Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 5.3: Mean Square Error"

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{{quiz-Header|Buchseite=*Buch*/*Kapitel*
+
{{quiz-Header|Buchseite=Signal_Representation/Possible_Errors_When_Using_DFT
 
}}
 
}}
  
[[File:P_ID1145__Sig_A_5_3.png|250px|right|Mittlerer quadratischer Fehler bei DFT-Anwendung (Aufgabe A5.3)]]
+
[[File:P_ID1145__Sig_A_5_3.png|250px|right|frame|Gaussian pulse, square pulse, <br>sinc pulse and some parameters]]
  
Wir betrachten drei impulsartige Signale, nämlich
+
We consider three pulses, namely
einen Gaußimpuls entsprechend
+
*a&nbsp; [[Signal_Representation/Special_Cases_of_Pulses#Gaussian_pulse|Gaussian pulse]]&nbsp; with amplitude&nbsp; $A$&nbsp; and  equivalent duration&nbsp; $T$:
 
   
 
   
$$x_1(t) = A \cdot {\rm e}^{- \pi (t/T)^2} \hspace{0.05cm},$$
+
:$$x_1(t) = A \cdot {\rm e}^{- \pi (t/T)^2} \hspace{0.05cm},$$
  
einen Rechteckimpuls x2(t) mit der Amplitude A und der Dauer T,
+
*a&nbsp; [[Signal_Representation/Special_Cases_of_Pulses#Rectangular_pulse|rectangular pulse]]&nbsp; $x_2(t)$&nbsp; with amplitude&nbsp; $A$&nbsp; and (equivalent) duration&nbsp; $T$:
 
   
 
   
$$x_2(t)  = \left\{ \begin{array}{c} A \\
+
:$$x_2(t)  = \left\{ \begin{array}{c} A \\
 
  0 \\  \end{array} \right.\quad
 
  0 \\  \end{array} \right.\quad
 
\begin{array}{*{10}c}    {\rm{f\ddot{u}r}}
 
\begin{array}{*{10}c}    {\rm{f\ddot{u}r}}
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\end{array}$$
 
\end{array}$$
  
einen Spaltimpuls gemäß
+
*a so called&nbsp; "sinc pulse"&nbsp; according to the following definition:
 
   
 
   
$$x_3(t) = A \cdot {\rm si}(\pi \cdot t/ T) ,\hspace{0.15cm}{\rm si}(x) =
+
:$$x_3(t) = A \cdot {\rm sinc}(t/ T) ,\hspace{0.15cm}{\rm sinc}(x) =
  \sin(x)/x\hspace{0.05cm}.$$
+
  \sin(\pi x)/(\pi  x)\hspace{0.05cm}.$$
  
Die Signalparameter seien A = 1 V und T = 1 ms.
+
Let the signal parameters be&nbsp; $A = 1\ {\rm V}$&nbsp;  and&nbsp; $T = 1\ {\rm ms}$ in each case.
Die konventionelle Fouriertransformation ⇒  siehe Kapitel 3.1 führt zu folgenden Spektralfunktionen:
+
 
X1(f) ist ebenfalls gaußförmig,
+
The conventional&nbsp; [[Signal_Representation/Fourier_Transform_and_Its_Inverse|Fourier transform]]&nbsp; leads to the following spectral functions:
X2(f) verläuft entsprechend der si–Funktion,
+
* $X_1(f)$&nbsp; is also Gaussian,
X3(f) ist für |f| < 1/(2T) konstant und außerhalb 0.
+
* $X_2(f)$&nbsp; runs according to the&nbsp; $\rm sinc$ function,
Für alle Spektralfunktionen gilt X(f = 0) = A · T.
+
* $X_3(f)$&nbsp; is constant for&nbsp; $|f| < 1/(2 T)$&nbsp; and outside zero.
Ermittelt man das frequenzdiskrete Spektrum durch die Diskrete Fouriertransformation (DFT) mit den DFT-Parametern N = 512 und fA · T = 1/4, 1/8 bzw. 1/16, so wird dies aufgrund von Abbruch– und/oder Aliasingfehler zu Verfälschungen führen. Hierbei gibt N die Anzahl der berücksichtigten Abtastwerte im Zeit– und Frequenzbereich an und fA den Stützstellenabstand im Frequenzbereich. Die weiteren DFT–Parameter liegen mit N und fA eindeutig fest. Für diese gilt:
+
 
