Difference between revisions of "Linear and Time Invariant Systems"

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Beschrieben wird aufbauend auf dem Buch  [[Signaldarstellung]], wie man den Einfluss eines Filters auf deterministische Signale mathematisch erfassen kann. Das Buch definiert Verzerrungen und beschreibt die Laplace-Transformation für kausale Systeme sowie die Eigenschaften elektrischer Leitungen. Der Filtereinfluss auf ein Zufallssignal wird erst später im Kapitel 5 des Buches  [[Stochastische Signaltheorie]]  behandelt.
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===Brief summary===
  
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{{BlaueBox|TEXT=Based on the book  [[Signaldarstellung|»Signal Representation«]],  here it is described how to mathematically capture the influence of a filter on deterministic signals.
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# System theory analyses a quadripole  $($»system«$)$  using  »cause«   ⇒   $[$input   $ X(f)\ \bullet\!\!-\!\!\!-\!\!\!-\!\!\circ\,\ x(t)]$  and  »effect«   ⇒   $[$output  $ Y(f)\ \bullet\!\!-\!\!\!-\!\!\!-\!\!\circ\,\, y( t )]$. 
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# Indicator in frequency domain is the  »frequency response«  $ H(f)=Y(f)/X(f)$,  in time domain the  »impulse response»  $ h(t)$,  where  $ y(t)=x(t)\star h(t)$.
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# System distortions   ⇒   $ y(t)\ne K \cdot x(t - \tau)$;  distortion-free system:  output and input differ only by attenuation/gain and/or delay time.
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# Linear distortions $($possibly reversible$)$   ⇒   $ Y(f)=X(f)\cdot H(f)$;    non-linear distortions   ⇒   emergence of new frequencies  $($irreversible distortions$)$.
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# Peculiarities of causal systems &nbsp; &rArr; &nbsp; $ h(t<0)\equiv 0$;&nbsp; Hilbert transform,&nbsp; Laplace transform; inverse Laplace  transform &nbsp; &rArr; &nbsp; residue theorem.
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#Some results of line transmission theory;&nbsp; coaxial cable systems &nbsp; &rArr; &nbsp; "white noise";&nbsp; copper twisted pairs &nbsp; &rArr; &nbsp; dominant is&nbsp; "near-end crosstalk".
  
Der Lehrstoff entspricht einer Vorlesung mit zwei Semesterwochenstunden (SWS) und einer weiteren SWS Übungen.
 
  
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The filter influence on a random signal is only dealt with in the last chapter of the book &nbsp;[[Theory_of_Stochastic_Signals|&raquo;Theory of Stochastic Signals&laquo;]].
  
Hier zunächst eine Inhaltsübersicht anhand der vier Hauptkapitel mit insgesamt zwölf Kapiteln.  
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&rArr; &nbsp; First the&nbsp; &raquo;'''content overview'''&laquo;&nbsp; on the basis of the&nbsp; &raquo;'''four main chapters'''&laquo;&nbsp; with a total of&nbsp; &raquo;'''twelve individual chapters'''&laquo;&nbsp; and&nbsp; &raquo;'''93 sections'''&laquo;.}}
  
  
===Inhalt===
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===Contents===
 
{{Collapsible-Kopf}}
 
{{Collapsible-Kopf}}
{{Collapse1| header=Systemtheoretische Grundlagen
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{{Collapse1| header= Basics of System Theory
 
| submenu=  
 
| submenu=  
*[[/Systembeschreibung im Frequenzbereich/]]
+
*[[/System Description in Frequency Domain/]]
*[[/Systembeschreibung im Zeitbereich/]]
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*[[/System Description in Time Domain/]]
*[[/Einige systemtheoretische Tiefpassfunktionen/]]
+
*[[/Some Low-Pass Functions in Systems Theory/]]
 
}}
 
}}
{{Collapse2 | header=Signalverzerrungen und Entzerrung
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{{Collapse2 | header=Signal Distortion and Equalization
 
|submenu=
 
|submenu=
*[[/Klassifizierung der Verzerrungen/]]
+
*[[/Classification of the Distortions/]]
*[[/Nichtlineare Verzerrungen/]]
+
*[[/Nonlinear Distortions/]]
*[[/Lineare Verzerrungen/]]
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*[[/Linear Distortions/]]
 
}}
 
}}
{{Collapse3 | header=Beschreibung kausaler realisierbarer Systeme
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{{Collapse3 | header=Description of Causal  Realizable Systems
 
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*[[/Folgerungen aus dem Zuordnungssatz/]]
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*[[/Conclusions from the Allocation Theorem/]]
*[[/Laplace–Transformation und p–Übertragungsfunktion/]]
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*[[/Laplace Transform and p-Transfer Function/]]
*[[/Laplace–Rücktransformation/]]
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*[[/Inverse Laplace Transform/]]
 
