Grundlagen der Informationstechnik Signale, Systeme und Filter

Die Informationstechnik ist eine breit ausstrahlende Grundlagendisziplin. Sie liefert das mathematische Rüstzeug für Anwendungen der Signalverarbeitung, Mess-, Regelungs-, Nachrichten-, Multimedia- und Simulationstechnik. Die Informationstechnik hat sich längst als eigenständige Disziplin etabliert und gehört zum Pflichtstoff aller Studiengänge der Elektro- und Informationstechnik.
Dieses Buch gibt eine Einführung in die Informationstechnik. Es betont die Gemeinsamkeiten zwischen den analogen und digitalen Signalen bzw. Systemen. Die digitalen Konzepte stehen natürlich im Vordergrund. Dank zahlreichen durchgerechneten Beispielen ist das Buch zum Selbststudium geeignet. Der Stoff lässt sich auch mit Hilfe eines Software-Paketes visualisieren und vertiefen, dazu finden sich Hinweise für den Einsatz von MATLAB.

1 Einführung.- 1.1 Das Konzept der Systemtheorie.- 1.2 Übersicht über die Methoden der Signalverarbeitung.- 2 Analoge Signale.- 2.1 Klassierung der Signale.- 2.2 Die Fourier-Reihe.- 2.3 Die Fourier-Transformation (FT).- 2.4 Die Laplace-Transformation (LT).- 3 Analoge Systeme.- 3.1 Klassierung der Systeme.- 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.- 3.7 Bodediagramme.- 3.8 Systemverhalten im Zeitbereich.- 3.9 Spezielle Systeme.- 3.10 Systembeschreibung mit Zustandsvariablen.- 3.11 Normierung.- 3.12 Übersicht über die Systembeschreibungen.- 3.13 Das Übertragungsverhalten von LTI-Systemen.- 4 Digitale Signale.- 4.1 Einführung.- 4.2 Die Fourier-Transformation für Abtastsignale (FTA).- 4.3 Die diskrete Fourier-Transformation (DFT).- 4.4 Spektralanalyse mit der DFT/FFT.- 4.5 Die diskrete Faltung.- 4.6 Die z-Transformation (ZT).- 4.7 Übersicht über die Signaltransformationen.- 5 Digitale Systeme.- 5.1 Einführung.- 5.2 Die Differenzengleichung.- 5.3 Die Impulsantwort.- 5.4 Der Frequenzgang und die z-Übertragungsfunktion.- 5.5 Die Schrittantwort.- 5.6 Pole und Nullstellen.- 5.7 Strukturen und Blockschaltbilder.- 5.8 Digitale Simulation analoger Systeme.- 5.9 Übersicht über die Systeme.- 5.10 Der Einfluss der Amplitudenquantisierung.- 5.11 Die Realisierung von digitalen Systemen.- 6 Zufällige Signale.- 6.1 Einführung.- 6.2 Wahrscheinlichkeitsfunktion und Wahrscheinlichkeitsdichte.- 6.3 Zufallsfunktionen und stochastische Prozesse.- 6.4 Die Beschreibung von Zufallssignalen im Frequenzbereich.- 6.5 Einige Anwendungen.- 7 Reaktion von Systemen auf Zufallssignale.- 7.1 Systemreaktion.- 7.2 Messung von Frequenzgängen.- 7.3Optimalfilter (matched filter).- 8 Analoge Filter.- 8.1 Einführung.- 8.2 Approximation des idealen Tiefpasses.- 8.3 Frequenztransformation.- 8.4 Die praktische Realisierung von aktiven Analogfiltern.- 9 Digitale Filter.- 9.1 IIR-Filter (Rekursivfilter).- 9.2 FIR-Filter (Transversalfilter).- 9.3 Die Realisierung eines Digitalfilters.- 10 Einige weiterführende Ausblicke.- 10.1 Systeme mit mehreren Abtastraten.- 10.2 Analytische Signale und Hilbert-Transformation.- 10.3 Adaptive Filter.- 10.4 Parametrische Spektralanalyse.- Hinweise zur Weiterarbeit.- Anhang: MATLAB.- A.1 Einführung.- A.2 Darstellung der analogen und digitalen Systeme in MATLAB.- A.2.1 Direktstruktur (Polynomquotienten).- A.2.2 Kaskadenstruktur (Pol-Nullstellen-Verstärkungs — Darstellung).- A.2.3 Biquadkaskade.- A.2.4 Parallelstruktur (Partialbruchdarstellung).- A.2.5 Zustandsraumdarstellung.- A.3 MATLAB-Befehle.- A.3.1 Umwandlung der Systemdarstellungen.- A.3.2 Digitale Simulation analoger Systeme.- A.3.3 Analyse von Systemen.- A.3.4 Analoge Filter.- A.3.5 IIR-Filter.- A.3.6 FIR-Filter.- A.3.7 Spektralanalyse.- A.3.8 Spezielle Funktionen.- A.3.9 Statistische Signalanalyse.- A.4 Beispiel-Programme.- A.4.1 Analyse von analogen Systemen.- A.4.2 Analyse von digitalen Systemen.- A.4.3 Gruppenlaufzeit analoger Systeme.- Verzeichnis der Formelzeichen.- Verzeichnis der Abkürzungen.- Sachwortverzeichnis.

Prof. Dr. Martin Meyer lehrt Nachrichtentechnik und ist Leiter des Studienganges Elektro- und Informationstechnik an der Fachhochschule Nordwestschweiz.