Forum: Digitale Signalverarbeitung / DSP / Machine Learning Spektrum (Aufgabe)


von Huseyin S. (f-uraz)


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Hallo,

ich versuche über die Semesterferien für das Fach Signal und 
Systemtheorie zu lernen. Bei der Aufgabe komme ich leider nicht voran. 
Ehrlich gesagt, ich weiß nicht wie ich vorgehen soll.
Kann mir bitte jemand behilflich sein?

LG

von Albert .. (albert-k)


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Der stumpfe Weg ist einfach indem du die Rücktransformation berechnest. 
Dabei musst du das Integral in zwei Teile aufteilen:
- einmal von 0 bis f0
- das zweite von f0 bis 2 f0
Das Dreieck lässt sich in den beiden Integrationsbereichen durch 
einfache Geraden nachbilden. Fertig

Wenn du etwas intelligenter und pfiffiger bist schaust du eine Tabelle 
in der die Fourierspektren von bestimmten zeitsignalen drinnen sind und 
suchst dortg nach dem Dreieckimpuls. Solch eine Tabelle habt ihr 
bestimmt ausgehändigt bekommen. Dann kannst du nämlich einfach durch 
Vergleich mit dem Signal aus der tabelle dein zeitsignal herleiten.
Für die Abtastrate einfach mal an das zweite Nyquistkriterium denken.

von Huseyin S. (f-uraz)


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Danke erstmal für deine Antwort.

Nein so eine Tabelle haben wir noch nicht bekommen. Ich habe im Internet 
eine Fouriertransformationstabelle gefunden. Meinst du hiermit könnte 
ich den Rücktransformation durchführen?

von Huseyin S. (f-uraz)


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Ich kriege es irgendwie nicht hin.

Kannst du mir bitte die Lösung für die Aufgabe Schritt für Schritt 
aufschreiben, damit ich ein Beispiel habe. Ich habe hier jede Menge 
andere Aufgaben der gleichen Art. Dann könnte ich die anderen Aufgaben 
mit Hilfe deiner Lösung berechnen.

von Kai S. (hugstuart)


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Ja, du musst nur die Regel zur Verschiebung im Frequenzbereich und die 
der Linearität kennen. Dann kannst du je das nach links und nach rechts 
verschobene Dreieck transformieren und die Ergebnisse addieren.

von Huseyin S. (f-uraz)


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ich finde nciht mal richtige Beispiele dazu. Ich kriege es nicht hin

von N. Müller (Gast)


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Mit der oben genannten Transformationstabelle und den Eigenschaften der 
Fourietransformation sollte das doch nicht so schwer sein.

Hier mal ein PDF:
http://www.physik.uni-kassel.de/uploads/media/Femtochemistry2006_3.pdf

Da kuckst Du auf Seite 25ff und siehst das Kapitel "Verschiebung im 
Frequenzbereich".


Grüße
N.Müller

von N. Müller (Gast)


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Achso...und Abtastrate hätte ich mal auf 4*fc getippt.
Wegen Nyquist/Shannon:
http://de.wikipedia.org/wiki/Nyquist-Shannon-Abtasttheorem

Grüße
N.Müller

von Albert .. (albert-k)


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Und hier die Lösung per Sätze:
1. Nach dem Superpositionsgesetz gilt(mit Pfeil statt fouriersymbol da 
ich den latex Befehl dazu net kenne)
Dabei ist s(t) die inverse Fouriertransformierte eines Dreiecksignales 
aus dem Frequenzbereich in den Zeitbereich.

2.Die Supperposition besteht aus einem Dreieckteil im negativen 
Frequenzbereich und im positiven. Das heißt unser ursprüngliches 
Spektrum wurde eifnach verschoben. Mit dem gesetz der Zeitverschiebung 
gilt

3. Die Amplituden beider Frequenzteile sind 1 und durch ausklammern 
erhalten wir

4. Mit dem Eulergesetz erhalten wir

5. Mit dem Teil der Tabelle erhalten wir somit

Wie du siehst ganz eifnach. ich übernehme aber keine garantie auf 
richtigkeit. War eifnach schnell hingeschludert.

von Huseyin S. (f-uraz)


