BET203: Digitale Signalverarbeitung (mit Praktikum)

Lernpfad Intelligente Signalverarbeitung

BET203: Digitale Signalverarbeitung (mit Praktikum)

Kurzporträt BET203: Digitale Signalverarbeitung (mit Praktikum)
Worum geht es? Dieses Modul zeigt, wie Signale nach der Digitalisierung mathematisch beschrieben und verarbeitet werden. Studierende lernen Abtastung, Quantisierung, Fourier-Analyse, z-Transformation sowie den Entwurf digitaler FIR- und IIR-Filter kennen. Im Praktikum setzen Studierende digitale Filtersysteme praktisch um und untersuchen deren Wirkung auf reale Signale.
Wofür braucht man es? Diese Kompetenzen werden benötigt, um Sensor-, Audio-, Steuer- und Regelungssignale digital aufzubereiten. Die Kompetenzen helfen dabei, Störungen zu reduzieren, Frequenzanteile gezielt zu beeinflussen und digitale Signalverarbeitung effizient in technische Systeme einzubinden.
Wieso ist es interessant? Digitale Signalverarbeitung steckt in Smartphones, Messgeräten, Fahrzeugen, Medizintechnik und Industrieanlagen. Das Modul zeigt, wie aus abgetasteten Messwerten nutzbare technische Informationen entstehen.
Modulverantwortung

Prof. Dr. Michael Gref

Lehrperson(en)

Prof. Dr. Michael Gref

Verwendbarkeit

Bachelor Elektrotechnik

Fächergruppe

Ingenieurwissenschaften

Modultyp
Pflicht
Sprache

Deutsch

Angebot

Wintersemester

Dauer

1 Semester

Credits

5 ECTS

Benotung

Deutsche Notenskala 1-5

SWS

2 V | 1 Ü | 1 P | - S

Workload
Präsenzstudium: 45 Std. Selbststudium: 90 Std.
Engl. Titel

Digital Signal Processing

Empfohlene Voraussetzungen
  • BET201: Mathematische Methoden der Signalverarbeitung: Abtastung, Fourier-Methoden, Faltung und mathematische Beschreibung von Signalen.
  • BET202: Analoge Signale und Systeme: analoge Signal- und Systemmodelle, Frequenzgänge, Filter und Übertragungsfunktionen.
Lernergebnisse / Kompetenzen
WAS

Mit erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, digitale Signale und zeitdiskrete Systeme mathematisch zu beschreiben und zu analysieren sowie digitale Filter methodisch zu entwerfen und praktisch zu realisieren.

WOMIT

Die Studierenden erreichen dieses Lernergebnis, indem sie

  • Verfahren der Abtastung und Quantisierung anwenden und deren Auswirkungen auf digitale Signale untersuchen,
  • zeitdiskrete Signale mithilfe der DTFT, DFT und FFT im Frequenzbereich analysieren und die resultierenden Spektren interpretieren,
  • zeitdiskrete lineare zeitinvariante Systeme anhand von Impulsantwort, Faltung, Frequenzgang und z-Transformation modellieren und analysieren,
  • FIR- und IIR-Filter nach vorgegebenen technischen Anforderungen methodisch entwerfen und hinsichtlich ihres Übertragungsverhaltens bewerten,
  • digitale Filtersysteme auf geeigneten Software- oder Hardwareplattformen implementieren, testen und anhand realer Signale untersuchen.
WOZU

Sie wenden diese Kompetenzen an, um reale Sensor-, Audio- sowie Steuer- und Regelungssignale fachgerecht zu verarbeiten, Störungen zu reduzieren, Frequenzanteile gezielt zu beeinflussen und damit technische Problemstellungen in elektrotechnischen Anwendungen effizient zu lösen.

Inhalte
  • Einführung und Motivation: Digitale vs. analoge Signalverarbeitung, Anwendungen
  • Abtastung & Quantisierung: Grundprinzipien der Digitalisierung (PCM), Abtasttheorem, Aliasing, Quantisierungsrauschen
  • Zeitdiskrete Fourier-Analyse: DTFT, DFT, FFT, Fensterung, Spektren realer Signale
  • Zeitdiskrete Systeme: DLTI-Modelle, Impulsantwort, diskrete Faltung, Frequenzgang, Systemantwort im Zeit- und Frequenzbereich
  • Filterentwurf & Realisierung: FIR-Filter (Fenstermethode, Filtertransformation), IIR-Filter, z-Transformation, Pol-Nullstellen-Darstellung
Prüfungsvorleistung

aktive Praktikumsteilnahme

Prüfungsleistung

Klausur, 120 Minuten

Literatur
  • A. V. Oppenheim, R. W. Schafer: Zeitdiskrete Signalverarbeitung. 3. Auflage, Oldenbourg Verlag, 1999.
  • D. C. von Grüningen: Digitale Signalverarbeitung. VDE Verlag, 2014.
  • J. G. Proakis, D. G. Manolakis: Introduction to Digital Signal Processing. Macmillan Publishing Company, 1988.
  • A. Lacroix: Digitale Filter. Oldenbourg Verlag, 1996.
  • K. D. Kammeyer, K. Kroschel: Digitale Signalverarbeitung. 7. Auflage, Springer Vieweg, 2012.