}}
 
}}
{{Collapse4 | header=Eigenschaften elektrischer Leitungen
+
{{Collapse4 | header=Properties of Electrical Cables
 
|submenu=
 
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*[[/Einige Ergebnisse der Leitungstheorie/]]
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*[[/Some Results from Line Transmission Theory/]]  
*[[/Eigenschaften von Koaxialkabeln/]]
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*[[/Properties of Coaxial Cables/]]
*[[/Eigenschaften von Kupfer–Doppeladern/]]
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*[[/Properties of Balanced Copper Pairs/]]  
 
}}
 
}}
 
{{Collapsible-Fuß}}
 
{{Collapsible-Fuß}}
  
Neben diesen Theorieseiten bieten wir auch Aufgaben und multimediale Module an, die zur Verdeutlichung des Lehrstoffes beitragen könnten:
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===Exercises and multimedia===
*[https://en.lntwww.de/Kategorie:Aufgaben_zu_Lineare_zeitinvariante_Systeme '''Aufgaben''']
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*[[LNTwww:Lernvideos_zu_Lineare_zeitinvariante_Systeme|'''Lernvideos''']]
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{{BlaueBox|TEXT=
*[[LNTwww:HTML5-Applets_zu_Lineare_zeitinvariante_Systeme|'''neu gestaltete Applets''']], basierend auf HTML5, auch auf Smartphones lauffähig
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In addition to these theory pages,&nbsp; we also offer exercises and multimedia modules on this topic,&nbsp; which could help to clarify the teaching material:
*[[LNTwww:SWF-Applets_zu_Lineare_zeitinvariante_Systeme|'''frühere Applets''']], basierend auf SWF, lauffähig nur unter WINDOWS mit ''Adobe Flash Player''
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$(1)$&nbsp; &nbsp; [https://en.lntwww.de/Category:Linear_and_Time-Invariant_Systems:_Exercises $\text{Exercises}$]
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$(2)$&nbsp; &nbsp; [[LNTwww:Learning_Videos_to_Linear_and_Time_Invariant_Systems|$\text{Learning videos}$]]
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$(3)$&nbsp; &nbsp; [[LNTwww:LNTwww:Applets_to_"Linear_and_Time_Invariant_Systems"|$\text{Applets}$]]}}
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===Further links===
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{{BlaueBox|TEXT=
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$(4)$&nbsp; &nbsp; [[LNTwww:Bibliography_to_"Linear_and_Time_Invariant_Systems"|$\text{Bibliography}$]]
  
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$(5)$&nbsp; &nbsp; [[LNTwww:Imprint_for_the_book_"Linear_and_Time_Invariant_Systems"|$\text{Impressum}$]] }}
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<br><br>
  
'''Empfohlene Literatur:'''
 
*Conrads, D.: Telekommunikation. Grundlagen, Verfahren, Netze. 5. Aufl. Wiesbaden: Vieweg&Teubner Verlag, 2004. ISBN 978-3-52844-589-8
 
*Dieter, C.: Telekommunikation: Grundlagen, Verfahren, Netze. Wiesbaden: Vieweg–Verlag, 2004
 
*Doetsch, G.: Anleitung zum praktischen Gebrauch der Laplace-Transformation und der Z-Transformation. 4. Aufl. München (u.a.): Oldenbourg, 1981. ISBN 3-486-30734-7
 
*Doetsch, G.: Einführung in Theorie und Anwendung der Laplace-Transformation. Ein Lehrbuch für Studierende der Mathematik, Physik und Ingenieurwissenschaft. Bd. 24. Basel (u.a.): Springer Basel, 1970. ISBN 978-3-03484-067-5
 
*Fliege, N.: Systemtheorie. Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag, 1991. ISBN 3-66305-933-2
 
*Föllinger, O.; Kluwe, M.: Laplace-, Fourier- und z-Transformationen. 8. Aufl.Heidelberg: Hüthig, 2003. ISBN 978-3-77852-911-9
 
*Girod, B.; Rabenstein, R.; Stenger, A.: Einführung in die Systemtheorie. 3. Aufl. Stuttgart: Teubner, 2005. ISBN 978-3-51926-194-0
 
*Hanik, N.: Leitungsgebundene Übertragungstechnik. Vorlesungsmanuskript. Lehrstuhl für Nachrichtentechnik, TU München, 2015.
 