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Ich bedanke mich an euch allen. Also mit dem Verschiebungssatz bin ich 
gar nicht zurecht gekommen. Und mit der normalen Rücktransformation kam 
ich zu irgendwelchen komischen Ergebnisse.
Das sieht hier gar nicht schwer aus. Ich werde Anhand dieser Aufgabe 
versuchen die anderen Aufgaben zu lösen.

von Huseyin S. (f-uraz)


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Tut mir leid, dass ich nochmal störe. Die Rücktransformation eines 
Dreiecksignals ist s(t) ? Ehmm.. in welcher Tabelle steht das denn?

von Albert .. (albert-k)


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Huseyin Sas schrieb:
> Tut mir leid, dass ich nochmal störe. Die Rücktransformation eines
> Dreiecksignals ist s(t) ? Ehmm.. in welcher Tabelle steht das denn?
Das war einfach nur eine von mir willkürlich gewählte Bezeichnung. Nicht 
zu verwechseln mit Sprungfunktion (vl. dachtest du wegen dem s daran).

Huseyin Sas schrieb:
> Und mit der normalen Rücktransformation kam
> ich zu irgendwelchen komischen Ergebnisse.

Die normale Rücktransformation ist sehr aufwendig und hier nicht zu 
empfehlen. Die Anwendung der Fourierregeln und der bekannten 
Transformationen ist um längen effizienter.

von Huseyin S. (f-uraz)


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achso ok... ja ich habe es mit dem Sprungfunktion verwechselt. Das hat 
mich ein wenig irritiert.

Danke jetzt habe ich es verstanden!

Für die Abtastrate sollte man wissen dass es 2*fmax ist.
N.Müller, wie bist du eigentlich auf 4*fc gekommen? hm..

von Albert .. (albert-k)


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Huseyin Sas schrieb:
> achso ok... ja ich habe es mit dem Sprungfunktion verwechselt. Das hat
> mich ein wenig irritiert.
>
> Danke jetzt habe ich es verstanden!
>
> Für die Abtastrate sollte man wissen dass es 2*fmax ist.
> N.Müller, wie bist du eigentlich auf 4*fc gekommen? hm..
Ich denke es ist ok wenn ich dafür antworte.

Ich glaube er meinte 4*f0 da die höchste auftretende Frequenz in deinem 
Spektrum 2*f0 ist.

von Huseyin S. (f-uraz)


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hab ich mir gedacht.. danke schön :)

von N. Müller (Gast)


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Albert ... schrieb:
> Ich glaube er meinte 4*f0 da die höchste auftretende Frequenz in deinem
> Spektrum 2*f0 ist.

Ja, sorry.
So war das gedacht...hatte mich nur verlesen mit f0 <--> fc !!!
Meinte also 2*2*f0 (da fmax= 2*f0 --> nach Nyquist 2*fmax = 4*f0).

Huseyin Sas schrieb:
> Also mit dem Verschiebungssatz bin ich gar nicht zurecht gekommen.

Aus eigener Leidensgeschichte kann ich Dir nur empfehlen die Regeln der 
FT zu lernen. Damit und mit den Transformationstabellen lässt sich 
ziemlich viel bewerkstelligen bzw. wird vieles einfacher.

Grüße
N.Müller

von Xeraniad X. (xeraniad)


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Das Dreieck im Frequenzbereich ist nicht gerade in jeder 
Fourier-Korrespondenzentabelle enthalten, und die Erfahrung, selbst mal 
ein solches Integral ausgewertet zu haben, kann auch nicht schädlich 
sein.

Hier wird die Rücktransformation eines zur Ordinatenachse symmetrischen 
Dreiecks der Höhe 1 und Breite 2·f0 betrachtet, woraus anschliessend die 
beiden in der Aufgabe gegebenen Dreiecke durch Verschiebung um ±f0 
gebildet werden können.
Die beiden Seiten des Dreiecks können durch die beiden Geraden
beschrieben werden.
Das Integral soll nur da ausgewertet werden, wo die zu transformierende 
Funktion nicht 0 ist.
Die Rücktransformierte wird durch stückweise Integration berechnet.
Auswerten der bestimmten Integrale und Umformungen ergeben die folgende 
Zeitfunktion.
Mit der Definition für den Sinus Cardinalis
folgt die in dem von Huseyin Sas geposteten Tabellenteil erwähnte 
Korrespondenz.
(Dies ist übrigens die {Rück-} Transformierte der Faltung zweier 
Rechtecke mit sich selbst.)

