum, the effect of a discrete modulation (−1)^n) and the ideal PAM reconstruction—directly using the ideal sampling theorem, spectral repetitions, and ideal reconstruction filter (H(f)=T·rect) treated in lesson 5.1. The lesson covers the core derivation and drawing of S̄(f), replication with period f_s, and ideal reconstruction; that knowledge would give most points for part (a) (spectrum sketches) and the reconstruction reasoning here.
exam_2, assignment 4
5 p
Snippet: "Den tidskontinuerliga signalen x(t)=Δ(t/2) samplas idealt med sampelfrekvensen f_s = 2 Hz ... Samplingen resulterar i den tidsdiskreta signalen x[n], som i sin tur är insignal till ett tidsdiskret energifritt LTI-system med impulssvar h[n] = 1/2 sinc_N(n/2) ... Rita utsignalens amplitudspektrum |Y(Ω)|." Connection: The task requires forming the sampled continuous-to-discrete spectrum (periodic replications), mapping to discrete-frequency X(Ω), and then applying a discrete-time filter H[Ω] — the lesson's derivation of ideal sampling S̄(f)=f_s Σ S(f−n f_s) and the role of a rect-shaped reconstruction/pass filter are directly applicable. The exam is not identical (it moves on to a discrete filter and specific fs), so I assign partial credit (about 5 of the question's 8 points) for mastery of the sampling/repetition and filtering concepts covered in 5.1.
exam_6, assignment 6
3 p
Snippet: "Det tidsdiskreta LTI-systemet ... består av ett idealt lågpassfilter som föregås och efterföljs av en multiplikation med (−1)^n ... a) Rita det totala systemets frekvensfunktion H[Ω]. b) Vilken typ av frekvensselektivt filter utgör det totala systemet?" Connection: Multiplication by (−1)^n is a discrete-time modulation that shifts the spectrum by π (analogous to continuous-time AM shifting by ±f_c in lesson 5.1). Understanding how modulation shifts spectra and how an ideal rectangular passband selects components (as in lesson 5.1's H(f)=T·rect) is a prerequisite to sketching H[Ω] and identifying the resulting filter type. This is not identical (discrete-time vs continuous-time and double modulation), so no full credit — assigned ~3 points of relevance.
exam_3, assignment 6
3 p
Snippet: "Signalen x(t)=75/(25 t^2 + 1) samplas likformigt med sampelfrekvens f_s ... Efter samplingen kan fouriertransformen approximeras med hjälp av DFT ... b) Sätt upp ett uttryck för X_d[Ω] som funktion av X(f), samt rita amplitudspektrumet |X_d[Ω]| ..." Connection: This asks for the sampled-signal spectrum (periodic repetitions and scaling) and mapping to discrete-frequency, directly using the sampling identity S̄(f)=f_s Σ S(f−n f_s) treated in lesson 5.1. The lesson gives the core formula and reconstruction/filtering context; additional DFT/DFT-length selection details in the exam are extra, so I give moderate credit (~3 points).
exam_5, assignment 6(g)
–
Snippet: "g) Vid sampling av en tidskontinuerlig signal med bandbredd B Hz, så kan den samplade signalen rekonstrueras tillbaka om samplingsfrekvensen f_s är minst dubbelt så stor som B." Connection: This is the Nyquist sampling criterion — a direct conceptual prerequisite of lesson 5.1 (derivation of spectral repetitions and the need to avoid overlap, f_s > 2B). It's foundational but a brief theory statement rather than a multi-step problem, so I mark this as a prerequisite (no points awarded here).