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2017 | Book

Das Konzept: Methoden – Inhalte – Ziele Read chapter Read first chapter

Signale – Prozesse – Systeme

Eine multimediale und interaktive Einführung in die Signalverarbeitung

Author: Dipl.-Ing Ulrich Karrenberg

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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About this book

Buch und DVD bilden ein attraktives multimediales und interaktives Lernsystem, welches die Visualisierung selbst komplexer Vorgänge möglich macht. Das zugrunde liegende didaktische Konzept setzt auf die Visualisierung von Signalen und Prozessen sowie auf die grafische Programmierung signaltechnischer Systeme (Deutscher Bildungssoftwarepreis Digita 2003).

- Mit der professionellen Software DASYLab können verwertbare Applikationen entwickelt, modifiziert und optimiert werden.

- Die computergestützte Verarbeitung realer Signale über die Soundkarte wird möglich.

- Etwa 250 vorprogrammierte signaltechnische Systeme und Folienentwürfe sind direkt in das elektronische Dokument eingebettet.

- Zu jedem Kapitel gibt es ein einführendes Video in HD-Qualität.

Neu in der 7. Auflage:

• Anpassung an die aktuelle DASYLab S-Version 14 für Windows 7, 8 und 10 (32 und 64 Bit)

• Erweiterungsmöglichkeiten mit neuem Python ™ Script Modul, um eigene Module zu entwerfen

• Reale Signale können nunmehr nicht nur über die interne Soundkarte, sondern auch über einen steckbaren USB Sound Adapter aufgenommen und ausgegeben werden. Auch USB-Mikrofone sind direkt anschließbar

• Ein neues Kapitel 15 „Komplexe Systeme, Entropie und Selbstorganisation“ gibt eine Einführung in die uns umgebenden nichtlinearen Systeme in Natur, Technik, Wissenschaft und Gesellschaft

• Die mathematische Modellierung von Signalen, Prozessen und Systemen in Kapitel 16, aufbauend auf den Inhalten der Kapitel 1 bis 15, wurde erweitert und ergänzt

• Zahlreiche vorprogrammierte Systeme wurden im Detail verbessert, neue kamen hinzu