Zwei im Frequenzbereich um ±f0 verschobene Versionen dieses Dreiecks (im 
Frequenzbereich) können mit dem von zuvor von Albert ... erwähnten 
Satz für die Frequenzverschiebung
ermittelt und überlagert werden, was den von Albert ... angegebenen 
zusätzlichen Faktor
bewirkt. Damit ist die Rücktransformierte der in der Aufgabe gegebenen 
Frequenz-Funktion die folgende Zeitfunktion.

von N. Müller (Gast)


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Xeraniad X. schrieb:
> (Dies ist übrigens die {Rück-} Transformierte der Faltung zweier
> Rechtecke mit sich selbst.)

Ja, damit ist es auch sehr gut ersichtlich.
Die Faltung 2er Rechtecke im Frequenzbereich ist ja gerade ein Dreieck.

Die Fourietransformierte eines Rechteckes ist ein sin(x)/x.
Durch die Faltung im Frequenzbereich findet im Zeitbereich ja gerade 
eine Multiplikation statt, also (sin(x)/x)^2 .

von Huseyin S. (f-uraz)


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Das heißt also, dass der erste Weg nicht richtig ist?

von Xeraniad X. (xeraniad)


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@ Huseyin Sas Was genau bedeutet für Dich der "erste Weg"?

von Huseyin S. (f-uraz)


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Xeraniad X. schrieb:
> @ Huseyin Sas Was genau bedeutet für Dich der "erste Weg"?

Tut mir leid ich habe mich schlecht ausgedrückt. Ich meinte der 
Lösungsweg von Albert ...

von Xeraniad X. (xeraniad)


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Albert ...s Hinweise waren wertvoll. Morgen evtl. guck.

von Huseyin S. (f-uraz)


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Huseyin Sas schrieb:
> Xeraniad X. schrieb:
>> @ Huseyin Sas Was genau bedeutet für Dich der "erste Weg"?
>
> Tut mir leid ich habe mich schlecht ausgedrückt. Ich meinte der
> Lösungsweg von Albert ...


Die Hinweise waren wichtig

Xeraniad X. schrieb:
> *Alert" ...s Hinweise waren wertvoll.

Sie waren wertvoll aber das Endergebnis stimmt also nicht ganz richtig. 
Weil wir am Ende zwei verschiedene Ergebnisse haben.

von N. Müller (Gast)


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Das Ergebnis von Albert ist Richtig.
Ein Dreieck transformiert ist definitiv ein (sin(x)/x)^2
Die Begründung steht oben mit der Faltung zweier Rechtecke!
Bzw Du hat ja oben auch schon die Transformationstabelle angehängt 
gehabt.

Bei der Berechnung von Xeraniad hat sich ein fehlerhafter Vorfaktor (f0) 
eingeschlichen.

Man könnte es sich auch einfacher klar machen...wie verschiebe ich eine 
einzelne Frequenz im Spektrum? Praktisch wird es durch das Mischen mit 
einer oft höheren Trägerfrequenz gemacht.Wie z.b. bei einer AM mit der 
einfachen multiplikation des Zeitsignals mit einem cos! Ich glaub das 
ist auch unter der Ausblendeigenschaft des Diracs bekannt.Cos im 
Spektrum ist ja der Dirac.
Gleiches gilt für dein Dreiecks-Spektrum!

Der Vorfaktor von 2 ergibt sich dann noch, da sich durch die 
Verschiebung die Höhe des Spektrums halbiert (durch die Aufteilung in 
positive und negative Frequenzen).

Hoffe ich hab durch die schnelle kein Fehler.

