Kursübersicht "Signale und Systeme"

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1 Kursübersicht "Signale und Systeme" SiSy, Einleitung, 1 SiSy HS2014: Zeitplan ET13a Signale analog Systeme analog Signale digital

2 Kursübersicht "Signale und Systeme" SiSy, Einleitung, 2 Unterlagen siehe Testat Testatbedingung für das Bestehen des Moduls: 14 von 14 Labors wöchentlich Modulnote => Zwischenprüfung 1 (Gewicht: 20%) => Zwischenprüfung 2 (Gewicht: 20%) => Modulprüfung (Gewicht: 60%) es werden auch Fragen zum Praktikum gestellt Prüfungsvorbereitung: Das selbständige Lösen aller Übungen ist unerlässlich! Dozenten Dr. M. Weisenhorn (weie) Büro: TB427, Tel: , Mail:

3 Signale grobe Einteilung SiSy, Einleitung, 3 Signale können Information tragen Hilfreich ist die Unterscheidung nach der Informationsquelle: Nachrichtensignal, Mess-/Sensorsignal, Audio-/Videosignal, Signale können Störungen / Rauschen darstellen Rauschsignale sind eine der grossen Herausforderungen im! Hilfssignale sind weder Info- noch Rauschsignale z.b. Sinus- oder Rechteck-Signal mit Funktionsgenerator im Labor generiert

4 Signalbeschreibung Beispiel SiSy, Einleitung, 4 Signale sind mathematisch als Funktionen beschreibbar in diesem Kurs interessieren hauptsächlich Zeitsignale z.b. der zeitliche Verlauf einer Spannungsamplitude u(t) Beispiel: Sprachsignal Sprecher/Quelle: Dr. S. Wyrsch, ZHAW Anwendungen mit Sprachsignalen: GSM-Sprachkompression, Spracherkennung (Speech2Text),

5 Signale Beispiel Neigungssignal SiSy, Einleitung, 5 Neigungs-Signal 3-Achsen Beschleunigungs-Sensor / Accelerometer y-achse x-achse LIS3DSH (3x3x1mm, 0.3 ma, ~1$) θ g tan( θ) a 2 a 2 x y a z Ziel: Lotstock senkrecht halten mit elektronischer Wasserwage θ IθI / Grad Referenzmessung mit Video-Kamera über Lotstock 3-Achsen MEMS-Beschleunigungssensor Zeit t / s

6 Signale Beispiel DTMF-Signal SiSy, Einleitung, 6 Tastenfeld DTMF steht für dual-tone multi-frequency bzw. touch tone Wenn eine 9 gedrückt wird, wird ca. 50 ms lang die Summe von 2 Sinus-Signalen mit den Frequenzen 852 Hz und 1477 Hz gesendet, gefolgt von einer ca. 50 ms langen Pause.

7 Signale Beispiel DTMF-Signal SiSy, Einleitung,

8 Signale Beispiel DTMF Sprektrum SiSy, Einleitung, 8 DTMF-Signale werden typisch im Frequenzbereich dekodiert Zeit- Bereich Fourier Spektralwert Filter f / Hz Frequenz- Bereich Oft interessiert frequenzmässige Zusammensetzung eines Signals da gibt es mit der Fourieranalyse ein mächtiges Werkzeug Analogie: Lichtbrechung in Spektralfarben

9 Signale Beispiel AM-Signal SiSy, Einleitung, 9 Nachrichtensignal s(t) = cos(2π f Ton t) s(t) cos(2π f c t) y(t) Amplituden-Moduliertes (AM-) Signal Hilfs-Trägersignal (engl. carrier) Nachricht s(t) "steckt" in der Amplitude des Trägersignals Träger bewirkt Frequenzverschiebung um f c

10 Signale Beispiel AM-Signal SiSy, Einleitung, 10 einfacher AM-Demodulator Hüllkurven-Detektor y(t) D R C z(t) s(t) (digital moduliert) System z(t) s(t)

11 Systeme SiSy, Einleitung, 11 Systeme verarbeiten Signale Ein System transformiert ein Eingangs- in ein Ausgangssignal. Die Systemfunktion f(.) beschreibt das System-Verhalten. x(t) System y(t) y(t) = f(x(t)) R verschiedene Realisierungen x(t) C y(t) analoges System (RC-Netzwerk) digitale Systeme (implementiert auf uc / DSP / FPGA)

12 Systeme SiSy, Einleitung, 12 Viele verschiedenartige Systeme haben gleiche math. Formulierung Feder-Masse-System Elektrischer Schwingkreis x(t) L k m f(t) f(t) C x(t) m x t k x t f t LC x t x t f t systemtheoretisch äquivalent Die Systemtheorie beschreibt das System-Verhalten abstrakt bzw. losgelöst von der konkreten Realisierung. sehr nützlich für Analyse und Synthese für Umsetzung braucht es aber spez. Fachwissen (z.b. in Elektronik)

13 Kursziel SiSy, Einleitung, 13 math. Werkzeuge für Signal- Analyse/Design System- Analyse/Design Nachrichtentechnik (ICT) Regelungstechnik (Control, Drives) Messtechnik (Sensors) Audiotechnik Medizintechnik

14 Referenzen SiSy, Einleitung, 14 Unterlagen u.a. aus [1] S. Wyrsch, Signale und Systeme I & II, Unterrichtsunterlagen, HSR, [2] M. Meyer, Signalverarbeitung, Vieweg, [3] M. Tavares de Queiroz, Signals and Systems, Unterrichtsunterlagen, ZHAW, [4] M. Rupf, Signale der Nachrichtentechnik SNT, Skript, ZHW, [5] M. Rupf, Digitale Signalverarbeitung DSV1 und DSV2, Skript, ZHAW, [6] R. Kories, H. Schmidt-Walter, Taschenbuch der Elektrotechnik, Verlag Harri Deutsch, 9. Auflage, Literatur unzählige Bücher, insbesondere auch im Bereich Digitale Signalverarbeitung bzw. Digital Signal Processing

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