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

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{{quiz-Header|Buchseite=Modulationsverfahren/Pulscodemodulation
+
{{quiz-Header|Buchseite=Modulation_Methods/Pulse_Code_Modulation
 
}}
 
}}
  
[[File:P_ID1608__Mod_A_4_2.png|right|frame|Kontinuierliches und diskretes Spektrum]]
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[[File:EN_Mod_A_4_2.png|right|frame|Examples of continuous and discrete spectra]]
Wir betrachten in dieser Aufgabe zwei verschiedene Quellensignale $q_{\rm kon}(t)$ und qdis(t), deren Betrags-Spektren $|Q_{\rm kon}(f)|$ und |Qdis(f)| grafisch dargestellt sind. Die höchste in den Signalen vorkommende Frequenz ist jeweils $4 \ \rm kHz$.
+
We consider in this exercise two different source signals  $q_{\rm con}(t)$  and  qdis(t) whose magnitude spectra  $|Q_{\rm con}(f)|$  and  |Qdis(f)|  are plotted.   The highest frequency occurring in the signals is in each case  4kHz.
* Von der Spektralfunktion $Q_{\rm kon}(f)$ ist nicht mehr bekannt, als dass es sich um ein kontinuierliches Spektrum handelt, wobei gilt:
+
* 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 Qdis(f) beinhaltet Spektrallinien bei $±1 \ \rm kHz,±2 \ \rm kHz,±3 \ \rm kHz$ und $±4 \ \rm kHz$. Somit gilt:
+
* The spectrum  Qdis(f)  contains spectral lines at  ±1 kHz,  ±2 kHz,  ±3 kHz  and  ±4 kHz.  Thus:
:qdis(t)=4i=1Cicos(2πfitφi)
+
:$$q_{\rm dis}(t) = \sum_{i=1}^{4}C_i \cdot \cos (2 \pi \cdot f_i \cdot t - \varphi_i),$$
:mit $C_1 = 1.0 \ \rm V,C_2 = 1.8 \ \rm V,C_3 = 0.8 \ \rm V,C_4 = 0.4 \ \rm V$. Die Phasenwerte φ_1,φ_2 und φ_3 liegen jeweils im Bereich ±18^\circ und es gilt $φ_4 = 90^\circ$.
+
: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.
  
Die Signale werden jeweils mit der Frequenz f_{\rm A} abgetastet und sofort einem idealen, rechteckförmigen Tiefpass mit der Grenzfrequenz f_{\rm G} zugeführt. Dieses Szenario gilt zum Beispiel für
 
* die störungsfreie Pulsamplitudenmodulation (PAM) und
 
* die störungsfreie Pulscodemodulation (PCM) bei unendlich großer Quantisierungsstufenzahl M.
 
  
 +
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.
  
Das Ausgangssignal des (rechteckförmigen) Tiefpasses wird als Sinkensignal v(t) bezeichnet, und für das Fehlersignal gilt ε(t) = v(t) - q(t). Dieses ist nur dann von 0 verschieden, wenn die Parameter der Abtastung (Abtastfrequenz f_{\rm A}) und/oder der Signalrekonstruktion (Grenzfrequenz f_{\rm G}) nicht bestmöglich dimensioniert sind.
 
  
 +
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.
  
''Hinweise:''
 
*Die Aufgabe gehört zum  Kapitel [[Modulationsverfahren/Pulscodemodulation|Pulscodemodulation]].
 
*Bezug genommen wird insbesondere auf die Seiten  [[Modulationsverfahren/Pulscodemodulation#Abtastung_und_Signalrekonstruktion|Abtastung und Signalrekonstruktion]].
 
*Sollte die Eingabe des Zahlenwertes „0” erforderlich sein, so geben Sie bitte „0.” ein.
 
