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普考申論題 114年 [電信工程] 通信系統概要

第 二 題

📖 題組:
一、依照定義,連續時間訊號(continuous-time signal)x(t)可區分為能量訊號(energy signal)、功率訊號(power signal)、或是既非能量訊號也非功率訊號。請求以下各小題中訊號的能量 E 與功率 P,並判斷是否為能量訊號?功率訊號?或既非能量訊號也非功率訊號?
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (二)

㈡ x(t) = k $t^{-1/4}$ u(t),k 是常數(5 分)

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看到判斷訊號類型的題目,應立刻寫下能量(E)與平均功率(P)的極限積分定義式。注意步階函數 u(t) 會將積分下限限制為0,接著分別計算 E 與 P 的極限定值,最後依據「能量有限則為能量訊號、功率有限非零則為功率訊號」的準則進行判定。

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【解題思路】利用連續時間訊號的能量 $E$ 與平均功率 $P$ 積分定義式進行計算,再依據極限結果判斷訊號分類。 【詳解】 已知:

小題 (一)

㈠ x(t) = \int_{-$\infty}^{t} (\delta(\tau+2) - \delta(\tau-2))d\tau$(5 分)

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看到此題,首先應利用脈衝函數(Delta function)的積分等於單位步階函數(Step function)的特性將 x(t) 化簡,即可發現其波形為一個時間有限的方波(Rectangular pulse)。接著分別代入連續時間訊號的能量 E 與功率 P 的定義公式計算,根據『能量為有限值且功率為零』的特徵來判定訊號分類。

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【解題思路】利用積分性質將脈衝函數轉換為單位步階函數以簡化訊號形式,再代入連續時間訊號的能量與功率定義式進行計算與判斷。 【詳解】 已知:訊號 $x(t) = \int_{-\infty}^{t} (\delta(\tau+2) - \delta(\tau-2))d\tau$

小題 (三)

㈢ x(t) = $e^{-t}cos$(t)u(t) (10 分)

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看到這類題目,首先要寫出訊號能量與功率的積分定義公式。注意到訊號中包含 u(t),因此積分下限從負無限大改為 0;接著觀察到指數衰減項 e^{-t},直覺上此訊號能量有限(為能量訊號),功率為 0,計算時需利用三角函數的半角公式將平方項降次以便積分。

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【解題思路】應用連續時間訊號能量與功率之定義公式,並利用三角函數半角公式及指數與三角函數相乘之標準積分公式進行求解。 【詳解】 已知:訊號 x(t) = e^{-t}cos(t)u(t)

小題 (四)

㈣ x(t) = $e^{-t}cos$(t) (5 分)

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考生看到此題應立刻聯想訊號的能量(Energy)與功率(Power)定義公式。需特別注意題目未給定單位步階函數 u(t),因此在 t 趨近於負無限大時訊號會呈指數發散,導致能量與功率皆為無限大;考慮到國考題目有時會漏打 u(t),建議在嚴格證明發散後,再補充假設 t ≥ 0 的計算以確保完整得分。

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【解題思路】利用訊號能量與功率的積分定義公式,分析時間從負無限大到正無限大的極限行為。 【詳解】 已知:連續時間訊號 x(t) = e^{-t}cos(t),其定義域為 -∞ < t < ∞。

📝 訊號能量與功率判定
💡 透過積分定義計算能量與平均功率,並依其有限性進行訊號分類。
比較維度 能量訊號 VS 功率訊號
能量 E 數值 0 < E < ∞ (有限) — E = ∞ (無限)
功率 P 數值 P = 0 — 0 < P < ∞ (有限)
訊號特徵 隨時間衰減至零 — 週期性或持續不衰減
💬本題計算結果 E 為無限且 P 為 0,故不屬於上述任一類別。
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週期訊號的功率計算 Parseval 定理 單位步階函數與積分範圍限制

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