Signalübertragung Grundlagen der digitalen und analogen Nachrichtenübertragungssysteme

Signalübertragung Grundlagen der digitalen und analogen Nachrichtenübertragungssysteme

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Lüke, Hans Dieter 1935-2005 (VerfasserIn)
Format: Buch
Sprache:German
Veröffentlicht: Berlin u.a. Springer 1990
Ausgabe:4. Aufl.
Schriftenreihe:Springer-Lehrbuch
Schlagworte:
Signaltheorie
Signalverarbeitung
Nachrichtenübertragungssystem
Informationsübertragung
Systemtheorie
Nachrichtenübertragungstechnik
Einführung
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adam_text IMAGE 1 INHALTSVERZEICHNIS 1 . DETERMINIERTE SIGNALE IN LINEAREN ZEITINVARIANTEN SYSTEMEN ... 1.1 ELEMENTARSIGNALE ................................ . 1.2 ZUM BEGRIFF DES SYSTEMS .......................... . 1.3 LINEARE ZEITINVARIANTE SYSTEME ..................... . 1.4 DAS FALTUNGSINTEGRAL ............................. . 1.5 BEISPIEL ZUR BERECHNUNG DES FALTUNGSINTEGRALS ......... 1.6 FALTUNGSALGEBRA ................................. . 1.7 DIRAC-STOSS ...................................... . 1.7.1 GEWICHT UND LINEARKOMBINATION VON DIRAC-STOESSEN 1.7.2 SIEBEIGENSCHAFT DES DIRAC-STOSSES ............... 1.7.3 DIRAC-STOSS MIT DEHNUNGSFAKTOR ................ 1.7.4 VERSCHIEBUNG DES DIRAC-STOSSES ................ 1.7.5 INTEGRATION DES DIRAC-STOSSES .................. 1.8 INTEGRATION UND DIFFERENTIATION VON SIGNALEN . . . . . . . . . . 1.9 KAUSALE UND STABILE SYSTEME ....................... . 1.10 ZUSAMMENFASSUNG ............................... . 1.11 AUFGABEN ....................................... . 2 . FOURIER-TRANSFORMATION ............................... . 2.1 EIGENFUNKTIONEN VON LTI-SYSTEMEN ................. 2.2 DAS FOURIER-LNTEGRAL .............................. . 2.3 BEISPIEL: FOURIER-TRANSFORMATION DES EXPONENTIALIMPULSES .............................. 2.4 THEOREME ZUR FOURIER-TRANSFORMATION ............... 2.4.1 SUPERPOSITIONSSATZ .......................... . 2.4.2 AEHNLICHKEITSSATZ ............................ . 2.4.3 VERSCHIEBUNGSSATZ .......................... . 2.4.4 DIFFERENTIATION ............................. . 2.4.5 SYMMETRIE DER FOURIER-TRANSFORMATION ......... 2.4.6 FALTUNG UND MULTIPLIKATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 BEISPIELE ZUR ANWENDUNG DER THEOREME . . . . . . . . . . . . . . 2.5.1 DIE FOURIER-TRANSFORMIERTE DES RECT-IMPULSES .... 2.5.2 DIE FOURIER-TRANSFORMIERTE DES DREIECKIMPULSES . 2.5.3 BERECHNUNG DES FAITUNGSPRODUKTES DER &FUNKTION MIT SICH SELBST ............................... 2.6 TRANSFORMATION SINGULARER SIGNALFUNKTIONEN .......... 2.6.1 TRANSFORMATION VON DIRAC-STOESSEN . . . . . . . . . . . . . . 2.6.2 TRANSFORMATION DER DIRAC-STOSSFOLGE ............ 2.6.3 TRANSFORMATION DER SPRUNGFUNKTION ............ 2.7 FOURIER- UND LAPLACE-TRANSFORMATION . . . . . . . . . . . . . . . . IMAGE 2 X INHALTSVERZEICHNIS 2.8 ZUSAMMENFASSUNG ............................... . 2.9 ANHANG ........................................ . 2.9.1 TABELLEN ZUR FOURIER-TRANSFORMATION ........... 2.9.2 TRANSFORMATION DER DIRAC-STOSSFOLGE ............ 2.9.3 MEHRFACHE FALTUNG DER RECHTECKFUNKTION ....... 