+
 
$$f_{\rm P} = N \cdot f_{\rm A},\hspace{0.3cm}T_{\rm P} = 1/f_{\rm A},\hspace{0.3cm}T_{\rm A} = T_{\rm
+
For all spectral functions,&nbsp; $X(f = 0) = A \cdot T$.
 +
 
 +
If the discrete-frequency spectrum is determined by the&nbsp; [[Signal_Representation/Discrete_Fourier_Transform_(DFT)|Discrete Fourier Transform]]&nbsp; $\rm (DFT)$&nbsp; with the DFT parameters
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* $N = 512$ &nbsp; &rArr; &nbsp; number of samples considered in the time and frequency domain,
 +
*$f_{\rm A}$  &nbsp; &rArr; &nbsp; interpolation distance in the frequency domain,
 +
 
 +
 
 +
this will lead to distortions due to truncation and/or aliasing errors.
 +
 
 +
 
 +
The other DFT parameters are clearly fixed withn&nbsp; $N$&nbsp; and&nbsp; $f_{\rm A}$.&nbsp; The following applies to these:  
 +
:$$f_{\rm P} = N \cdot f_{\rm A},\hspace{0.3cm}T_{\rm P} = 1/f_{\rm A},\hspace{0.3cm}T_{\rm A} = T_{\rm
 
  P}/N
 
  P}/N
 
   \hspace{0.05cm}.$$
 
   \hspace{0.05cm}.$$
  
Die Genauigkeit der jeweiligen DFT–Approximation wird durch den mittleren quadratischen Fehler (MQF) erfasst:
+
The accuracy of the respective DFT approximation is captured by the&nbsp; "mean square error"&nbsp; $\rm (MSE)$.&nbsp; <br>Here, we use the designation&nbsp; $\rm MQF$ &nbsp; &rArr; &nbsp; (German:&nbsp; "Mittlerer Quadratischer Fehler"):
 +
:$${\rm MQF} =  \frac{1}{N}\cdot \sum_{\mu = 0 }^{N-1}
 +
\left|X(\mu \cdot f_{\rm A})-\frac{D(\mu)}{f_{\rm A}}\right|^2 \hspace{0.05cm}.$$
 +
 
 +
The resulting MQF values are given in the graph above, valid for&nbsp; $N = 512$&nbsp; as well as for
 +
*$f_{\rm A} \cdot T = 1/4$,
 +
*$f_{\rm A} \cdot T = 1/8$,
 +
*$f_{\rm A} \cdot T = 1/16$.
 +
 
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''Hints:''
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*This task belongs to the chapter&nbsp; [[Signal_Representation/Possible_Errors_When_Using_DFT|Possible errors when using DFT]].
 
   
 
   
$${\rm MQF} =  \frac{1}{N}\cdot \sum_{\mu = 0 }^{N-1}
+
*The theory for this chapter is summarised in the (German language) learning video <br> &nbsp; &nbsp; &nbsp;[[Fehlermöglichkeiten_bei_Anwendung_der_DFT_(Lernvideo)|Fehlermöglichkeiten bei Anwendung der DFT]] &nbsp; &rArr; &nbsp; "Possible errors when using DFT".
\left|X(\mu \cdot f_{\rm A})-\frac{D(\mu)}{f_{\rm A}}\right|^2 \hspace{0.05cm}.$$
 
  
Die sich ergebenden MQF–Werte sind in obiger Grafik für N = 512 sowie für fA · T = 1/4,  fA · T = 1/8 bzw. fA · T = 1/16 angegeben.
 
Hinweis: Die Aufgabe bezieht sich auf die theoretischen Grundlagen von Kapitel 5.3.
 
