考題多為(結合高斯機率函數與幾何訊號空間的綜合推導計算題),一題分值高達 20~25 分,極度考驗公式推導的邏輯完整度:
●數位調變與幾何訊號空間推導題(申論必考大題,分值極高):
○案例:某數位通信系統在 AWGN 通道下傳輸,兩相等的先驗機率訊號波形分別為 \(s_1(t)\) 與 \(s_2(t)\),單邊雜訊功率譜密度為 \(N_0/2\)。
1. 請利用格蘭姆-施密特(Gram-Schmidt)正交化程序找出此訊號集合的基底函數(Basis Functions)。
2. 請在二維平面上畫出其訊號幾何星狀圖(Constellation Diagram),並明確標註出最佳接收機的決策邊界與決策區域。
3. 試推導並寫出此系統之平均位元錯誤率(\(P_{b}\))表示式(以 \(Q\)-function 表示)。
●取樣與 PCM 量化計算題(每年必考計算大題):
○案例:一正弦波訊號 \(m(t) = 5\cos(2\pi \times 1000t)\) 伏特。若採脈衝碼調變(PCM)系統進行傳輸:
4. 試求該訊號的最小奈奎斯特取樣率(\(f_{s}\))。
5. 若採均勻量化且要求量化雜訊功率不得超過最大振幅的 \(1\%\),試計算該 PCM 系統至少需要多少個量化階層(\(L\))?對應的編碼位元數(\(n\))為何?
6. 試求此時該系統所能達到的最大訊號量化雜訊比(SQNR)分貝(\(\text{dB}\))值。
●夏農容量與資訊理論計算題:
○案例:某一高斯白雜訊通道的頻寬為 \(4\,\text{kHz}\),其單邊雜訊功率譜密度為 \(N_0 = 10^{-12}\,\text{W/Hz}\)。若要在該通道上達成 \(32\,\text{kbps}\) 的傳輸速率,試依據夏農公式(Shannon's Formula)計算,接收端所需的最小訊號功率(\(S\))應為多少瓦特?
●通道編碼矩陣題:
○案例:已知一個 \((7, 4)\) 線性分組碼,其生成矩陣為 \(G = [I_4 \mid P]\)。給定 \(P\) 矩陣數據,要求考生:(1) 求取對應的奇偶檢查矩陣 \(H\);(2) 若接收端收到的向量為 \(r = [1, 0, 1, 1, 1, 0, 0]\),試計算其伴隨式(Syndrome)並修正錯位,求出正確的資訊碼。