Q1.      a)    A carrier signal  of frequency  99 MHz is frequency-modulated  by a message signal  of bandwidth  5 kHz such that the  largest  frequency  deviation  is 0.1 MHz. Determine  whether  this  is narrow-band  FM (NBFM) or wide-band FM (WBFM) and estimate  the bandpass bandwidth.

b)    Show that the NBFM expression  for a single  tone message  can be written  as a scaled version of

Sketch the above signal  in the time  and frequency  domains,  and  comment  on the bandpass bandwidth.

c)    Draw the block  diagram  of a coherent DSB detector and discuss  whether this could be used to recover the baseband message  from aNBFM signal.  Use appropriate diagrams,  signal  sketches and mathematical  steps to support and illustrate  your answer.

d)    Using  a table,  compare  the main  features  of frequency  modulation  with  those of the various  forms  of amplitude  modulation.   These features  should  include   power efficiency,  bandpass bandwidth,  complexity,   and example  applications.

Total 25

Q2.             A spectrum analyser  is used to display  a bandpass  signal  as shown in Figure  Q5 below, where the horizontal  axis  is frequency  and the vertical  axis  is  20log10 E, where E is the magnitude  of the signal  spectrum  at any given  frequency.

a)    Explain  why a logarithmic   scale  is often used in  such displays.

b)    Given that the modulation  index  can be expressed as a ratio  of the (linear) amplitudes  of the sideband  and carrier  peaks, respectively  ESB and EC , as follows:

show that the modulation  index  m can be found  from the instrument  display  by

c)    Using  the value  of ΔE = 5.1 dB, estimate  what percentage  of the signal’s  total power is contained  within  the upper  sideband.

d)   Is this  signal  over-modulated,   under-modulated   or  perfectly-modulated?   Explain your answer

e)    What does the peak labelled  X represent?  Explain  where  this  may have  originated from and what affect  it may have, if any,  on the recovered  signal.

Total 25

 Q3.      a) The digitally  modulated  signal  shown  in Figure  Q3a, of amplitude   5 V,   is the result  of critically  sampling  a  10 kHz audio  message,  followed  by a uniform quantiser.  The duration  T shown in the figure  is  10 μs.

i)   What is the bit-depth  of the  quantiser  (i.e. how many bits  are used to encode each sample?)?

ii)   Referring  to the signal  described  and shown in Figure  Q4a, determine  the power of this signal.

iii)   What is the name  of the digital  modulation  scheme shown  in  Figure  Q4a? Sketch the spectrum of this bandpass signal,  indicating  clearly  the carrier   frequency.

b)          How much  bandwidth  is required  to frequency-division  multiplex  5 user channels,  each of bandwidth  6 kHz, with  1 kHz guard  bands between channels, using  :

i)         SSB

ii)         DSB

iii)        FM, with β= 5

c) Consider a time-division  multiplex  system with  n signals,   each bandlimited  to  5 Hz and quantized  to 16 levels.   If the transmission  system can handle  400 bits per second, how many  users (n) can simultaneously  share the channel

Total 25

Q4.      a)            Consider  the following  scenario:

You work in a laboratory  containing  digital  microscopes  connected  to legacy computing  equipment.  You need to transmit  a series  of 12 megapixel  images from  one of these  old  computers  to another,  but  there  is  no way to directly connect  the  two  computers.   Neither   computer   has  any  wired   or  wireless connectivity   options.  Each  computer  has  an  integrated   keyboard,  monitor, speaker and  microphone,   but  no  serial  or  parallel   ports  and  no  removable storage. You can write and execute  software  on the computers, but you  cannot open or alter the hardware in any way, and do not have  access to any technical equipment  other than the  above.

Describe how you would  go about achieving  this  task, including  as much technical  detail as possible,  including  time  and error considerations,

justifying  any design  choices  and including  illustrations   and calculations  in your design  as appropriate.