Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 4.2: Low-Pass for Signal Reconstruction"

From LNTwww
 
(18 intermediate revisions by 4 users not shown)
Line 1: Line 1:
  
{{quiz-Header|Buchseite=Modulationsverfahren/Pulscodemodulation
+
{{quiz-Header|Buchseite=Modulation_Methods/Pulse_Code_Modulation
 
}}
 
}}
  
[[File:P_ID1608__Mod_A_4_2.png|right|]]
+
[[File:EN_Mod_A_4_2.png|right|frame|Examples of continuous and discrete spectra]]
Wir betrachten in dieser Aufgabe zwei verschiedene Quellensignale $q_{kon}(t)$ und $q_{dis}(t)$, deren Spektralfunktionen $|Q_{kon}(f)|$ und $|Q_{dis}(f)|$ grafisch dargestellt sind. Die höchste in den Signalen vorkommende Frequenz ist jeweils $4 kHz$.
+
We consider in this exercise two different source signals  $q_{\rm con}(t)$  and  $q_{\rm dis}(t)$ whose magnitude spectra  $|Q_{\rm con}(f)|$  and  $|Q_{\rm dis}(f)|$  are plotted.   The highest frequency occurring in the signals is in each case  $4 \rm kHz$.
:* Von der Spektralfunktion $Q{kon}(f)$ ist nicht mehr bekannt, als dass es sich um ein kontinuierliches Spektrum handelt, wobei:
+
* Nothing more is known of the spectral function  $Q_{\rm con}(f)$  than that it is a continuous spectrum,  where:
$$Q_{\rm kon}(|f| \le 4\,{\rm kHz}) \ne 0 \hspace{0.05cm}.$$
+
:$$Q_{\rm con}(|f| \le 4\,{\rm kHz}) \ne 0 \hspace{0.05cm}.$$
:* Das Spektrum $Q_{dis}(f)$ beinhaltet Spektrallinien bei $±1 kHz$, $±2 kHz$, $±3 kHz$ und $±4 kHz$. Somit gilt:
+
* The spectrum  $Q_{\rm dis}(f)$  contains spectral lines at  $±1 \ \rm kHz$,  $±2 \ \rm kHz$,  $±3 \ \rm kHz$  and  $±4 \ \rm kHz$.  Thus:
$$q_{\rm dis}(t) = \sum_{i=1}^{4}C_i \cdot \cos (2 \pi \cdot f_i \cdot t - \varphi_i)$$
+
:$$q_{\rm dis}(t) = \sum_{i=1}^{4}C_i \cdot \cos (2 \pi \cdot f_i \cdot t - \varphi_i),$$
mit $C_1 = 1.0 V$, $C_2 = 1.8 V$, $C_3 = 0.8 V$, $C_4 = 0.4 V$. Die Phasenwerte $φ_1$,$φ_2$ und $φ_3$ liegen jeweils im Bereich $±180°$ und es gilt $φ_4 = 90°$.
+
:Amplitude values:   $C_1 = 1.0 \ \rm V$, $C_2 = 1.8 \ \rm V$, $C_3 = 0.8 \ \rm V$, $C_4 = 0.4 \ \rm V.$
  
Die Signale werden jeweils mit der Frequenz $f_A$ abgetastet und sofort einem idealen, rechteckförmigen Tiefpass mit der Grenzfrequenz $f_G$ zugeführt. Dieses Szenario gilt zum Beispiel für
+
:The phase values  $φ_1$,  $φ_2$  and  $φ_3$  are respectively in the range  $±180^\circ$  and it holds  $φ_4 = 90^\circ$.
:* die störungsfreie Pulsamplitudenmodulation (PAM) und
 
:* die störungsfreie Pulscodemodulation (PCM) bei unendlich großer Quantisierungsstufenzahl M.
 
  
  
Das Ausgangssignal des (rechteckförmigen) Tiefpasses wird als Sinkensignal $υ(t)$ bezeichnet, und für das Fehlersignal gilt $ε(t) = υ(t) – q(t)$. Dieses ist nur dann von 0 verschieden, wenn die Parameter der Abtastung ($f_A$) und/oder der Signalrekonstruktion ($f_G$) nicht bestmöglich dimensioniert sind.
+
The signals are each sampled at frequency  $f_{\rm A}$  and immediately fed to an ideal rectangular low-pass filter with cutoff frequency  $f_{\rm G}$  This scenario applies,  for example,  to
 +
* the interference-free pulse amplitude modulation  $\rm (PAM)$  and
 +
* the interference-free pulse code modulation  $\rm (PCM)$  at infinitely large quantization stage number  $M$.
  