2.10 AUFGABEN ....................................... . 3 . DISKRETE SIGNALE UND SYSTEME ........................... . 3.1 ABTASTUNG IM ZEITBEREICH ......................... . 3.2 ABTASTUNG IM FREQUENZBEREICH ..................... . 3.3 ZEITDISKRETE SIGNALE UND SYSTEME ................... . 3.3 . 1 DISKRETE FALTUNG ............................ . 3.3.2 ZEITDISKRETE ELEMENTARSIGNALE ................. 3.3.3 LINEARE VERSCHIEBUNGSINVARIANTE SYSTEME ........ 3.3.4 BEISPIEL ZUR DISKRETEN FALTUNG .................. 3.3.5 FOURIER-TRANSFORMATION ZEITDISKRETER SIGNALE .... 3.3.6 BEISPIEL 1: SPEKTRUM DES ZEITDISKRETEN EXPONENTIALIMPULSES ......................... 3.3.7 BEISPIEL 2: UEBERTRAG~N~SAUFGABE ............... 3.3.8 DIE DISKRETE FOURIER-TRANSFORMATION ........... 3.3.9 2-TRANSFORMATION ........................... . 3.4 ZUSAMMENFASSUNG ............................... . 3.5 ANHANG: TABELLEN ZUR FOURIER-TRANSFORMATION ZEITDISKRETER SIGNALE ............................... 3.6 AUFGABEN ....................................... . 4 . KORRELATIONSFUNKTIONEN DETERMINIERTER SIGNALE ............. 4.1 ENERGIE UND LEISTUNG VON SIGNALEN ................... 4.2 DEFINITION DER IMPULSKORRELATIONSFUNKTION FUER ENERGIESIGNALE ................................... . 4.3 KORREIATIONSPRODUKT UND FALTUNGSPRODUKT ............ 4.4 FOURIER-TRANSFORMATION DER IRNPULSAUTOKORRELATIONSFUNKTION ................... . 4.5 IMPULSKORRELATIONSFUNKTIONEN UND LTI-SYSTEME ....... 4.6 IMPULSKORRELATIONSFUNKTIONEN ZEITDISKRETER SIGNALE ..... 4.7 ZUSAMMENFASSUNG ............................... . 4.8 AUFGABEN ....................................... . 5 . SYSTEMTHEORIE DER TIEFPASS- UND BANDPASSSYSTEME ........... 5.1 DAS VERZERRUNGSFREIE SYSTEM ....................... . 5.2 TIEFPASSSYSTEME .................................. . 52.1 DER IDEALE TIEFPAR ........................... A) UEBERTRAGUNGSFUNKTION UND STOSSANTWORT ...... B) SPRUNGANTWORT DES IDEALEN TIEFPASSES ........ C) APPROXIMATION DES IDEALEN TIEFPASSES DURCH KAUSALE LTI-SYSTEME ..................... . 5.2.2 TIEFPASSSYSTEME MIT NICHTIDEALER UEBERTRAGUNGSFUNKTION ........................ IMAGE 3 INHALTSVERZEICHNIS A) ECHOMETHODE ............................ . B) PULSFORMFILTER ............................ . C) TIEFPASSSYSTEME MIT WELLIGER UEBERTRAGUNGSFUNKTION ..................... . D) TRANSVERSALFILTER .......................... . 5.3 ZEITDISKRETE TIEFPASSSYSTEME ........................ . 5.4 BANDPASSSYSTEME UND BANDPASSSIGNALE ................. 5.4.1 DER IDEALE BANDPASS .......................... . 5.4.2 BANDPASSSYSTEM UND AEQUIVALENTES TIEFPASSSYSTEM ............................... 5.4.3 KOMPLEXE SIGNALDARSTELLUNG ................... . 5.4.4 UBERTRAGUNG VON BANDPASSSIGNALEN UEBER BANDPASSSYSTEME ............................. 5.4.5 UBERTRAGUNG DES EINGESCHALTETEN COS-SIGNALS UEBER DEN IDEALEN BANDPASS .......................... 5.4.6 REALISIERUNG VON BANDPASSSYSTEMEN DURCH TIEFPASSSYSTEME .............................. 5.4.7 PHASEN- UND GRUPPENLAUFZEIT ................... 5.4.8 ZEITDISKRETE BANDPASS- UND HOCHPASSSYSTEME ...... 5.5 ZUSAMMENFASSUNG ................................ . 5.6 ANHANG: SI- UND SI-FUNKTION ........................ . 