Diese sind auch in dem folgenden Lernvideo zusammengefasst:
 
Fehlermöglichkeiten bei Anwendung der DFT (Dauer 7:26)
 
  
  
  
===Fragebogen===
+
===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Welcher Bereich |f| ≤ fmax wird mit N = 512 und fA · T = 1/8 erfasst?
+
{Which range&nbsp; $|f| \leq  f_{\text{max}}$&nbsp; is covered with&nbsp; $N = 512$&nbsp; and&nbsp; $f_{\rm A} \cdot T = 1/8$&nbsp;?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$f_{\text{max}} \cdot T =$ { 32 }
+
$f_{\text{max}} \cdot T\ = \ $ { 32 3% }
  
{In welchem Zeitabstand TA liegen die Abtastwerte von x(t) vor?
+
{At what time interval&nbsp; $T_{\rm A}$&nbsp; are the sampled values of&nbsp; $x(t)$&nbsp; available?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$T_A/T =$ { 0.01562 3% }
+
$T_{\rm A}/T\ = \ $ { 0.01562 3% }
  
{Aufgrund welchen Effekts ergibt sich ein größerer MQF–Wert, wenn man nun fA · T = 1/4 anstelle von fA · T = 1/8 verwendet?
+
{Due to which effect does the MQF value for the Gaussian pulse increase when using &nbsp;  $f_{\rm A} \cdot T = 1/4$&nbsp; instead of&nbsp; $f_{\rm A} \cdot T = 1/8$?
|type="[]"}
+
|type="()"}
+ Der Abbruchfehler wird vergrößert.
+
+ The truncation error is significantly increased.
- Der Aliasingfehler wird vergrößert.
+
- The aliasing error is significantly increased.
  
{Aufgrund welchen Effekts ergibt sich ein größerer MQF–Wert, wenn man dagegen fA · T = 1/16 anstelle von fA · T = 1/8 verwendet?
+
{Due to what effect does the MQF value for the Gaussian pulse increase when using&nbsp; $f_{\rm A} \cdot T = 1/16$&nbsp; instead of  $f_{\rm A} \cdot T = 1/4$?
|type="[]"}
+
|type="()"}
- Der Abbruchfehler wird vergrößert.
+
- The truncation error is significantly increased.
+ Der Aliasingfehler wird vergrößert.
+
+ The aliasing error is significantly increased.
  
{Vergleichen Sie die MQF–Werte des Rechteckimpulses x2(t) mit denen des Gaußimpulses x1(t). Welche der folgenden Aussagen treffen zu?
+
{Compare the&nbsp; $\rm MQF$&nbsp; values of the rectangular pulse&nbsp; $x_2(t)$&nbsp; with those of the Gaussian pulse&nbsp; $x_1(t)$.&nbsp; Which of the following statements are true?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ MQF wird größer, da die Spektralfunktion X2(f) asymptotisch langsamer abfällt als X1(f).
+
+ $\rm MQF$&nbsp; becomes larger because the spectral function&nbsp; $X_2(f)$&nbsp; decays asymptotically slower than&nbsp; $X_1(f)$.
+ Es dominiert der Aliasingfehler.
+
+ The aliasing error dominates.
- Es dominiert der Abbruchfehler.
+
- The truncation error dominates.
  
{Vergleichen Sie die MQF–Werte des Spaltimpulses x3(t) mit denen des Gaußimpulses x1(t). Welche der folgenden Aussagen treffen zu?
+
{Compare the&nbsp; $\rm MQF$&nbsp; values of the "sinc pulse"&nbsp; $x_3(t)$&nbsp; with those of the Gaussian pulse&nbsp; $x_1(t)$.&nbsp; Which of the following statements are true?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
- MQF wird größer, da die Spektralfunktion X3(f) asymptotisch langsamer abfällt als X1(f).
+
- $\rm MQF$&nbsp; becomes larger because the spectral function&nbsp; $X_3(f)$&nbsp; decays asymptotically slower than&nbsp; $X_1(f)$.
- Es dominiert der Aliasingfehler.
+
- The aliasing error dominates.
+ Es dominiert der Abbruchfehler.
+
+ The truncation error dominates.
  
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''1.''' a)  Mit den DFT–Parametern N = 512 und fA · T = 1/8 folgt nach Multiplikation fP · T = 64. Dadurch wird der Frequenzbereich –fP/2 f < fP/2 erfasst:
+
'''(1)'''&nbsp; With the DFT parameters&nbsp; $N = 512$&nbsp; and&nbsp; $f_{\rm A} \cdot T = 1/8$&nbsp; the following follows after multiplying the two quantities:
+
:$$f_{\rm P} \cdot T = N \cdot (f_{\rm A} \cdot T) = 64.$$
$$f_{\rm max }\cdot T \hspace{0.15 cm}\underline{= 32}\hspace{0.05cm}.$$
+
*This covers the frequency range&nbsp; $-f_{\rm P}/2 \leq f < +f_{\rm P}/2$:
 +
:$$f_{\rm max }\cdot T \hspace{0.15 cm}\underline{= 32}\hspace{0.05cm}.$$
 +
 