'''Hinweis:''' Die Aufgabe bezieht sich auf den Theorieteil von [http://en.lntwww.de/Modulationsverfahren/Pulscodemodulation Kapitel 4.1].
 
  
===Fragebogen===
+
The output signal of the  (rectangular)  low-pass filter is called the sink signal  $v(t)$  and for the error signal: 
 +
:$$ε(t) = v(t) - q(t).$$
 +
This is different from zero only if the parameters of the sampling  $($sampling frequency $f_{\rm A})$  and/or the signal reconstruction  $($cutoff frequency $f_{\rm G})$  are not dimensioned in the best possible way.
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
Hints:
 +
*The exercise belongs to the chapter  [[Modulation_Methods/Pulse_Code_Modulation|"Pulse Code Modulation"]].
 +
*Reference is made in particular to the page  [[Modulation_Methods/Pulse_Code_Modulation#Sampling_and_signal_reconstruction|"Sampling and Signal Reconstruction"]].
 +
 +
 
 +
 
 +
===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Welche Aussagen treffen für $f_A = 8 kHz$ und für $f_G = 4 kHz$ zu?
+
{Which statements are true for &nbsp;$f_{\rm A} = 8\ \rm kHz$&nbsp; and &nbsp;$f_{\rm G} = 4\ \rm kHz$&nbsp;?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ Das Signal $q_{kon}(t)$ lässt sich vollständig rekonstruieren: $ε_{kon}(t) = 0$
+
+ The signal &nbsp;$q_{\rm con}(t)$&nbsp; can be completely reconstructed: &nbsp; $ε_{\rm con}(t) = 0$.
- Das Signal $q_{dis}(t)$ lässt sich vollständig rekonstruieren: $ε_{dis}(t) = 0$.
+
- The signal &nbsp;$q_{\rm dis}(t)$&nbsp; can be completely reconstructed: &nbsp; $ε_{\rm dis}(t) = 0$.
  
  
{Welche Aussagen treffen für $f_A = 10 kHz$ und $f_G = 5 kHz$ zu?
+
{Which statements are true for &nbsp;$f_{\rm A} = 10\ \rm kHz$&nbsp; and &nbsp;$f_{\rm G} = 5\ \rm kHz$&nbsp;?
|type="[]"}
+
|type="()"}
+ Das Signal $q_{dis}(t)$ lässt sich vollständig rekonstruieren: $ε_{dis}(t) = 0$.
+
+ The signal &nbsp;$q_{\rm dis}(t)$&nbsp; can be completely reconstructed: &nbsp; $ε_{\rm dis}(t) = 0$.
- $ε_{dis}(t)$ ist eine harmonische Schwingung mit $4 kHz$.
+
- $ε_{\rm dis}(t)$&nbsp; is a harmonic oscillation with &nbsp;$4 \rm kHz$.
- $ε_{dis}(t)$ ist eine harmonische Schwingung mit $6 kHz$.
+
- $ε_{\rm dis}(t)$&nbsp; is a harmonic oscillation with &nbsp;$6 \rm kHz$.
  
{Welche Aussagen treffen für $f_A = 10 kHz$ und $f_G = 3.5 kHz$ zu?
+
{Which statements are true for &nbsp;$f_{\rm A} = 10\ \rm kHz$&nbsp; and &nbsp;$f_{\rm G} = 3.5\ \rm kHz$&nbsp;?
|type="[]"}
+
|type="()"}
- Das Signal $q_{dis}(t)$ lässt sich vollständig rekonstruieren: $ε_{dis(t)} = 0$.
+
- The signal &nbsp;$q_{\rm dis}(t)$&nbsp; can be completely reconstructed: &nbsp; $ε_{\rm dis}(t) = 0$.
+ $ε_{dis}(t)$ ist eine harmonische Schwingung mit $4 kHz$.
+
+ $ε_{\rm dis}(t)$&nbsp; is a harmonic oscillation with &nbsp;$4 \rm kHz$.
- $ε_{dis}(t)$ ist eine harmonische Schwingung mit $6 kHz$.
+
- $ε_{\rm dis}(t)$&nbsp; is a harmonic oscillation with &nbsp;$6 \rm kHz$.
  