5.7 AUFGABEN ........................................ . 6 . STATISTISCHE SIGNAIBESCHREIBUNG ......................... . 6.1 BESCHREIBUNG VON ZUFALLSSIGNALEN DURCH MITTELWERTE ..... 6.1.1 DER ZUFALLSPROZESS ........................... . 6.1.2 STATIONARITAET UND ERGODIZITTIT ................... 6.1.3 MITTELWERTE 1 . ORDNUNG ....................... . 6.1.4 AUTOKORRELATIONSFUNKTION STATIONAERER PROZESSE .... 6.1.5 KREUZKORRELATIONSFUNKTION STATIONAERER PROZESSE ... 6.2 ZUFALLSSIGNALE IN LTI-SYSTEMEN ..................... . 6.2.1 LINEARER MITTELWERT .......................... . 6.2.2 QUADRATISCHER MITTELWERT UND AUTOKORRELATIONSFUNKTION ..................... 6.2.3 LEISTUNGSDICHTESPEKTRUM ..................... . 6.2.4 WEISSES RAUSCHEN ............................ . 6.2.5 KORRELATIONSEMPFANG GESTOERTER SIGNALE ........... 6.3 VERTEILUNGSFUNKTIONEN ............................. . 6.3.1 VERTEILUNGSFUNKTION UND WAHRSCHEINLICHKEIT ...... 6.3.2 VERTEILUNGSDICHTEFUNKTION .................... . 6.3.3 VERBUNDVERTEILUNGSFUNKTION ................... 6.3.4 STATISTISCHE UNABHAENGIGKEIT ................... . 6.4 GAUSS-VERTEILUNGEN ................................ . 6.4.1 VERTEILUNGSDICHTEFUNKTION DER SUMME VON ZUFALLSGROESSEN ................................ 6.4.2 GAUSS-VERTEILUNG ............................ . 6.4.3 GAUSS-PROZESS UND LTI-SYSTEME ................. 6.4.4 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT BEI KORRELATIONSEMPFANG GESTOERTER BINARSIGNALE ......................... IMAGE 4 XI1 INHALTSVERZEICHNIS 6.5 ZEITDISKRETE ZUFALLSSIGNALE ........................... 152 6.5.1 ABTASTUNG VON ZUFALLSSIGNALEN .................. 152 6.5.2 DER ZEITDISKRETE ZUFALLSPROZESS .................. 152 6.5.3 ZEITMITTELWERTE ............................... 153 6.5.4 ZEITDISKRETE ZUFALLSSIGNALE IN LSI-SYSTEMEN ....... 154 6.5.5 BEISPIEL: FILTERUNG VON WEISSEM RAUSCHEN ......... 155 6.6 ZUSAMMENFASSUNG ................................. 157 6.7 ANHANG:FEHLERFUNKTION ............................ 157 6.8 AUFGABEN ......................................... 159 7 . MODULATIONSVERFAHRENI . UEBERTRAGUNG DIGITALER SIGNALE .... 7.1 ALLGEMEINE UND DIGITALE UEBERTRAGUNGSSYSTEME .......... 7.2 BINAERUEBERTRAGUNG MIT TIEFPASSSIGNALEN ................ 7.2.1 UEBERTRAGUNG VON BINAERSIGNALFOLGEN .............. 7.2.2 DAS I . NYQUIST-KRITERIUM ..................... . 7.2.3 BIPOLARE UEBERTRAGUNG ........................ . 7.2.4 KORRELATIVE CODIEMNG ........................ . 7.2.5 MEHRPEGELUEBERTRAGUNG ....................... . 7.2.6 UEBERTRAGUNG MIT ZWEI TRAEGERSIGNALFORMEN ........ 7.2.7 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEITBEI UEBERTRAGUNG MIT ZWEI ORTHOGONALEN SIGNALEN .................... 7.2.8 ADAPTIVE KANALENTZERNING .................... . 7.3 BINAERUEBERTRAGUNG MIT BANDPASSSIGNALEN ............... 7.3.1 UEBERTRAGUNGSARTEN ........................... . 7.3.2 AUTOKORRELATIONSFUNKTION VON BANDPASSSIGNALEN ... 7.3.3 EMPFANG VON BANDPASSSIGNALEN IM TIEFPASSBEREICH . 7.3.4 INKOHAERENTER EMPFANG VON BANDPASSSIGNALEN ..... 7.3.5 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT BEI INKOHAERENTEM EMPFANG VON BANDPASSTRAEGERSIGNALEN ............ 7.3.6 BANDPASSRAUSCHEN UND RAYLEIGH-VERTEILUNG ....... 