  
  
===Fragebogen===
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Hints:
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*The exercise belongs to the chapter  [[Modulation_Methods/Pulse_Code_Modulation|"Pulse Code Modulation"]].
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*Reference is made in particular to the page  [[Modulation_Methods/Pulse_Code_Modulation#Sampling_and_signal_reconstruction|"Sampling and Signal Reconstruction"]].
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 +
 
 +
===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Welche Aussagen treffen für $f_{\rm A} = 8\ \rm kHz$ und für $f_{\rm G} = 4\ \rm kHz$ 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 $q_{\rm kon}(t)$ lässt sich vollständig rekonstruieren: $ε_{\rm kon}(t) = 0$.
+
+ The signal &nbsp;$q_{\rm con}(t)$&nbsp; can be completely reconstructed: &nbsp; $ε_{\rm con}(t) = 0$.
- Das Signal q_{\rm dis}(t) lässt sich vollständig rekonstruieren: ε_{\rm 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 $f_{\rm A} = 10\ \rm kHz$ und $f_{\rm G} = 5\ \rm kHz$ 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_{\rm dis}(t) lässt sich vollständig rekonstruieren: ε_{\rm dis}(t) = 0.
+
+ The signal &nbsp;q_{\rm dis}(t)&nbsp; can be completely reconstructed: &nbsp; ε_{\rm dis}(t) = 0.
- ε_{\rm dis}(t) ist eine harmonische Schwingung mit $4 \rm kHz$.
+
- ε_{\rm dis}(t)&nbsp; is a harmonic oscillation with &nbsp;4 \rm kHz.
- ε_{\rm dis}(t) ist eine harmonische Schwingung mit $6 \rm kHz$.
+
- ε_{\rm dis}(t)&nbsp; is a harmonic oscillation with &nbsp;6 \rm kHz.
  
{Welche Aussagen treffen für $f_{\rm A} = 10\ \rm kHz$ und $f_{\rm G} = 3.5\ \rm kHz$ 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_{\rm dis}(t) lässt sich vollständig rekonstruieren: ε_{\rm dis}(t) = 0.
+
- The signal &nbsp;q_{\rm dis}(t)&nbsp; can be completely reconstructed: &nbsp; ε_{\rm dis}(t) = 0.
+ ε_{\rm dis}(t) ist eine harmonische Schwingung mit $4 \rm kHz$.
+
+ ε_{\rm dis}(t)&nbsp; is a harmonic oscillation with &nbsp;4 \rm kHz.
- ε_{\rm dis}(t) ist eine harmonische Schwingung mit $6 \rm kHz$.
+
- ε_{\rm dis}(t)&nbsp; is a harmonic oscillation with &nbsp;6 \rm kHz.
  
{Welche Aussagen treffen für $f_{\rm A} = 10\ \rm kHz$ und $f_{\rm G} = 6.5\ \rm kHz$ 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_{\rm dis}(t) lässt sich vollständig rekonstruieren: ε_{\rm dis}(t) = 0.
+
- The signal &nbsp;q_{\rm dis}(t)&nbsp; can be completely reconstructed: &nbsp; ε_{\rm dis}(t) = 0.
- ε_{\rm dis}(t) ist eine harmonische Schwingung mit $4 \rm kHz$.
+
- ε_{\rm dis}(t)&nbsp; is a harmonic oscillation with &nbsp;4 \rm kHz.
+ ε_{\rm dis}(t) ist eine harmonische Schwingung mit $6 \ \rm kHz$.
+
+ ε_{\rm dis}(t)&nbsp; is a harmonic oscillation with &nbsp;6 \ \rm kHz.
  
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
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===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Richtig ist nur die <u>erste Aussage</u>:  
+
'''(1)'''&nbsp; Only the&nbsp; <u>first statement</u>&nbsp; is correct:  
*Die Abtastung von q_{\rm dis}(t) mit der Abtastfrequenz f_{\rm A} = 8 \ \rm kHz führt zu einem irreversiblen Fehler, da Q_{\rm dis}(f) einen diskreten Spektralanteil (Diraclinie) bei $f_4 = 4\ \rm kHz$ beinhaltet und der Phasenwert φ_4 ≠ 0 ist.  
+
*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.  
*Mit dem hier angegebenen Phasenwert φ_4 = 90^\circ (4 kHz– Sinuskomponente) gilt $ε_{\rm dis}(t) = v_{\rm dis}(t) - q_{\rm dis}(t) = -0.4 \ \rm V · \sin(2π · f_4 · t)$. Siehe auch Musterlösung zur Aufgabe 4.2Z.  
+
*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.  
*Dagegen kann das Signal $q_{\rm kon}(t)$ mit dem kontinuierlichen Spektrum $Q_{\rm kon}(f)$ auch dann mit einem Rechteck–Tiefpass (mit der Grenzfrequenz $f_{\rm G} = 4\ \rm   kHz$) vollständig rekonstruiert werden, wenn die Abtastfrequenz $f_{\rm A} = 8\ \rm   kHz$ verwendet wurde. Für alle Frequenzen ungleich f_4 ist das Abtasttheorem erfüllt.  
+
*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.  
*Der Anteil der f_4–Komponente am gesamten Spektrum $Q_{\rm kon}(f)$ ist aber nur verschwindend klein &nbsp; ⇒ &nbsp; {\rm Pr}(f_4) → 0, solange das Spektrum bei f_4 keine Diraclinie aufweist.
+
*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.
 +
 
