Meyer Signalverarbeitung

Analoge und digitale Signale, Systeme und Filter
3., korrigierte Auflage 2003
ISBN: 978-3-322-96946-0
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 287 Seiten, eBook

Reihe: uni-script

Das Buch behandelt die klassische Theorie der Signalverarbeitung. Die drei ersten Abschnitte befassen sich mit der analogen und drei weitere, umfangreichere Abschnitte mit der digitalen Signalverarbeitung. Der Akzent des Buches liegt auf den digitalen Konzepten.
Bei der dritten Auflage wurden Korrekturen an Text und Bildern vorgenommen.

Zielgruppe

Upper undergraduate

Autoren/Hrsg.

Meyer, Martin

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung.- 1.1 Das Konzept der Systemtheorie.- 1.2 Übersicht über die Methoden der Signalverarbeitung.- 2 Analoge Signale.- 2.1 Klassierung der Signale.- 2.1.1 Unterscheidung kontinuierlich — diskret.- 2.1.2 Unterscheidung deterministisch — stochastisch.- 2.1.3 Unterscheidung Energiesignale — Leistungssignale.- 2.2 Die Fourierreihe (FR).- 2.2.1 Einführung.- 2.2.2 Sinus- / Cosinus-Darstellung.- 2.2.3 Betrags- / Phasen-Darstellung.- 2.2.4 Komplexe Darstellung.- 2.2.5 Das Theorem von Parseval für Leistungssignale.- 2.3 Die Fouriertransformation (FT).- 2.3.1 Herleitung des Amplitudendichtespektrums.- 2.3.2 Die Faltung.- 2.3.3 Das Rechnen mit der Delta-Funktion.- 2.3.4 Die Fouriertransformation von periodischen Signalen.- 2.3.5 Die Eigenschaften der Fouriertransformation.- 2.3.6 Das Theorem von Parseval für Energiesignale.- 2.3.7 Tabelle einiger Fourier-Korrespondenzen.- 2.4 Die Laplace-Transformation (LT).- 2.4.1 Wieso eine weitere Transformation?.- 2.4.2 Definition der Laplace-Transformation und Beziehung zur FT.- 2.4.3 Die Eigenschaften der Laplace-Transformation.- 2.4.4 Die inverse Laplace-Transformation.- 2.4.5 Tabelle einiger Laplace-Korrespondenzen (einseitige Transformation).- 3 Analoge Systeme.- 3.1 Klassierung der Systeme.- 3.1.1 Linearität.- 3.1.2 Zeitinvarianz.- 3 1 3 Kausale und deterministische Systeme.- 3.1.4 Gedächtnislose und dynamische Systeme.- 3.1.5 Stabilität.- 3.2 Die Impulsantwort oder Stossantwort.- 3.3 Der Frequenzgang und die Übertragungsfunktion.- 3.4 Die Schrittantwort oder Sprungantwort.- 3.5 Kausale Systeme.- 3.6 Pole und Nullstellen.- 3.6.1 Einführung.- 3.6.2 Amplitudengang, Phasengang und Gruppenlaufzeit.- 3.6.3 Bodediagramme.- 3.6.4 Spezielle Systeme.- 3.6.4.1 Mindestphasensysteme.- 3.6.4.2 Allpässe.- 3.6.4.3 Zweipolfunktionen.- 3.6.4.4 Polynomfilter.- 3.6.5 Systemverhalten im Zeitbereich.- 3.6.6 PN-Schemata der Filterarten.- 3.6.6.1 Tiefpass.- 3.6.6.2 Hochpass.- 3.6.6.3 Bandpass.- 3.6.6.4 Bandsperre.- 3.6.6.5 Allpass.- 3.6.7 Realisierungsmöglichkeiten.- 3.7 Normierung.- 3.8 Übersicht über die Systembeschreibungen.- 3.8.1 Einführung.- 3.8.2 „Nette“ Systeme: linear, stabil, zeitinvariant und mit konzentrierten Elementen.- 3.8.3 „Garstige“ Systeme.- 3.8.4 Bestimmen der Systemgleichung.- 4 Analoge Filter.- 4.1 Einführung.- 4.2 Approximation des idealen Tiefpasses.- 4.2.1 Einführung.- 4.2.2 Butterworth-Approximation.- 4.2.3 Tschebyscheff-I — Approximation.- 4.2.4 Bessel-Approximation.- 4.2.5 Tschebyscheff-II- und Cauer-Approximation.- 4.2.6 Filter mit kritischer Dämpfung.- 4.3 Frequenztransformation.- 4.3.1 Tiefpässe.- 4.3.2 Hochpässe.- 4.3.3 Bandpässe.- 4.3.4 Bandsperren.- 4.3.5 Allpässe.- 4.4 Die praktische Realisierung von aktiven Filtern.- 4.4.1 Darstellung in der Kaskadenstruktur.- 4.4.2 Bestimmen der Koeffizienten.- 4.4.3 Skalierung.- 4.4.4 Grundschaltungen.- 4.4.4.1 Polynom-Tiefpass 1. Ordnung.- 4.4.4.2 Polynom-Tiefpass 2. Ordnung.- 4.4.4.3 Hochpass 1. Ordnung.