 +
 
 +
'''(2)'''&nbsp; The periodisation of the time function is based on the parameter&nbsp; $T_{\rm P} = 1/f_{\rm A} = 8T$.
 +
*The distance between two samples is therefore
 +
:$$T_{\rm A}/T =  \frac{T_{\rm P}/T}{N} = \frac{8}{512}\hspace{0.15 cm}\underline{ = 0.015625}\hspace{0.05cm}.$$
 +
 
 +
 
 +
'''(3)'''&nbsp; Correct is the <u>proposed solution 1 &nbsp; &rArr; &nbsp;  increase of the truncation error</u>:
 +
*This measure simultaneously halves&nbsp; $T_{\rm P}$&nbsp; from&nbsp; $8T$&nbsp; to&nbsp; $4T$&nbsp;.
 +
*Thus, only samples in the range&nbsp; $–2T \leq t < 2T$ are taken into account, which increases the truncation error.
 +
*The mean square error&nbsp; $(\rm MQF)$&nbsp; increases from&nbsp; $0.15 \cdot 10^{-15}$&nbsp; to&nbsp; $8 \cdot 10^{-15}$ for the Gaussian pulse&nbsp; $x_1(t)$,&nbsp;
 +
*although the aliasing error actually decreases slightly by this measure.
 +
 
 +
 
 +
 
 +
'''(4)'''&nbsp; Correct is the <u>proposed solution 2 &nbsp; &rArr; &nbsp;  increase of the aliasing error:</u>:
 +
*By halving&nbsp; $f_{\rm A}$&nbsp;  &rArr; &nbsp; $f_{\rm P}$&nbsp; is also halved.
 +
*As a result, the aliasing error becomes somewhat larger with a smaller truncation error at the same time.
 +
*Overall, for the Gaussian pulse&nbsp; $x_1(t)$, the mean square error&nbsp; $(\rm MQF)$&nbsp; increases from&nbsp; $1.5 \cdot 10^{-16}$&nbsp; to&nbsp; $3.3 \cdot 10^{-16}$.
 +
 
 +
 
 +
 
 +
'''(5)'''&nbsp;  <u>Proposed solutions 1 and 2</u> are correct:
 +
*As can be seen from the graph, the last statement is not true in contrast to the first two.
 +
*Due to the slow&nbsp; ($\rm sinc$–shaped)&nbsp; decay of the spectral function, the aliasing error dominates.
 +
*The&nbsp; $\rm MQF$ value at&nbsp; $f_{\rm A} \cdot T = 1/8$&nbsp; with&nbsp; $1.4 \cdot 10^{-5}$&nbsp; is therefore significantly larger than for the Gaussian pulse&nbsp; $(1.5 \cdot 10^{-16})$.
 +
 
  
b)  Die Periodifizierung der Zeitfunktion basiert auf dem Parameter TP = 1/fA = 8T. Der Abstand zweier Abtastwerte beträgt somit
 
 
$$T_{\rm A}/T =  \frac{T_{\rm P}/T}{N} = \frac{8}{512}\hspace{0.15 cm}\underline{ = 0.015625}\hspace{0.05cm}.$$
 
  
cMit dieser Maßnahme wird gleichzeitig TP von 8T auf 4T halbiert. Berücksichtigt werden somit nur noch Abtastwerte im Bereich –2T ≤ t < 2T, was zu einer (geringfügigen) Erhöhung des Abbruchfehlers führt. Der mittlere quadratische Fehler (MQF) steigt dadurch beim Gaußimpuls x1(t) von 0.15 · 10–15 auf 8 · 10–15, obwohl der Aliasingfehler durch diese Maßnahme etwas kleiner wird.
+
'''(6)'''&nbsp; <u>Proposed solution 3</u> is correct:
d)  Durch die Halbierung von fA wird auch fP halbiert. Dadurch erhöht sich der Aliasingfehler bei gleichzeitig kleinerem Abbruchfehler. Insgesamt steigt beim Gaußimpuls x1(t) der mittlere quadratische Fehler von 1.5 · 10–16 auf 3.3 · 10–16.
+
*The spectral function&nbsp; $X_3(f)$&nbsp; here has a rectangular lead, so that the first two statements do not apply.  
e)  Wie aus der Grafik zu ersehen ist, trifft die letzte Aussage nicht zu im Gegensatz zu den ersten beiden. Aufgrund des langsamen, si–förmigen Abfalls der Spektralfunktion dominiert der Aliasingfehler. Der MQF–Wert ist bei fA · T = 1/8 mit 1.4 · 10–5 deshalb deutlich größer als beim Gaußimpuls (1.5 · 10–16).
+
*On the other hand, a truncation error is unavoidable with this&nbsp; $\rm sinc$–shaped time function.&nbsp; This leads to the large&nbsp; $\rm MQF$ values given.
f)  Die Spektralfunktion X3(f) hat hier einen rechteckförmigen Vorlauf, so dass die beiden ersten Aussagen nicht zutreffen. Dagegen ist bei dieser si–förmigen Zeitfunktion ein Abbruchfehler unvermeidbar. Dieser führt zu den angegebenen großen MQF–Werten  ⇒  Lösungsvorschlag 3.
 
