Signale - Prozesse - Systeme

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1 Signale - Prozesse - Systeme Eine multimediale und interaktive Einführung in die Signalverarbeitung erweitert, überarbeitet Buch. ISBN Weitere Fachgebiete > Technik > Technische Instrumentierung > Mess- und Automatisierungstechnik schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Inhaltsverzeichnis Seite IX Inhaltsverzeichnis Einführung... 1 Verständliche Wissenschaft... 1 Adressaten... 2 Grafische Programmierung... 3 Das elektronische Buch... 4 Kapitel 1 Das Konzept: Methoden Inhalte Ziele Alles unter einem Dach Hardware: Systems on a Chip The Software is the Instrument Ein Fall für zeitgemäße Bildung Zur Einheit von Theorie und Praxis Multimediales und interaktives Lernen Wissenschaft und Mathematik Auf der Suche nach anderen Werkzeugen Ausgangspunkt Physik Zielaufklärung Zwischenbilanz: Ein Konzept gewinnt Konturen...28 Aufgaben zu Kapitel Kapitel 2 Signale im Zeit- und Frequenzbereich Das FOURIER-Prinzip Periodische Schwingungen...34 Unser Ohr als FOURIER-Analysator FOURIER-Transformation: Vom Zeit- in den Frequenzbereich und zurück 42 Wichtige periodische Schwingungen/Signale Signalvergleich im Zeit- und Frequenzbereich Das verwirrende Phasenspektrum Interferenz: Nichts zu sehen obwohl alles da ist Gegensätze, die vieles gemeinsam haben: Sinus und δ-impuls...52 Nichtperiodische und einmalige Signale Der pure Zufall: Stochastisches Rauschen Rauschen und Information Aufgaben zu Kapitel

3 Seite X Inhaltsverzeichnis Kapitel 3 Das Unschärfe-Prinzip Eine seltsame Beziehung zwischen Frequenz und Zeit und ihre praktischen Folgen Sinus-Schwingung und δ-impuls als Grenzfall des Unschärfe-Prinzips Frequenzmessungen bei nichtperiodischen Signalen Fastperiodische Signale Töne, Klänge und Musik Grenzbetrachtungen: Kurzzeit-FFT und Wavelets Aufgaben zu Kapitel Kapitel 4 Sprache als Informationsträger Vokale und ihre charakteristischen Frequenzen Wie Sprache, Töne, Klänge entstehen und wahrgenommen werden Fallstudie: Ein einfaches technisches System zur Spracherkennung Phase der Verfeinerung und Optimierung Mustererkennung Aufgaben zu Kapitel Kapitel 5 Das Symmetrie-Prinzip Aus Symmetriegründen: Negative Frequenzen Beweis für die physikalische Existenz negativer Frequenzen Periodische Spektren Inverse FOURIER-Transformation und GAUSSsche Zahlenebene Aufgaben zu Kapitel Kapitel 6 Systemanalyse Wobbeln Moderne Testsignale Der δ-impuls Übertragungsfunktion als Ortskurve Die Sprungfunktion GAUSS-Impuls GAUSS-Schwingungsimpuls Burst-Signal Si-Funktion und Si-Schwingungsimpuls Rauschen Einschwingvorgänge in Systemen Aufgaben zu Kapitel

4 Inhaltsverzeichnis Seite XI Kapitel 7 Lineare und nichtlineare Prozesse Systemanalyse und Systemsynthese Die Messung entscheidet ob linear oder nichtlinear Die Leitung und der freie Raum Zur fächerübergreifenden Bedeutung Spiegelung und Projektion Ein kompliziertes Bauelement: Der Transistor Lineare Prozesse gibt es nur wenige Multiplikation eines Signals mit einer Konstanten Die Addition zweier oder mehrerer Signale Die Verzögerung Differentiation Integration Bösartige Funktionen bzw. Signalverläufe Filter Nichtlineare Prozesse Multiplikation Die Betragsbildung Quantisierung Windowing Aufgaben zu Kapitel Kapitel 8 Klassische Modulationsverfahren Übertragungsmedien Modulationsverfahren mit sinusförmigem Träger Modulation und Demodulation nach alter Sitte Amplitudenmodulation und demodulation AM Energieverschwendung: Zweiseitenband-AM mit Träger Einseitenband-Modulation EM ohne Träger Frequenzmultiplex Mischung Frequenzmodulation Demodulation von FM-Signalen Der Phase-Locked-Loop PLL Phasenmodulation Störfestigkeit von Modulationsverfahren am Beispiel AM, FM und PM Praktische Informationstheorie Aufgaben zu Kapitel

5 Seite XII Inhaltsverzeichnis Kapitel 9 Digitalisierung Digitaltechnik ist nicht gleich Digitaltechnik Digitale Verarbeitung analoger Signale Das Tor zur digitalen Welt: A/D-Wandler Prinzip des D/A-Wandlers Analoge Pulsmodulationsverfahren DASYLab und die Digitale Signalverarbeitung Digitale Signale im Zeit- und Frequenzbereich Die Periodendauer Digitaler Signale Das periodische Spektrum digitaler Signale Das Abtast-Prinzip Rückgewinnung des Analogsignals Nichtsynchronität Signalverfälschung durch Signalfensterung (Windowing) Checkliste Aufgaben zum Kapitel Kapitel 10 Digitale Filter Hardware versus Software Wie analoge Filter arbeiten FFT-Filter Digitale Filterung im Zeitbereich Die Faltung Fallstudie: Entwurf und Einsatz digitaler Filter Welligkeit im Durchlassbereich vermeiden Die Übertragungsfunktion digitaler Filter Aufgaben zum Kapitel Kapitel 11 Digitale Übertragungstechnik I: Quellenkodierung Kodierung und Dekodierung digitaler Signale bzw. Daten Komprimierung Verlustfreie und verlustbehaftete Komprimierung RLE-Komprimierung Huffman-Komprimierung LZW-Kodierung Quellenkodierung von Audio-Signalen Delta-Kodierung bzw. Delta-Modulation Sigma-Delta-Modulation bzw. -Kodierung Noise-Shaping und Dezimationsfilter Frequenzband-Kodierung und Mehrfachauflösung

6 Inhaltsverzeichnis Seite XIII Quadrature Mirror Filter (QMF) Diskrete Wavelet-Transformation und Multi-Skalen-Analyse MSA Ausnutzung psychoakustischer Effekte (MPEG) Kodierung und Physik Aufgaben zu Kapitel Kapitel 12 Digitale Übertragungstechnik II: Kanalkodierung Fehlerschutz-Kodierung zur Reduzierung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit 385 Distanz Hamming-Codes und Hamming-Distanz Faltungskodierung Viterbi-Dekodierung Hard- und Softdecision Kanalkapazität Aufgaben zu Kapitel Kapitel 13 Digitale Übertragungstechnik III: Modulation Tastung diskreter Zustände Amplitudentastung (2-ASK) Phasentastung (2-PSK) Frequenztastung (2-FSK) Der Signalraum Die Vierphasentastung ( Quadraturphasentastung QPSK) Digitale Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) Vielfach-Zugriff Diskrete Multiträgersysteme Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) Coded OFDM (COFDM) und Digital Audio Broadcasting (DAB) Global System for Mobile Communications (GSM) Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) Frequenzbandspreizung: Spread-Spectrum Aufgaben zu Kapitel Literaturverzeichnis Weiterführende Literatur des Springer-Verlages Stichwortverzeichnis