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Das Konzept: Methoden – Inhalte – Ziele
Die Mikroelektronik bildet bereits heute die Schlüsselindustrie schlechthin (siehe Abb. 9). Sie hat und wird nach Expertenmeinung unser Leben mehr verändern als jede andere Technologie. Ihre gesellschaftlichen, politischen und wirtschaftlichen Auswirkungen übersteigen möglicherweise jedes Vorstellungsvermögen.
Ulrich Karrenberg
Kapitel 2. Signale im Zeit- und Frequenzbereich
Signale sind – physikalisch betrachtet – Schwingungen bzw. Wellen. Ihnen sind bestimmte Informationen aufgeprägt, indem sie sich nach einem bestimmten Muster ändern.
Ulrich Karrenberg
Kapitel 3. Das Unschärfe–Prinzip
Musiknoten haben etwas mit der gleichzeitigen Darstellung des Zeit- und Frequenzbereichs zu tun, wie sie in den dreidimensionalen Abb. 28 bis Abb. 36 (Kapitel 2) periodischer Signale zu finden sind. Die Höhe der Noten auf den Notenlinien gibt die Tonhöhe, also letztlich die Frequenz, die Form der Note ihre Zeitdauer an. Noten werden nun von Komponisten so geschrieben, als ließen sich Tonhöhe und Zeitdauer vollkommen unabhängig voneinander gestalten.
Ulrich Karrenberg
Kapitel 4. Sprache als Informationsträger
Es ist immer wieder interessant festzustellen, wie kurz der Weg von den physikalischen Grundlagen zur „praktischen Anwendung“ ist. Grundlagenwissen ist durch nichts zu ersetzen. Leider besitzt im Zusammenhang mit Grundlagenwissen das Wort „Theorie“ für viele einen unangenehmen Beigeschmack, wohl aufgrund der Tatsache, dass diese meist durch abstrakte mathematische Modelle beschrieben wird. Aber nicht hier!
Ulrich Karrenberg
Kapitel 5. Das Symmetrie – Prinzip
Die Symmetrie ist eines der wichtigsten Strukturmerkmale der Natur. Der Raum ist symmetrisch bzw. isotrop – d. h. keine Richtung wird physikalisch bevorzugt – und praktisch zu jedem Elementarteilchen (z. B. das Elektron mit negativer Elementarladung) fordert (und findet) man dann ein "spiegelbildliches" Objekt (z. B. das Positron mit positiver Elementarladung). Zu Materie gibt es aus Symmetriegründen Antimaterie.
Ulrich Karrenberg
Kapitel 6. Systemanalyse
So allmählich fallen uns die Früchte unserer Grundlagen (FOURIER–, Unschärfe– sowie Symmetrie–Prinzip) in den Schoß und wir können mit der Ernte beginnen.
Ulrich Karrenberg
Kapitel 7. Lineare und nichtlineare Prozesse
Theoretisch gibt es – wie bereits erwähnt – in der Nachrichtentechnik unendlich viele signaltechnische Prozesse. Auch hieran lässt sich deutlich der Unterschied zwischen Theorie und Praxis aufzeigen: Praktisch nutzbar und wichtig sind hiervon vielleicht zwei oder drei Dutzend. Das entspricht etwa der Anzahl der Buchstaben unseres Alphabets. Da wir Lesen und Schreiben gelernt haben, indem wir sinnvoll bzw.
Ulrich Karrenberg
Kapitel 8. Klassische Modulationsverfahren
Unter dem Begriff Modulation werden alle Verfahren zusammengefasst, die das Quellensignal für den Übertragungsweg aufbereiten.
Ulrich Karrenberg
Kapitel 9. Digitalisierung
Aha, werden Sie denken, jetzt folgt so etwas wie eine „Einführung in die Digitaltechnik“. Bereits in der Unterstufe aller Ausbildungsberufe des Berufsfeldes Elektrotechnik ist dieser Themenkreis ein unverzichtbarer Bestandteil der Ausbildung.
Ulrich Karrenberg
Kapitel 10. Digitale Filter
Filter besitzen in der Signalverarbeitung eine überragende Bedeutung. Die gesamte Nachrichtentechnik wäre ohne sie nicht möglich. Im Kapitel 7 wurden Filter – als Beispiel für lineare Prozesse – bereits behandelt. Im Vordergrund standen zwar analoge Filter, jedoch wurde auch bereits grundsätzlich auf digitale Filter eingegangen. Gerade am Beispiel digitaler Filter lassen sich die Vorteile der digitalen gegenüber der analogen Signalverarbeitung demonstrieren.
Ulrich Karrenberg
Kapitel 11. Digitale Übertragungstechnik I: Quellenkodierung
Die moderne Mikroelektronik liefert uns mit der Digitalen Signalverarbeitung DSP (Digital Signal Processing) Anwendungen, die vor einigen Jahren noch nicht für möglich gehalten wurden. Das Handy bzw. der Mobilfunk ist nur ein Beispiel, das globale Internet ein anderes. Die faszinierenden Anwendungen der Medizintechnik liegen nicht so im Blickfeld der Öffentlichkeit, ähnlich wie die Rundfunk- und Fernsehtechnik der Zukunft: DAB (Digital Audio Broadcasting) und DVB (Digital Video Broadcasting).
Ulrich Karrenberg
Kapitel 12. Digitale Übertragungstechnik II: Kanalkodierung
Sendet ein Gerät einen kontinuierlichen Strom von Bitmustern, so soll dieser unverfälscht beim Empfänger ankommen. Dies gilt auch für den Abruf von Daten von einem Speichermedium. Das Maß schlechthin für die Qualität der Übertragung oder Speicherung ist die sogenannte Bitfehlerwahrscheinlichkeit.
Ulrich Karrenberg
Kapitel 13. Digitale Übertragungstechnik III: Modulation
Auch die digitalen Signale am Ausgang eines Kodierers sind „Zahlenketten“ in Form eines Bitstroms. Für die Übertragung solcher Bitmuster über ein physikalisches Medium (Kabel oder der freie Raum) müssen diese in ein zeitkontinuierliches, letztlich analoges, moduliertes Signal umgesetzt werden.
Ulrich Karrenberg
Kapitel 14. Neuronale Netze
Alle bisher behandelten Verfahren und Systeme zur Signalverarbeitung haben etwas gemeinsam: In ihrem Verhalten sind sie nicht anpassungsfähig, sondern festgezurrt durch Regeln und mathematische Modelle. Ihr Eigenschaften sind statischer Natur. Sie sind nicht lernfähig.
Ulrich Karrenberg
Kapitel 15. Komplexe dynamische Systeme, Entropie und Selbstorganisation
Signale – Prozesse – Systeme beschreiben in der Wissenschaft eine übergeordnete Struktur, die sich – wie bereits mehrfach angeführt – nicht nur auf Technik beschränkt. Inzwischen dienen diese Begriffe in nahezu allen Wissenschaften als Instrumentarium, einen „Blick hinter die Kulissen” zu werfen bzw. das Gemeinsame vieler zunächst höchst unterschiedlich erscheinender Phänomene aus den unterschiedlichsten Fachgebieten herauszufiltern.
Ulrich Karrenberg
Kapitel 16. Mathematische Modellierung von Signalen – Prozessen – Systemen
Dieses Kapitel soll ein Bindeglied darstellen zwischen dem interaktiven und multimedialen Lernsystem “Signale – Prozesse – Systeme” und der üblichen, auf hohem mathematischen Niveau daherkommenden Fachliteratur zu diesem Thema.
Ulrich Karrenberg
Backmatter
Metadata
Title
Signale – Prozesse – Systeme
Author
Dipl.-Ing Ulrich Karrenberg
Copyright Year
2017
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-52659-0
Print ISBN
978-3-662-52658-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-52659-0