{Welche Aussagen treffen für $f_A = 10 kHz$ und $f_G = 6.5 kHz$ zu?
+
{Which statements are true for &nbsp;$f_{\rm A} = 10\ \rm kHz$&nbsp; and &nbsp;$f_{\rm G} = 6.5\ \rm kHz$?
|type="[]"}
+
|type="()"}
- Das Signal $q_{dis}(t)$ lässt sich vollständig rekonstruieren: $ε_{dis}(t) = 0$.
+
- The signal &nbsp;$q_{\rm dis}(t)$&nbsp; can be completely reconstructed: &nbsp; $ε_{\rm dis}(t) = 0$.
- $ε_{dis}(t)$ ist eine harmonische Schwingung mit $4 kHz$.
+
- $ε_{\rm dis}(t)$&nbsp; is a harmonic oscillation with &nbsp;$4 \rm kHz$.
+ $ε_{dis}(t)$ ist eine harmonische Schwingung mit $6 kHz$.
+
+ $ε_{\rm dis}(t)$&nbsp; is a harmonic oscillation with &nbsp;$6 \ \rm kHz$.
  
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''1.''' Richtig ist nur die erste Aussage. Die Abtastung von $q_{dis}(t)$ mit der Abtastfrequenz $f-A = 8 kHz$ führt zu einem irreversiblen Fehler, da $Q_{dis}(f)$ einen diskreten Spektralanteil (Diraclinie) bei $f_4 = 4 kHz$ beinhaltet und der Phasenwert $φ_4 ≠ 0$ ist. Mit dem hier angegebenen Phasenwert $φ_4 = 90°$ (4 kHz– Sinuskomponente) gilt $ε_{dis}(t) = υ_{dis}(t) q_{dis}(t) = –0.4 V · sin(2π · f_4 · t)$. Siehe auch Musterlösung zur [http://en.lntwww.de/Aufgaben:4.2Z_Abtasttheorem Aufgabe Z4.2].  
+
'''(1)'''&nbsp; Only the&nbsp; <u>first statement</u>&nbsp; is correct:
 +
*Sampling&nbsp; $q_{\rm dis}(t)$&nbsp; with sampling frequency&nbsp; $f_{\rm A} = 8 \ \rm kHz$&nbsp; leads to an irreversible error,&nbsp; since&nbsp; $Q_{\rm dis}(f)$&nbsp; involves a discrete spectral component&nbsp; (Dirac delta line)&nbsp; at&nbsp; $f_4 = 4\ \rm kHz$&nbsp; and the phase value is&nbsp; $φ_4 ≠ 0$.  
 +
*With the phase value&nbsp; $φ_4 = 90^\circ$&nbsp; $(4 \ \rm kHz$&nbsp; sinusoidal component$)$&nbsp;  given here holds&nbsp; $ε_{\rm dis}(t) = v_{\rm dis}(t) - q_{\rm dis}(t) = -0. 4 \ \rm V - \sin(2π \cdot f_4 \cdot t)$.&nbsp; See also solution to Exercise 4.2Z.
 +
*On the other hand,&nbsp; the signal&nbsp; $q_{\rm con}(t)$&nbsp; with the continuous spectrum&nbsp; $Q_{\rm con}(f)$&nbsp; can also then be measured with a rectangular low-pass filter&nbsp; $($with cutoff frequency&nbsp; $f_{\rm G} = 4\ \rm kHz)$&nbsp; be completely reconstructed if sampling frequency&nbsp; $f_{\rm A} = 8\ \rm kHz$&nbsp; was used. &nbsp; For all frequencies not equal to&nbsp; $f_4$&nbsp; the sampling theorem is satisfied.  
 +
*The contribution of the&nbsp; $f_4$ component to the total spectrum&nbsp; $Q_{\rm con}(f)$&nbsp; is only vanishingly small &nbsp; ⇒ &nbsp; ${\rm Pr}(f_4) → 0$&nbsp; as long as the spectrum has no Dirac delta line  at&nbsp; $f_4$.
 +
 
 +
 
 +
 
 +
'''(2)'''&nbsp; Only the&nbsp; <u>proposed solution 1</u>&nbsp; is correct:
 +
*With&nbsp; $f_{\rm A} = 10\ \rm kHz$&nbsp; the sampling theorem is satisfied in both cases.
 +
*With&nbsp; $f_{\rm G} = f_{\rm A} /2$&nbsp; both error signals&nbsp; $ε_{\rm con}(t)$&nbsp; and&nbsp; $ε_{\rm dis}(t)$&nbsp; are identically zero.
 +
*In addition,&nbsp; the signal reconstruction also works as long as&nbsp; $f_{\rm G} > 4 \ \rm kHz$&nbsp; and&nbsp; $f_{\rm G} < 6 \ \rm kHz$&nbsp; holds.
  