7.3.7 SYNCHRONISATION ............................. . 7.4 PULSCODEMODULATION (PCM) ........................ . 7.4.1 VERFAHREN DER PULSCODEMODULATION .............. 7.4.2 QUANTISIERUNGSRAUSCHEN ...................... . 7.4.3 UEBERTRAGUNGSFEHLER IN PCM-SYSTEMEN ........... 7.4.4 PCM-CODIERUNG MIT GEDAECHTNIS ................ 7.5 ZUSAMMENFASSUNG ................................ . 7.6 ANHANG: RICE-VERTEILUNG ........................... . 7.7 AUFGABEN ........................................ . 8 . MODULATIONSVERFAHRENI1 . UEBERTRAGUNG ANALOGER SIGNALE ... 213 8.1 LINEARE MODULATIONSVERFAHREN ....................... 213 8.1.1 PULSAMPLITUDENMODUIATION .................... 213 8.1.2 PAM-UEBERTRAGUNG MIT BANDPASSTRAEGERSIGNALEN .... 214 8.1.3 AMPLITUDENMODULATION ........................ 216 8.1.4 INKOHAERENTER EMPFANG IN AM-SYSTEMEN ......... 218 8.1.5 EINSEITENBAND-AMPLITUDENMODULATION ........... 220 8.1.6 STOERVERHALTEN DER LINEAREN MODULATIONSVERFAHREN . . 222 IMAGE 5 INHALTSVERZEICHNIS XLLL 8.2 ULTI~LEX-TFBERTRAGUNG ............................. 224 8.2.1 ULTIPLEX-TFBERTRAGUNG MIT PULSAMPLITUDENMODULATION .................... 225 8.2.2 EITMULTIPLEX-UBERTRAGUNG ..................... 226 8.2.3 ~REQUENZMULTIPLEX-UBERTRAGUNG ................ 228 8.2.4 ~ODERNULTIPLEX-UBERTRAGUNG .................... 230 8.3 WINKELMODULATIONSVERFAHREN ........................ 232 8.3 . 1 PHASEN- UND FREQUENZMODULATION ............... 232 8.3.2 SPEKTRUM EINES FM-SIGNALS .................... 233 8.3.3 EMPFANG VON FM-SIGNALEN ..................... 236 8.3.4 STOERVERHALTEN DER FM-UBERTRAGUNG .............. 237 8.4 BEGRIFFE DER INFORMATIONSTHEORIE ..................... 241 8.4.1 DISKRETE NACHRICHTENQUELLEN ................... 242 8.4.2 KONTINUIERLICHE NACHRICHTENQUELLEN ............. 244 8.4.3 KANALKAPAZITAET ............................... 245 8.4.4 DIE KANALKAPAZITAET DES GAUSS-KANALS ............ 245 8.4.5 DIE SHANNON-GRENZE BEI DIGITALER OBERTRAGUNG .... 247 8.4.6 IDEALE UBERTRAGUNGSSYSTEME MIT BANDBREITEDEHNUNG ........................... 248 A) AMPLITUDENMODULATIONSVERFAHREN ............ 250 B) FREQUENZMODULATIONSVERFAHREN .............. 250 C) PULSCODEMODULATION ....................... 250 8.5 ZUSAMMENFASSUNG ................................. 251 8.6 AUFGABEN ......................................... 252 9 . UEBUNGEN ............................................. 257 9.1 ORTHOGONALENTWICKLUNG ............................. 257 9.2 SIGNALRAUM ....................................... 258 9.3 MATCHED-FILTER BEI FARBIGEM RAUSCHEN ................ 261 9.4 QUATERNAERE PHASENUMTASTUNG ........................ 263 9.5 FREQUENZUMTASTUNG MIT NICHTKOHAERENTEM EMPFANG ..... 264 9.6 DELTAMODULATION UND DIFFERENZ-PULSCODEMODULATION .... 266 9.7 OPTIMALER QUANTISIERER ............................. 267 9.8 RADAREMPFAENGER ................................... 270 ENTWICKLUNG DER NACHRICHTENTECHNIK ........................ 273 LITERATURVENEICHNIS ...................................... 275 SYMBOLVENEICHNIS ........................................ 281 LOESUNGEN ZU DEN AUFGABEN DER KAPITEL 1 . 8 .................. 283
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