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Inhaltsverzeichnis

Einführung

  • Verständliche Wissenschaft
  • Grafische Programmierung
  • Das elektronische Buch

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
  • Ausgangspunkt Physik
  • Zielaufklärung
  • Zwischenbilanz: Ein Konzept gewinnt Konturen
  • Aufgaben zu Kapitel 1:

Kapitel 2

Signale im Zeit- und Frequenzbereich

  • Das FOURIER – Prinzip
  • Periodische Schwingungen
  • Unser Ohr als FOURIER – Analysator
  • FOURIER – Transformation: Vom Zeit- in den Frequenzbereich
  • 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
  • Nichtperiodische und einmalige Signale
  • Der pure Zufall: Stochastisches Rauschen
  • Rauschen und Information
  • Aufgaben zu Kapitel 2

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
  • Warum es keine idealen Filter geben kann
  • Frequenzmessungen bei nichtperiodischen Signalen
  • Fastperiodische Signale
  • Töne, Klänge und Musik
  • Grenzbetrachtungen: Kurzzeit – FFT und Wavelets
  • Aufgaben zu Kapitel 3

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 4

Kapitel 5

Das Symmetrie – Prinzip

  • Aus Symmetriegründen: negative Frequenzen
  • Beweis für die physikalische Existenz negativer Frequenzen
  • Periodische Spektren
  • Inverse FOURIER –V Transformation und GAUSSsche Zahlenebene
  • Aufgaben zu Kapitel 5

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 6

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
  • Differenziation
  • Integration
  • Bösartige Funktionen bzw. Signalverläufe
  • Filter
  • Nichtlineare Prozesse
  • Multiplikation zweier Signale
  • Die Betragsbildung
  • Quantisierung
  • Windowing .
  • Aufgaben zu Kapitel 7

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 –V Modulation EM ohne Träger
  • Frequenzmultiplex
  • Mischung
  • Frequenzmodulation
  • Demodulation von FM – Signalen
  • Der Phase – Locked – Loop PLL
  • Phasenmodulation
  • Störfestigkeit von Modulationsverfahren bei AM , FM und PM
  • Praktische Informationstheorie
  • Aufgaben zu Kapitel 8

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 9

Kapitel 10

Digitale Filter

  • Hardware versus Software
  • Wie analoge Filter arbeiten
  • FFT – Filter
  • Digitale Filterung im Zeitbereich
  • Faltung
  • Fallstudie: Entwurf und Einsatz digitaler Filter
  • Welligkeit im Durchlassbereich vermeiden
  • Die Übertragungsfunktion digitaler Filter
  • Aufgaben zum Kapitel 10

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
  • Quadrature Mirror Filter (QMF) .
  • Diskrete Wavelet – Transformation und Multi – Skalen – Analyse
  • Ausnutzung psychoakustischer Effekte (MPEG) .
  • Kodierung und Physik
  • Aufgaben zu Kapitel 11

Kapitel 12

Digitale Übertragungstechnik II: Kanalkodierung

  • Fehlerschutz–Kodierung zur Reduzierung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit
  • Distanz
  • HAMMING – Codes und HAMMING – Distanz
  • Faltungskodierung
  • VITERBI – Dekodierung
  • Hard- und Softdecision
  • Kanalkapazität
  • Aufgaben zu Kapitel 12

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–VSpectrum
  • Aufgaben zu Kapitel 13

Kapitel 14

Neuronale Netze

  • Welche Anwendungen gibt es für Neuronale Netze?
  • Backpropagation als Fehlerminimierung: die Suche nach dem tiefsten Tal
  • Neuronale Netze mit DASYLab entwickeln
  • Projekt : Mustererkennung der Signale eines Funktionsgenerators
  • Spracherkennung als Beispiel für hochkomplexe, reale Mustererkennung
  • Neuronale Netze im industriellen Einsatz
  • Neuronale Netze: Ausblick und Grenzen
  • Aufgaben zu Kapitel 14

Kapitel 15

Komplexe dynamische Systeme, Entropie und

Selbstorganisation

  • Entropie und der 2. Hauptsatz der Thermodynamik
  • Dissipative Systeme und Selbstorganisation
  • Deterministisches Chaos
  • Darstellung dynamischer, nichtlinearer Systeme im Phasenraum
  • Komplexe Datenanalyse
  • Aufgaben zu Kapitel 15

Kapitel 16

Mathematische Modellierung von Signalen – Prozessen –

Systemen

  • Komplexe Zahlen
  • Einfache Operationen mit komplexen Zahlen
  • Blickrichtung Anwendungen
  • Klassifizierung Signal verarbeitender Systeme
  • FOURIER-Analyse periodischer Signale
  • Von der FOURIER-Reihe zur FOURIER-Transformation
  • Grundlegende Eigenschaften realer Signale und Systeme im Zeitbereich
  • Faltung und Multiplikation
  • Korrelation und Faltung
  • WIENER-KHINTSHINE- Theorem
  • LAPLACE -Transformation
  • HILBERT-Transformation
  • Operatorenrechnung

Index-Register

Literaturverzeichnis

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