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'''(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.
  
'''(2)'''&nbsp; Richtig ist nur der <u>Lösungsvorschlag 1</u>:
 
*Mit f_{\rm A} = 10\ \rm  kHz wird das Abtasttheorem in beiden Fällen erfüllt.
 
* Mit f_{\rm G}  = f_{\rm A} /2 sind beide Fehlersignale ε_{\rm kon}(t) und ε_{\rm dis}(t) identisch Null.
 
*Die Signalrekonstruktion funktioniert darüber hinaus auch dann, solange f_{\rm G} > 4 \ \rm  kHz und f_{\rm G} < 6 \ \rm  kHz gilt.
 
  
  
'''(3)'''&nbsp; Richtig ist hier der <u>Lösungsvorschlag 2</u>:
+
'''(3)'''&nbsp; The correct solution here is&nbsp; <u>suggested solution 2</u>:
*Mit $f_{\rm G} = 3.5 \ \rm kHz$ entfernt der Tiefpass fälschlicherweise den 4 kHz–Anteil, das heißt dann gilt:
+
*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}.
 
: 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}.
  
[[File:P_ID1609__Mod_A_4_2d.png|P_ID1609__Mod_A_4_2d.png|right|frame|Signalrekonstruktion mit zu großer Grenzfrequenz]]
 
'''(4)'''&nbsp; Richtig ist hier der <u>Lösungsvorschlag 3</u>:
 
*Durch die Abtastung mit f_{\rm A} = 10\ \rm  kHz ergibt sich das rechts skizzierte periodische Spektrum:
 
*Der Tiefpass entfernt alle diskreten Frequenzanteile mit |f| ≥ 7\ \rm    kHz, nicht aber den 6\ \rm    kHz–Anteil.
 
  
Das Fehlersignal $ε_{\rm dis}(t) = v_{\rm dis}(t) q_{\rm dis}(t)$ ist dann eine harmonische Schwingung mit
+
 
* der Frequenz $f_6 = f_{\rm A} f_4 = 6\ \rm kHz$,
+
[[File:EN_Mod_A_4_2d_neu.png|P_ID1609__Mod_A_4_2d.png|right|frame|Signal reconstruction with too large cutoff frequency]]
* der Amplitude A_4 des f_4–Anteils,
+
'''(4)'''&nbsp; The correct solution here is&nbsp; <u>suggested solution 3</u>:
* der Phase φ_{-4} = -φ_4 des Q(f)–Anteils bei f = -f_4.
+
*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.
 +
 
 +
 
 +
The error signal&nbsp; $ε_{\rm dis}(t) = v_{\rm dis}(t) - q_{\rm dis}(t)$&nbsp; is then a harmonic oscillation with
 +
* the frequency&nbsp; $f_6 = f_{\rm A} - f_4 = 6\ \rm kHz$,
 +
* the amplitude&nbsp; A_4 of the&nbsp; f_4 component,
 +
* the phase&nbsp; φ_{-4} = -φ_4&nbsp; of the&nbsp; Q(f)&nbsp; component at&nbsp; f = -f_4.
  
 
{{ML-Fuß}}
 
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[[Category:Aufgaben zu Modulationsverfahren|^4.1 Pulscodemodulation^]]
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[[Category:Modulation Methods: Exercises|^4.1 Pulse Code Modulation^]]

Latest revision as of 16:31, 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_1φ_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.