Dagegen kann das Signal $q_{kon}(t)$ mit dem kontinuierlichen Spektrum $Q_{kon}(f)$ auch dann mit einem Rechteck–Tiefpass (mit der Grenzfrequenz $f_G = 4 kHz$) vollständig rekonstruiert werden, wenn die Abtastfrequenz $f_A = 8 kHz$ verwendet wurde. Für alle Frequenzen ungleich $f_4$ ist das Abtasttheorem erfüllt. Der Anteil der $f_4$–Komponente am gesamten Spektrum $Q_{kon}(f)$ ist aber nur verschwindend klein ⇒ $Pr(f_4) → 0$, solange das Spektrum bei f4 keine Diraclinie aufweist.
 
  
  
'''2.''' Mit $f-A = 10 kHz$ wird das Abtasttheorem in beiden Fällen erfüllt und mit $f_G = f_A/2$ sind beide Fehlersignale $ε_{kon}(t)$ und $ε_{dis}(t)$ gleich 0 ⇒ Richtig ist nur der Lösungsvorschlag 1.
+
'''(3)'''&nbsp; The correct solution here is&nbsp; <u>suggested solution 2</u>:
 +
*With&nbsp; $f_{\rm G} = 3.5 \ \rm kHz$&nbsp; the low-pass incorrectly removes the&nbsp; $4\ \rm kHz$ component,&nbsp; that is,&nbsp; then holds:
 +
:$$ v_{\rm dis}(t) = q_{\rm dis}(t) - 0.4\,{\rm V} \cdot \sin (2 \pi \cdot f_{\rm 4} \cdot t)\hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} \varepsilon_{\rm dis}(t) = - 0.4\,{\rm V} \cdot \sin (2 \pi \cdot f_{\rm 4} \cdot t)\hspace{0.05cm}.$$
  
Die Signalrekonstruktion funktioniert darüber hinaus auch dann, solange $f_G > 4 kHz$ und $f_G < 6 kHz$ gilt.
 
  
  
'''3.''' Mit $f_G = 3.5 kHz$ entfernt der Tiefpass fälschlicherweise den $4 kHz$–Anteil, das heißt dann gilt:
+
[[File:EN_Mod_A_4_2d_neu.png|P_ID1609__Mod_A_4_2d.png|right|frame|Signal reconstruction with too large cutoff frequency]]
$$ v_{\rm dis}(t) = q_{\rm dis}(t) - 0.4\,{\rm V} \cdot \sin (2 \pi \cdot f_{\rm 4} \cdot t)\hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} \varepsilon_{\rm dis}(t) = - 0.4\,{\rm V} \cdot \sin (2 \pi \cdot f_{\rm 4} \cdot t)\hspace{0.05cm}.$$
+
'''(4)'''&nbsp; The correct solution here is&nbsp; <u>suggested solution 3</u>:
⇒ Richtig ist hier der Lösungsvorschlag 2.
+
*Sampling with&nbsp; $f_{\rm A} = 10\ \rm kHz$&nbsp; yields the periodic spectrum sketched on the right.
 +
*The low-pass with&nbsp; $f_{\rm G} = 6.5 \ \rm kHz$&nbsp; removes all discrete frequency components with&nbsp; $|f| ≥ 7\ \rm kHz$,&nbsp; but not the&nbsp; $6\ \rm kHz$ component.  
  