- 4.4.4.4 Hochpass 2. Ordnung.- 4.4.4.5 Bandpass 2. Ordnung.- 4.4.4.6 Bandsperre 2. Ordnung / elliptisches Grundglied.- 4.4.4.7 Allpass 1. Ordnung.- 4.4.5 Tabellen der Polynom-Tiefpässe.- 4.4.5.1 Butterworth-Tiefpässe.- 4.4.5.2 Bessel-Tiefpässe.- 4.4.5.3 Tschebyscheff-I-Tiefpässe.- 4.4.5.4 Kritisch gedämpfte Tiefpässe.- 5 Digitale Signale.- 5.1 Einführung.- 5.2 Die Fouriertransformation für Abtastsignale (FTA).- 5.2.1 Einführung.- 5.2.2 Die ideale Abtastung von Signalen.- 5.2.3 Das Spektrum von abgetasteten Signalen.- 5.2.4 Das Abtasttheorem.- 5.2.5 Die Abtastung von Bandpass-Signalen.- 5.2.6 Die Rekonstruktion von abgetasteten Signalen („DA-Wandlung“).- 5.3 Die diskrete Fouriertransformation (DFT).- 5.3.1 Die Herleitung der DFT.- 5.3.2 Verwandtschaft mit der komplexen Fourierreihe.- 5.3.3 Die Eigenschaften der DFT.- 5.3.4 Die schnelle Fouriertransformation (FFT).- 5.3.5 Die Redundanz im Spektrum reeller Zeitfolgen.- 5.4 Praktische Frequenzanalyse.- 5.4.1 Übersicht über die Methoden.- 5.4.2 Spektralanalyse mit der DFT/FFT.- 5.4.2.1 Periodische Signale.- 5.4.2.2 Quasiperiodische Signale.- 5.4.2.3 Nichtperiodische, stationäre Leistungssignale.- 5.4.2.4 Nichtstationäre Leistungssignale.- 5.4.2.5 Transiente Signale.- 5.4.2.6 Zusammenfassung.- 5.4.3 Messung von Frequenzgängen.- 5.5 Die diskrete Faltung.- 5.6 Die z-Transformation (ZT).- 5.6.1 Definition der z-Transformation.- 5.6.2 Zusammenhang mit der LT und der FTA.- 5.6.3 Eigenschaften der z-Transformation.- 5.6.4 Die inverse z-Transformation.- 5.6.5 Tabelle einiger z-Korrespondenzen.- 5.7 Übersicht über die Signaltransformationen.- 5.7.1 Welche Transformation für welches Signal?.- 5.7.2 Eigenschaften der Transformationen.- 6 Digitale Systeme.- 6.1 Einführung.- 6.2 Die Differenzengleichung.- 6.3 Die Impulsantwort.- 6.4 Der Frequenzgang und die z-Übertragungsfunktion.- 6.5 Die Schrittantwort.- 6.6 Pole und Nullstellen.- 6.7 Strukturen und Blockschaltbilder.- 6.8 Digitale Simulation analoger Systeme.- 6.9 Übersicht über die Systeme.- 6.10 Der Einfluss der Amplitudenquantisierung.- 6.10.1 Einführung.- 6.10.2 Quantisierung bei der AD-Wandlung.- 6.10.3 Quantisierung der Filterkoeffizienten.- 6.10.4 Quantisierung der Rechenergebnisse.- 6.10.5 Die Vektorquantisierung.- 6.11 Die Realisierung von digitalen Systemen.- 6.11.1 Die Signalwandler.- 6.11.1.1 Sample-and Hold-Schaltungen (S&H).- 6.11.1.2 Analog-Digital-Wandler (ADC).- 6.11.1.3 Digital-Analog-Wandler (DAC).- 6.11.2 Die Verarbeitungseinheit.- 6.11.2.1 Hardware.- 6.11.2.2 Mikrocomputer und -Controller.- 6.11.2.3 Digitale Signalprozessoren (DSP).- 6.11.2.4 Die Software-Entwicklung.- 7 Digitale Filter.- 7.1 IIR-Filter.- 7.1.1 Einführung.- 7.1.2 Impulsinvarianter Entwurf.- 7.1.3 Entwurf mit bilinearer Transformation.- 7.1.4 Frequenztransformation im z-Bereich.- 7.1.5 Direkter Entwurf im z-Bereich.- 7.1.6 Filter mit linearem Phasengang.- 7.2 FIR-Filter.- 7.2.1 Einführung.- 7.2.2 Die 4 Typen linearphasiger FIR-Filter.- 7.2.3 Fenstermethode.- 7.2.4 Frequenz-Abtastung.- 7.2.5 Synthese im z-Bereich.- 7.2.6 Synthese von linearphasigen Hochpässen, Bandpässen und Bandsperren.- 7.3 Die Realisierung eines Digitalfilters.- 7.3.1 Gegenüberstellung FIR-Filter — IIR-Filter.- 7.3.2 Schema zur Filterentwicklung.- 7.3.3 Weitere Filterarten.- 7.4 Systeme mit mehreren Abtastraten.- 7.4.1 Einführung.- 7.4.2 Dezimation.- 7.4.3 Interpolation.- 7.4.4 Rationale Änderung der Abtastfrequenz.- Hinweise zur Weiterarbeit.- Verzeichnis der Formelzeichen.- Verzeichnis der Abkürzungen.- Sachwortverzeichnis.

Über Autor(innen)

Prof. Dr. Martin Meyer lehrt Nachrichtentechnik an der Fachhochschule Aargau (Schweiz).