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年公務人員特種考試外交領事人員及外交行政人員、
國際經濟商務人員、民航人員及原住民族考試試題
考 試 別:民航人員考試
等 別:三等考試
類科組別:航空通信
科 目:通信原理
考試時間:2小時 座號:
※注意:可以使用電子計算器。
不必抄題,作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上,於本試題上作答者,不予計分。
請以藍、黑色鋼筆或原子筆在申論試卷上作答。
本科目除專門名詞或數理公式外,應使用本國文字作答。
代號:
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-
一、取樣(Sampling)是將連續時間信號傳換為離散時間信號的一種過程。
假設取樣週期為
,一連續時間信號
c
經過一理想的連續/離散轉
換器(Ideal C/D )取樣,如下圖所示,可得離散時間信號
n
,其中
為脈衝函數(Impulse
Function)。將取樣後的離散時間信號
s
經過一低通重建濾波器
(Low-Pass Reconstruction Filter)
r
,可得一連續信號
r
。
r
c
r
s
假設
( ) 2cos(100 / 4) cos(300 / 3)
c
x t t
,
,而低通
重建濾波器
r
的頻率響應(Frequency response)為
( )
s s
rs
T f f
H f f f
若
s s
f T
,請求
r
以及其頻率響應
r
。(6分)
若
s s
f T
,請求
r
以及其頻率響應
r
。(6分)
如果我們希望獲得
r
x t A B
,其中 A、B為常
數,請問
應該設定為多少 Hz?(6分)

代號:
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-
二、傳統調幅(AM)之調變信號可以表示成
,
其中
為欲傳送的信號,而
為載波(Carrier)。
假設
( ) 5cos(1800 ) 20cos(2000 ) 5cos(2200 )
請求出
以及
。(8分)
請計算
的功率 22
2
1
T
uT
T
。(10分)
三、在比較不同的數位調變系統時,通常我們會從調變信號的分布圖
(constellation diagram)來評估該通訊系統的效能。我們可將一符元
(symbol)的兩個正交調變信號視為一向量,並在直角平面坐標上畫
成一點,則集合所有符元所構成之點即為該數位調變系統的信號分布
圖。從分布圖上,我們不僅可觀察信號整體分布,並可計算出該信號
分布圖中兩個符元間的最短距離 dmin,藉此評估此通訊系統之效能。
考慮以下五張不同信號分布圖:(a),(b),(c),(d),(e),每張分
布圖都包含八點信號,其中圖(e)為8-PSK,為了達到相同的傳輸效
能,我們假設五張信號分布圖其信號間的最短距離 dmin = 2。
(b)
(a)
(c)
(d)

代號:
頁次:
-
(e) 8-PSK
請求出圖(c)中的坐標 A以及圖(d)中的坐標B的值為何?(8分)
根據信號分布圖(a),(b),(c),(d),(e),請計算五個不同數
位調變系統中其平均的傳輸功率 Pav。(15分)
請比較五個不同數位調變系統的優劣,那一個系統最好?那一個系
統最差?為什麼?(6分)
四、頻率調變連續波(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW)雷
達由於體積小、距離量測解析度高、對雜訊靈敏度低、以及容易整合
的特性,已經被廣泛應用於先進汽車駕駛輔助系統(Advanced Driver
Assistance Systems, ADAS)中。一典型的 FMCW 雷達傳送波
tx
是
一個頻率為鋸齒波的 FM 信號,如圖一所示,其頻率可表示成
s s sc sc B
f t f t f t t nT t t T n
其中 fc為起始頻率(或載波頻率),B是掃頻範圍(或信號頻寬),T
是掃頻時間(Sweep Time)(或週期),
為斜率(或 Chirp Rate)。
該鋸齒波的 FM 信號即為 FMCW 雷達的傳送信號
tx
,也就是
2
0
1
( ) cos(2 cos2 cos( ( )), 0
2
)
tx c
t
x t A f t dt A t A u t t T
f t
當傳送波碰到目標物反射後,其回波(Echo)由 FMCW 接收器接收,
如圖一所示,其中實線表示傳送信號 xtx(t),記為 TX,而虛線表示回
波信號
rx
,記為 RX。透過計算 TX 信號與 RX 信號的時間差
與
都卜勒頻率位移
,即可求得目標物與雷達源(Source)之間的相對
距離以及相對移動速度。

代號:
頁次:
-
c
圖一 鋸齒波FMCW傳送信號TX與迴波信號RX
FMCW 的接收器設計非常簡單,只要將 TX 信號與 RX 信號相乘(或
稱Mixing),如圖二所示,其中 t1為TX 信號的傳送時間,而 t2為RX
信號的接收時間,再將所得到的混合信號
m
經由低通濾波器(Low-
pass Filter)處理後,即可求得
與
。
tx
rx
2 1
m tx rx
t t
B
圖二 FMCW雷達接收機

代號:
頁次:
-
因為 RX 是迴波,因此我們可假設 2 1
rx
x t B u t
。假設目
標物靜止,也就是圖一中的
D
f
,請驗證圖二中低通濾波器(LP
Filter)的輸出為
B
為
2
1 11 1
cos2 cos2
2 2
2
cB AB AB
x ft t t
。
(15分)
(Hint:先計算 1 1
A u t B u t
,再將其高頻信號部分濾除,
即可得
B
)
由得知,基頻信號
B
是一單頻率 b
f
信號與一隨時而變的
相位
所組成,FMCW 雷達的基頻信號
B
又稱為拍頻(Beat
Frequency)。我們可以用拍頻
B
x
的頻率 b
f
計算出目標物與
雷達源之間的相對距離。假設 fc= 77 GHz,B= 4 GHz,而 T= 40
s,今有一雷達迴波測得其
= 2 s,請問該目標物距離雷達源的
距離為何?(10分)
(Hint:雷達波以光速( 8
)傳遞,而
,其中 R為
目標物與雷達源之間的相對距離)
由,假設 fc=77 GHz,B= 4 GHz,而 T= 40 s則此三角波 FMCW
雷達最小可測之距離(或稱為距離解析度)為何?(10分)