*Hanik, N.: Nachrichtentechnik 1 (LB): Signaldarstellung. Vorlesungsmanuskript. Lehrstuhl für Nachrichtentechnik, TU München, 2017
 
*Haykin, S.; Moher, M.: Communication Systems. 5. Aufl. Hoboken, N.J.: J. Wiley, 2009. ISBN 978-0-47169-790-9
 
*Kammeyer, K.-D.: Nachrichtenübertragung. 3. Aufl. Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag, 2004. ISBN 3-51926-142-1
 
*Kiencke, U.; Jäkel, H.: Signale und Systeme. 3. Aufl. München: Oldenbourg, 2005. ISBN 978-3-48657-811-9
 
*Kramer, G.: Nachrichtentechnik 1. Vorlesungsmanuskript, Lehrstuhl für Nachrichtentechnik, TU München, 2017
 
*Kreß, D.; Kaufhold, B.: Signale und Systeme verstehen und vertiefen. Denken und Arbeiten im Zeit- und Frequenzbereich. Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag, 2010. ISBN 978-3-83489-673-5
 
*Lüke, H. D.; Ohm, J.-R.: Signalübertragung. 12. Aufl. Berlin: Springer Vieweg, 2014. ISBN 978-3-642-53901-5
 
*Marko, H.: Systemtheorie. Methoden und Anwendungen für ein- und mehrdimensionale Systeme. Berlin (u.a.): Springer, 1995. ISBN 978-3-642-57791-8
 
*Mildenberger, O.: System- und Signaltheorie. Grundlagen für das informationstechnische Studium. 3. Aufl. Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag, 1995. ISBN 978-3-663-11579-3
 
*Pollakowski, M.; Wellhausen, H.W.: Eigenschaften symmetrischer Ortsanschlusskabel im Frequenzbereich bis 30 MHz. Mitteilung aus dem Forschungs- und Technologiezentrum der Deutschen Telekom AG, Darmstadt, Verlag für Wissenschaft und Leben Georg Heidecker, 1995.
 
*Schüßler, H. W.: Systemtheorie linearer elektrischer Netzwerke. 3. Aufl., 1991. ISBN 3-540-53791-0
 
*Söder, G.: Modellierung, Simulation und Optimierung von Nachrichtensystemen. Bd. 23. Berlin, Heidelberg: Springer, 1993. ISBN 978-3-54057-215-2
 
*Stockhausen, N.: Methoden der digitalen Signalverarbeitung. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2017. ISBN 978-3-52741-360-7
 
*Wellhausen, H. W.: Dämpfung, Phase und Laufzeiten bei Weitverkehrs–Koaxialpaaren. Frequenz 31, S. 23-28, 1977
 
  
  
[[LNTwww:Autoren#Lineare zeitinvariante Systeme|'''Hinweise zu den Autoren und den Materialien, von denen bei der Erstellung des Buches ausgegangen wurde''']]
 
 
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Latest revision as of 17:38, 1 November 2023

Brief summary

Based on the book  »Signal Representation«,  here it is described how to mathematically capture the influence of a filter on deterministic signals.

  1. System theory analyses a quadripole  $($»system«$)$  using  »cause«   ⇒   $[$input   $ X(f)\ \bullet\!\!-\!\!\!-\!\!\!-\!\!\circ\,\ x(t)]$  and  »effect«   ⇒   $[$output  $ Y(f)\ \bullet\!\!-\!\!\!-\!\!\!-\!\!\circ\,\, y( t )]$.
  2. Indicator in frequency domain is the  »frequency response«  $ H(f)=Y(f)/X(f)$,  in time domain the  »impulse response»  $ h(t)$,  where  $ y(t)=x(t)\star h(t)$.
  3. System distortions   ⇒   $ y(t)\ne K \cdot x(t - \tau)$;  distortion-free system:  output and input differ only by attenuation/gain and/or delay time.
  4. Linear distortions $($possibly reversible$)$   ⇒   $ Y(f)=X(f)\cdot H(f)$;   non-linear distortions   ⇒   emergence of new frequencies  $($irreversible distortions$)$.
  5. Peculiarities of causal systems   ⇒   $ h(t<0)\equiv 0$;  Hilbert transform,  Laplace transform; inverse Laplace transform   ⇒   residue theorem.
  6. Some results of line transmission theory;  coaxial cable systems   ⇒   "white noise";  copper twisted pairs   ⇒   dominant is  "near-end crosstalk".


The filter influence on a random signal is only dealt with in the last chapter of the book  »Theory of Stochastic Signals«.

⇒   First the  »content overview«  on the basis of the  »four main chapters«  with a total of  »twelve individual chapters«  and  »93 sections«.


Contents

Exercises and multimedia

In addition to these theory pages,  we also offer exercises and multimedia modules on this topic,  which could help to clarify the teaching material:

$(1)$    $\text{Exercises}$

$(2)$    $\text{Learning videos}$

$(3)$    $\text{Applets}$


Further links