 
{{ML-Fuß}}
 
{{ML-Fuß}}
  
 
__NOEDITSECTION__
 
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[[Category:Aufgaben zu Signaldarstellung|^5. Zeit- und frequenzdisktrete Signaldarstellung^]]
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[[Category:Signal Representation: Exercises|^5.3 Possible DFT Errors^]]

Latest revision as of 17:14, 17 May 2021

Gaussian pulse, square pulse,
sinc pulse and some parameters

We consider three pulses, namely

  • Gaussian pulse  with amplitude  $A$  and equivalent duration  $T$:
$$x_1(t) = A \cdot {\rm e}^{- \pi (t/T)^2} \hspace{0.05cm},$$
  • rectangular pulse  $x_2(t)$  with amplitude  $A$  and (equivalent) duration  $T$:
$$x_2(t) = \left\{ \begin{array}{c} A \\ 0 \\ \end{array} \right.\quad \begin{array}{*{10}c} {\rm{f\ddot{u}r}} \\ {\rm{f\ddot{u}r}} \\ \end{array}\begin{array}{*{20}c} |t| < T/2 \hspace{0.05cm}, \\ |t| > T/2 \hspace{0.05cm}, \\ \end{array}$$
  • a so called  "sinc pulse"  according to the following definition:
$$x_3(t) = A \cdot {\rm sinc}(t/ T) ,\hspace{0.15cm}{\rm sinc}(x) = \sin(\pi x)/(\pi x)\hspace{0.05cm}.$$

Let the signal parameters be  $A = 1\ {\rm V}$  and  $T = 1\ {\rm ms}$ in each case.

The conventional  Fourier transform  leads to the following spectral functions:

  • $X_1(f)$  is also Gaussian,
  • $X_2(f)$  runs according to the  $\rm sinc$ function,
  • $X_3(f)$  is constant for  $|f| < 1/(2 T)$  and outside zero.


For all spectral functions,  $X(f = 0) = A \cdot T$.

If the discrete-frequency spectrum is determined by the  Discrete Fourier Transform  $\rm (DFT)$  with the DFT parameters

  • $N = 512$   ⇒   number of samples considered in the time and frequency domain,
  • $f_{\rm A}$   ⇒   interpolation distance in the frequency domain,


this will lead to distortions due to truncation and/or aliasing errors.


The other DFT parameters are clearly fixed withn  $N$  and  $f_{\rm A}$.  The following applies to these:

$$f_{\rm P} = N \cdot f_{\rm A},\hspace{0.3cm}T_{\rm P} = 1/f_{\rm A},\hspace{0.3cm}T_{\rm A} = T_{\rm P}/N \hspace{0.05cm}.$$

The accuracy of the respective DFT approximation is captured by the  "mean square error"  $\rm (MSE)$. 
Here, we use the designation  $\rm MQF$   ⇒   (German:  "Mittlerer Quadratischer Fehler"):

$${\rm MQF} = \frac{1}{N}\cdot \sum_{\mu = 0 }^{N-1} \left|X(\mu \cdot f_{\rm A})-\frac{D(\mu)}{f_{\rm A}}\right|^2 \hspace{0.05cm}.$$

The resulting MQF values are given in the graph above, valid for  $N = 512$  as well as for

  • $f_{\rm A} \cdot T = 1/4$,
  • $f_{\rm A} \cdot T = 1/8$,
  • $f_{\rm A} \cdot T = 1/16$.





