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".
  
===Inhalt===
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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;]].
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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;.}}
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===Contents===
 
{{Collapsible-Kopf}}
 
{{Collapsible-Kopf}}
{{Collapse1| header=Systemtheoretische Grundlagen
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{{Collapse1| header= Basics of System Theory
 
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| submenu=  
*[[/Systembeschreibung im Frequenzbereich/]]
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*[[/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/]]
 
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}}
{{Collapse2 | header=Signalverzerrungen und Entzerrung
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{{Collapse2 | header=Signal Distortion and Equalization
 
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*[[/Klassifizierung der Verzerrungen/]]
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*[[/Classification of the Distortions/]]
*[[/Nichtlineare Verzerrungen/]]
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*[[/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/]]
+
*[[/Laplace Transform and p-Transfer Function/]]
*[[/Laplace–Rücktransformation/]]
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*[[/Inverse Laplace Transform/]]
 
}}
 
}}
{{Collapse4 | header=Eigenschaften elektrischer Leitungen
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*[[/Einige Ergebnisse der Leitungstheorie/]]
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*[[/Some Results from Line Transmission Theory/]]  
*[[/Koaxialkabel/]]
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*[[/Properties of Coaxial Cables/]]
*[[/Kupfer–Doppelader/]]
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*[[/Properties of Balanced Copper Pairs/]]  
 
}}
 
}}
 
{{Collapsible-Fuß}}
 
{{Collapsible-Fuß}}
  
Der Lehrstoff entspricht einer Vorlesung mit zwei Semesterwochenstunden (SWS) und einer weiteren SWS Übungen.   
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===Exercises and multimedia===
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{{BlaueBox|TEXT=
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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:
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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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$(4)$&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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'''Empfohlene Literatur:'''
 
*Dieter, C.: Telekommunikation: Grundlagen, Verfahren, Netze. Wiesbaden: Vieweg–Verlag, 2004
 
*Doetsch, G.: Anleitung zum praktischen Gebrauch der Laplace-Transformation und der Z-Transformation. München: Oldenbourg, 1967
 
*Doetsch, G.: Einführung in Theorie und Anwendung der Laplace-Transformation. 2. Auflage. Basel: Birkhäuser, 1970
 
*Fliege, N.: Systemtheorie. Stuttgart: B.G. Teubner, 1991
 
*Föllinger, O.: Laplace- und Fourier-Transformation. Berlin: Elitera, 1977
 
*Girod, B.; Rabenstein, R., Stenger, A.: Einführung in die Systemtheorie. 2. Auflage. Stuttgart: B. G. Teubner, 2003
 
*Hanik, N.: Nachrichtentechnik 1 (LB): Signaldarstellung. Vorlesungsmanuskript. Lehrstuhl für Nachrichtentechnik, TU München, 2016
 
*Haykin, S.: Communication Systems. Second Edition. New York: John Wiley & Sons, 1983
 
*Kammeyer, K.D.: Nachrichtenübertragung. Stuttgart: B.G. Teubner, 4. Auflage, 2004
 
*Kiencke, U.; Jäkel, K.: Signale und Systeme. 2. Auflage. München: Oldenbourg Verlag, 2002
 
*Kreß, D.; Kaufhold, B.: Signale und Systeme verstehen und vertiefen. Wiesbaden: Vieweg+Teubner, 2010
 
*Lüke, H. D.: Signalübertragung. 8. Auflage. Berlin – Heidelberg: Springer, 2004
 
*Marko, H.: Methoden der Systemtheorie. 3. Auflage. Berlin – Heidelberg: Springer, 1994
 
*Mildenberger, O.: Systemtheorie und Signaltheorie. Verlag Vieweg, Wiesbaden 2000
 
*Schüßler, H.W: Netzwerke, Signale und Systeme, Band I: Systemtheorie linearer elektrischer Netzwerke. 3. Auflage. Berlin – Heidelberg: Springer, 1991
 
*Söder, G.: Simulationsmethoden in der Nachrichtentechnik. Praktikumsanleitung. Lehrstuhl für Nachrichtentechnik, TU München, 2000
 
*Stockhausen, N.: Digitale Signalverarbeitung. Lehrbuch und Lernsystem, 2015
 
*Wellhausen, H. W.: Dämpfung, Phase und Laufzeiten bei Weitverkehrs–Koaxialpaaren. Frequenz 31, S. 23-28, 1977
 
  
 
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Latest revision as of 18:38, 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:

$(1)$    $\text{Exercises}$

$(2)$    $\text{Learning videos}$

$(3)$    $\text{Applets}$


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