Grüße

von Xeraniad X. (xeraniad)


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Gemäss Nachrechnen und auch nach Vergleich mit der Korrespondenz aus dem 
von Huseyin Sas geposteten Tabellen-Ausschnitt muss dieser Vorfaktor 
f0 richtig sein.

von Xeraniad X. (xeraniad)


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Huch, da fehlte noch das "t" im Argument der Exponentialfunktion. Zuvor 
sollte ich
geschrieben haben.

von Huseyin S. (f-uraz)


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Ich bin irgendwie total verwirrt

von Xeraniad X. (xeraniad)


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Mach Dir keine Sorgen, da bist Du nicht alleine. Wenn Du Fragen hast, 
nur zu.

von Albert .. (albert-k)


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Nun melde ich mich nochmal zu Wort. ich möchte dich darauf Hinweisen das 
deine gesamt Lösung schon aufgrund der Einheiten nicht korrekt sein 
kann. Sehen wir uns dazu einmal das gegebene Spektrum an: Dieses ist 
bezüglich der y-Achse Einheitenlos und ohne Normierung. Das heißt das 
auch die Rücktransformierte Einheitenlos sein muss. Deine Lösung 
hingegen hat die Einheit Hz. Dies kann nicht sein, denn eine 
Physikalische Einheit verschwindet nicht durch Hin- und 
Rücktransformieren. Daher kann dein Ergebnis nicht richtig sein.

Xeraniad X. schrieb:
> Das Integral soll nur da ausgewertet werden, wo die zu transformierende
> Funktion nicht 0 ist.
> Die Rücktransformierte wird durch stückweise Integration berechnet.
> Auswerten der bestimmten Integrale und Umformungen ergeben die folgende
> Zeitfunktion.
Ich denke der Fehler liegt in der Lösung dieses Integrals. Wenn du 
deinen Rechenweg genauer ausführen könntest würde man die Lösung 
bestimmt schnell finden.

von Huseyin S. (f-uraz)


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Also das Integal habe ich einpaar mal versucht zu berechnen und ich kam 
auf ein anderes Ergebnis. Mir war es irgendwie peinlich das zu sagen 
weil normalerweise sollte das Lösen eines Integrals kein Problem mehr 
sein. Was ich aber nicht verstehe ist , im Intervall [-fo  0]  haben wir 
eine Gerade -1/fo *f und im Intervall [0 fo] 1/fo * f . Warum sind die 
Geraden bei dir anders?

von Albert .. (albert-k)


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Huseyin Sas schrieb:
> Also das Integal habe ich einpaar mal versucht zu berechnen und ich kam
> auf ein anderes Ergebnis. Mir war es irgendwie peinlich das zu sagen
> weil normalerweise sollte das Lösen eines Integrals kein Problem mehr
> sein. Was ich aber nicht verstehe ist , im Intervall [-fo  0]  haben wir
> eine Gerade -1/fo *f und im Intervall [0 fo] 1/fo * f . Warum sind die
> Geraden bei dir anders?
Er ging in seiner Rechnung von einem nicht verschobenen Dreieck aus und 
hat ihn später in der Frequenz verschoben.

von Albert .. (albert-k)


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P.S. Vergesst meine Kritik, ich habe mich in meiner 
Transformationstabelle verguckt. Die Lösung
ist richtig.

von Huseyin S. (f-uraz)


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Achso ok hm..

von Xeraniad X. (xeraniad)


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Guten Tag

Hier noch 3 Anmerkungen.
° Zu den beiden Geradengleichungen. Die Gerade links (im Intervall 
-f0..0) hat positive Steigung 1/f0; die rechts (im positiven Intervall 
0..f0) hat negative Steigung -1/f0.

° Zur Integral-Auswertung. Nachdem die beiden bestimmten Integrale 
ausgewertet sind, können sich aufhebende Terme gestrichen werden. Danach 
ist aus den verbleibenden Termen das Quadrat eines Sinus gemäss
zu erkennen.

° Zu den Dimensionen. Wie evtl. inzwischen bereits oben angedeutetet 
wurde, fügt Rücktransformation eine Dimension Hz (die der 
Integratonsvariablen) hinzu, d. h. die Rücktransformierte einer 
dimensionslosen (Frequenz-)Funktion (wie das betrachtete Dreieck) erhält 
die Dimension Hz.

von Huseyin S. (f-uraz)


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Kannst du mir bitte die Auswerung des Integrals hier aufschreiben. ich 
komme immer zu einer anderen Lösung

von Xeraniad X. (xeraniad)


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Vorausschickend gesagt: Für gerade Funktionen y(x) = y(-x) ergäbe sich 
eine vereinfachte Form {mit cos(.)} für das transformierende Integral, 
und ohnehin sind, wie zuvor aufgeführt wurde, bessere /effizientere 
Vorgehen durch Verwendung von Sätzen (wie z. B. des Vertauschungs 
-Satzes oder des Verschiebungs -Satzes etc.) und Korrespondenzen 
möglich.