Hints:



Questions

1

Which range  $|f| \leq f_{\text{max}}$  is covered with  $N = 512$  and  $f_{\rm A} \cdot T = 1/8$ ?

$f_{\text{max}} \cdot T\ = \ $

2

At what time interval  $T_{\rm A}$  are the sampled values of  $x(t)$  available?

$T_{\rm A}/T\ = \ $

3

Due to which effect does the MQF value for the Gaussian pulse increase when using   $f_{\rm A} \cdot T = 1/4$  instead of  $f_{\rm A} \cdot T = 1/8$?

The truncation error is significantly increased.
The aliasing error is significantly increased.

4

Due to what effect does the MQF value for the Gaussian pulse increase when using  $f_{\rm A} \cdot T = 1/16$  instead of $f_{\rm A} \cdot T = 1/4$?

The truncation error is significantly increased.
The aliasing error is significantly increased.

5

Compare the  $\rm MQF$  values of the rectangular pulse  $x_2(t)$  with those of the Gaussian pulse  $x_1(t)$.  Which of the following statements are true?

$\rm MQF$  becomes larger because the spectral function  $X_2(f)$  decays asymptotically slower than  $X_1(f)$.
The aliasing error dominates.
The truncation error dominates.

6

Compare the  $\rm MQF$  values of the "sinc pulse"  $x_3(t)$  with those of the Gaussian pulse  $x_1(t)$.  Which of the following statements are true?

$\rm MQF$  becomes larger because the spectral function  $X_3(f)$  decays asymptotically slower than  $X_1(f)$.
The aliasing error dominates.
The truncation error dominates.


Solution

(1)  With the DFT parameters  $N = 512$  and  $f_{\rm A} \cdot T = 1/8$  the following follows after multiplying the two quantities:

$$f_{\rm P} \cdot T = N \cdot (f_{\rm A} \cdot T) = 64.$$
  • This covers the frequency range  $-f_{\rm P}/2 \leq f < +f_{\rm P}/2$:
$$f_{\rm max }\cdot T \hspace{0.15 cm}\underline{= 32}\hspace{0.05cm}.$$


(2)  The periodisation of the time function is based on the parameter  $T_{\rm P} = 1/f_{\rm A} = 8T$.

  • The distance between two samples is therefore
$$T_{\rm A}/T = \frac{T_{\rm P}/T}{N} = \frac{8}{512}\hspace{0.15 cm}\underline{ = 0.015625}\hspace{0.05cm}.$$


(3)  Correct is the proposed solution 1   ⇒   increase of the truncation error:

  • This measure simultaneously halves  $T_{\rm P}$  from  $8T$  to  $4T$ .
  • Thus, only samples in the range  $–2T \leq t < 2T$ are taken into account, which increases the truncation error.
  • The mean square error  $(\rm MQF)$  increases from  $0.15 \cdot 10^{-15}$  to  $8 \cdot 10^{-15}$ for the Gaussian pulse  $x_1(t)$, 
  • although the aliasing error actually decreases slightly by this measure.


(4)  Correct is the proposed solution 2   ⇒   increase of the aliasing error::

  • By halving  $f_{\rm A}$  ⇒   $f_{\rm P}$  is also halved.
  • As a result, the aliasing error becomes somewhat larger with a smaller truncation error at the same time.
  • Overall, for the Gaussian pulse  $x_1(t)$, the mean square error  $(\rm MQF)$  increases from  $1.5 \cdot 10^{-16}$  to  $3.3 \cdot 10^{-16}$.


(5)  Proposed solutions 1 and 2 are correct:

  • As can be seen from the graph, the last statement is not true in contrast to the first two.
  • Due to the slow  ($\rm sinc$–shaped)  decay of the spectral function, the aliasing error dominates.
  • The  $\rm MQF$ value at  $f_{\rm A} \cdot T = 1/8$  with  $1.4 \cdot 10^{-5}$  is therefore significantly larger than for the Gaussian pulse  $(1.5 \cdot 10^{-16})$.


(6)  Proposed solution 3 is correct:

  • The spectral function  $X_3(f)$  here has a rectangular lead, so that the first two statements do not apply.
  • On the other hand, a truncation error is unavoidable with this  $\rm sinc$–shaped time function.  This leads to the large  $\rm MQF$ values given.