'''4.'''  Durch die Abtastung mit $f_A = 10 kHz$ ergibt sich das folgende periodische Spektrum:
 
[[File:P_ID1609__Mod_A_4_2d.png|P_ID1609__Mod_A_4_2d.png]]
 
  
Der Tiefpass entfernt alle diskreten Frequenzanteile mit $|f| ≥ 7 kHz$, nicht aber den $6 kHz$–Anteil. Das Fehlersignal $ε_{dis}(t) = υ_{dis}(t) q_{dis}(t)$ ist dann eine harmonische Schwingung mit
+
The error signal&nbsp; $ε_{\rm dis}(t) = v_{\rm dis}(t) - q_{\rm dis}(t)$&nbsp; is then a harmonic oscillation with
:* der Frequenz $f_6 = f_A – f_4 = 6 kHz$,
+
* the frequency&nbsp; $f_6 = f_{\rm A} - f_4 = 6\ \rm kHz$,
:* der Amplitude $A_4$ des $f_4$–Anteils,
+
* the amplitude&nbsp; $A_4$ of the&nbsp; $f_4$ component,
:* der Phase $φ_{–4} = –φ_4$ des $Q(f)$–Anteils bei $f = –f_4$.
+
* the phase&nbsp; $φ_{-4} = -φ_4$&nbsp; of the&nbsp; $Q(f)$&nbsp; component at&nbsp; $f = -f_4$.
  
⇒ Richtig ist hier der Lösungsvorschlag 3.
 
 
{{ML-Fuß}}
 
{{ML-Fuß}}
  
  
  
[[Category:Aufgaben zu Modulationsverfahren|^4.1 Pulscodemodulation^]]
+
[[Category:Modulation Methods: Exercises|^4.1 Pulse Code Modulation^]]

Latest revision as of 15:31, 18 January 2023

Examples of continuous and discrete spectra

We consider in this exercise two different source signals  $q_{\rm con}(t)$  and  $q_{\rm dis}(t)$ whose magnitude spectra  $|Q_{\rm con}(f)|$  and  $|Q_{\rm dis}(f)|$  are plotted.   The highest frequency occurring in the signals is in each case  $4 \rm kHz$.

  • Nothing more is known of the spectral function  $Q_{\rm con}(f)$  than that it is a continuous spectrum,  where:
$$Q_{\rm con}(|f| \le 4\,{\rm kHz}) \ne 0 \hspace{0.05cm}.$$
  • The spectrum  $Q_{\rm dis}(f)$  contains spectral lines at  $±1 \ \rm kHz$,  $±2 \ \rm kHz$,  $±3 \ \rm kHz$  and  $±4 \ \rm kHz$.  Thus:
$$q_{\rm dis}(t) = \sum_{i=1}^{4}C_i \cdot \cos (2 \pi \cdot f_i \cdot t - \varphi_i),$$
Amplitude values:   $C_1 = 1.0 \ \rm V$, $C_2 = 1.8 \ \rm V$, $C_3 = 0.8 \ \rm V$, $C_4 = 0.4 \ \rm V.$
The phase values  $φ_1$,  $φ_2$  and  $φ_3$  are respectively in the range  $±180^\circ$  and it holds  $φ_4 = 90^\circ$.


The signals are each sampled at frequency  $f_{\rm A}$  and immediately fed to an ideal rectangular low-pass filter with cutoff frequency  $f_{\rm G}$  This scenario applies,  for example,  to

  • the interference-free pulse amplitude modulation  $\rm (PAM)$  and
  • the interference-free pulse code modulation  $\rm (PCM)$  at infinitely large quantization stage number  $M$.


The output signal of the  (rectangular)  low-pass filter is called the sink signal  $v(t)$  and for the error signal: 

$$ε(t) = v(t) - q(t).$$

This is different from zero only if the parameters of the sampling  $($sampling frequency $f_{\rm A})$  and/or the signal reconstruction  $($cutoff frequency $f_{\rm G})$  are not dimensioned in the best possible way.



Hints:


Questions

1

Which statements are true for  $f_{\rm A} = 8\ \rm kHz$  and  $f_{\rm G} = 4\ \rm kHz$ ?

The signal  $q_{\rm con}(t)$  can be completely reconstructed:   $ε_{\rm con}(t) = 0$.
The signal  $q_{\rm dis}(t)$  can be completely reconstructed:   $ε_{\rm dis}(t) = 0$.

2

Which statements are true for  $f_{\rm A} = 10\ \rm kHz$  and  $f_{\rm G} = 5\ \rm kHz$ ?

The signal  $q_{\rm dis}(t)$  can be completely reconstructed:   $ε_{\rm dis}(t) = 0$.
$ε_{\rm dis}(t)$  is a harmonic oscillation with  $4 \rm kHz$.
$ε_{\rm dis}(t)$  is a harmonic oscillation with  $6 \rm kHz$.