Jedoch, wie zuvor erwähnt: es ist bestimmt eine gute Erfahrung, einmal 
ein solches Integral ausgewertet zu haben. Das Besondere dabei ist, dass 
die Rücktransformation mittels Integral (zumindest für dies Beispiel 
hier, im Gegensatz z. B. zur inversen Laplace -Transformation) mit 
elementaren Mitteln durchgeführt werden kann.

Daher folgt hier der Versuch einer etwas detaillierteren Demonstration 
für die Rücktransformation dies gleichschenkligen Dreiecks mit Spitze 
auf der Ordinatenachse  anhand der Definitionsgleichung.

Gegeben sind (wie oben geTeXtet) die beiden folgenden Geraden jeweils 
für die Bereiche [-f0, 0 Hz] und [0 Hz, f0]

Diese beiden (Frequenz -) Funktionen werden jeweils in die 
Definitionsgleichung (für die Fourier -Rücktransformation)
eingesetzt und stückweise, für die beiden stetigen Abschnitte
    [-f0, 0 Hz] und [0 Hz, f0], wo das Dreieck != 0 ist,
    bestimmt integriert

Mit Hilfe der den beiden Basis -Stammfunktionen der Art
und (bei Bedarf hieraus mittels partieller Integration herleitbar)
können die beiden bestimmten Integrale
und
ausgewertet werden, wobei für die Umformungen, deren vollständige 
Darstellung hier zu weit führen würde, Identitäten der Art
verwendet wurden.

Es folgt die gewünschte Zeitfunktion g(t) = I1(t) +I2(t).

Wegen gerader Funktion G(f) = G(-f) gilt Re[I1(t)] = Re[I2(t)] {was 
hier der Vollständigkeit halber noch zu beweisen wäre}, die 
Imaginärteile heben sich auf und es bleibt der zweifache Realteil g(t) = 
2*Re[I1(t)+I2(t)].

von Huseyin S. (f-uraz)


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Danke schön!

von -gb- (Gast)


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Erstaunlich, welche Mühe sich manche machen.

@Huseyin
>Ich bin irgendwie total verwirrt
Bist Du sicher, dass Du das richtige studierst?

von Huseyin S. (f-uraz)


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Georg Buschke schrieb:
> Erstaunlich, welche Mühe sich manche machen.
>
> @Huseyin
>>Ich bin irgendwie total verwirrt
> Bist Du sicher, dass Du das richtige studierst?



Ich bin den sehr dankbar dafür. Es gibt zum Glück Menschen, die einen 
helfen, wenn man Hilfe braucht. Und nicht solche Dummen Kommentare von 
sich gibt wie du. Ja, ich bin mir sicher, dass ich das richtige 
studiere. Also mit Signal und Systemtheorie werden wir uns nächsten 
Semester befassen. Ich wollte im voraus schon mal paar Aufgaben rechnen. 
Verschwende du deine Zeit nicht und halte dich von dem Thread entfernt.

von Huseyin S. (f-uraz)


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Nach den ganzen Tipps hatte ich mich an den anderen Aufgaben gewagt. Und 
habe sie lösen können. Heute habe ich nochmal versucht die Aufgabe zu 
berechnen und beim Berechnen des Integrals kam ich auf das Ergebnis:

von Huseyin S. (f-uraz)


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Das hier ist meine Berechnung hm..

von Hugo W. (Gast)


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Jetzt muss man schon diesen verdammten Button drücken dass man ein Bild 
hochladen kann und manche Leute bekommen es immernoch nicht gebacken ein 
vernünftiges Format/Bild zu machen.
Da kann man nur mit dem Kopf schütteln.
Bei uns im Studium gabs nen Prof, der hätte Dir was um die Ohren gehauen 
bei so einem Bild!

Wenigstens die Standortdaten hast Du an Deinem Galaxy S ausgeschalten...

von Huseyin S. (f-uraz)


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Ok, weiß ich bescheid. Beim nächsten mal achte drauf.

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