3

Which statements are true for  $f_{\rm A} = 10\ \rm kHz$  and  $f_{\rm G} = 3.5\ \rm kHz$ ?

The signal  $q_{\rm dis}(t)$  can be completely reconstructed:   $ε_{\rm dis}(t) = 0$.
$ε_{\rm dis}(t)$  is a harmonic oscillation with  $4 \rm kHz$.
$ε_{\rm dis}(t)$  is a harmonic oscillation with  $6 \rm kHz$.

4

Which statements are true for  $f_{\rm A} = 10\ \rm kHz$  and  $f_{\rm G} = 6.5\ \rm kHz$?

The signal  $q_{\rm dis}(t)$  can be completely reconstructed:   $ε_{\rm dis}(t) = 0$.
$ε_{\rm dis}(t)$  is a harmonic oscillation with  $4 \rm kHz$.
$ε_{\rm dis}(t)$  is a harmonic oscillation with  $6 \ \rm kHz$.


Solution

(1)  Only the  first statement  is correct:

  • Sampling  $q_{\rm dis}(t)$  with sampling frequency  $f_{\rm A} = 8 \ \rm kHz$  leads to an irreversible error,  since  $Q_{\rm dis}(f)$  involves a discrete spectral component  (Dirac delta line)  at  $f_4 = 4\ \rm kHz$  and the phase value is  $φ_4 ≠ 0$.
  • With the phase value  $φ_4 = 90^\circ$  $(4 \ \rm kHz$  sinusoidal component$)$  given here holds  $ε_{\rm dis}(t) = v_{\rm dis}(t) - q_{\rm dis}(t) = -0. 4 \ \rm V - \sin(2π \cdot f_4 \cdot t)$.  See also solution to Exercise 4.2Z.
  • On the other hand,  the signal  $q_{\rm con}(t)$  with the continuous spectrum  $Q_{\rm con}(f)$  can also then be measured with a rectangular low-pass filter  $($with cutoff frequency  $f_{\rm G} = 4\ \rm kHz)$  be completely reconstructed if sampling frequency  $f_{\rm A} = 8\ \rm kHz$  was used.   For all frequencies not equal to  $f_4$  the sampling theorem is satisfied.
  • The contribution of the  $f_4$ component to the total spectrum  $Q_{\rm con}(f)$  is only vanishingly small   ⇒   ${\rm Pr}(f_4) → 0$  as long as the spectrum has no Dirac delta line at  $f_4$.


(2)  Only the  proposed solution 1  is correct:

  • With  $f_{\rm A} = 10\ \rm kHz$  the sampling theorem is satisfied in both cases.
  • With  $f_{\rm G} = f_{\rm A} /2$  both error signals  $ε_{\rm con}(t)$  and  $ε_{\rm dis}(t)$  are identically zero.
  • In addition,  the signal reconstruction also works as long as  $f_{\rm G} > 4 \ \rm kHz$  and  $f_{\rm G} < 6 \ \rm kHz$  holds.


(3)  The correct solution here is  suggested solution 2:

  • With  $f_{\rm G} = 3.5 \ \rm kHz$  the low-pass incorrectly removes the  $4\ \rm kHz$ component,  that is,  then holds:
$$ v_{\rm dis}(t) = q_{\rm dis}(t) - 0.4\,{\rm V} \cdot \sin (2 \pi \cdot f_{\rm 4} \cdot t)\hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} \varepsilon_{\rm dis}(t) = - 0.4\,{\rm V} \cdot \sin (2 \pi \cdot f_{\rm 4} \cdot t)\hspace{0.05cm}.$$


Signal reconstruction with too large cutoff frequency

(4)  The correct solution here is  suggested solution 3:

  • Sampling with  $f_{\rm A} = 10\ \rm kHz$  yields the periodic spectrum sketched on the right.
  • The low-pass with  $f_{\rm G} = 6.5 \ \rm kHz$  removes all discrete frequency components with  $|f| ≥ 7\ \rm kHz$,  but not the  $6\ \rm kHz$ component.


The error signal  $ε_{\rm dis}(t) = v_{\rm dis}(t) - q_{\rm dis}(t)$  is then a harmonic oscillation with

  • the frequency  $f_6 = f_{\rm A} - f_4 = 6\ \rm kHz$,
  • the amplitude  $A_4$ of the  $f_4$ component,
  • the phase  $φ_{-4} = -φ_4$  of the  $Q(f)$  component at  $f = -f_4$.