Digitale Signalverarbeitung

Digitale Signalverarbeitung

  • Im Bereich der Funktechnik spricht man bei Geräten, die mittels digitaler Signalverarbeitung arbeiten von sogenannten SDR-Geräten.
  • SDR steht dabei für Software Defined Radio.
  • In diesen Geräten ist zumindest ein Teil der Signalverarbeitung in Software realisiert.
  • Dieses hat einen Kostenvorteil und bringt eine große Flexibilität mit sich.
EF603: Worauf deutet die Bezeichnung SDR bei einem Transceiver oder Empfänger hin?

A: Zumindest im NF-Bereich wird Analogtechnik eingesetzt, um besseren Klang zu erreichen.

B: Es werden spezielle Antennenanschlüsse für digitale Signale verwendet.

C: Zumindest ein Teil der Signalaufbereitung ist in Software realisiert.

D: Die Aussendung bzw. der Empfang erfolgt über das Internet und nicht per Funk.

A/D-Umsetzer

  • Damit die Daten digital verarbeitet werden können, müssen sie zunächst digitalisiert werden.
  • Dazu wird das analoge Signal mittels eines Analog-Digital Umsetzers (A/D-Umsetzer) in digitale Werte umgesetzt.
  • Hierbei wird das analoge Signal in festen Zeitintervallen abgetastet und in einem digitalen Wertebereich (z.B. von -128 bis +127) abgebildet.
  • Die einzelnen gemessenen Signalwerte werden als Samples (Proben) bezeichnet.
EF602: Was ist die Voraussetzung, um ein analoges Signal mit digitaler Signalverarbeitung zu filtern? Das Eingangssignal muss zunächst ...

A: digitalisiert werden.

B: von Rauschen befreit werden.

C: von Oberschwingungen befreit werden.

D: demoduliert werden.

D/A-Umsetzer

  • Nach der digitalen Verarbeitung des Signals wird es in einem Digital-Analog-Umsetzer (D/A-Umsetzer) wieder in ein analoges Signal verwandelt.
EF601: Folgendes Blockschaltbild stellt das Prinzip einer digitalen Signalverarbeitung dar. Welche Aufgaben haben die beiden Blöcke 1 und 2?

A: 1: A/D-Umsetzer, 2: D/A-Umsetzer

B: beides A/D-Umsetzer

C: beides D/A-Umsetzer

D: 1: D/A-Umsetzer, 2: A/D-Umsetzer

Sampling und Quantisierung

AF601: Welche der folgenden Abbildungen symbolisiert ein zeitkontinuierliches und wertkontinuierliches Signal am besten?
A:
B:
C:
D:
AF603: Welche der folgenden Abbildungen symbolisiert ein zeitdiskretes und wertkontinuierliches Signal am besten?
A:
B:
C:
D:
AF602: Welche der folgenden Abbildungen symbolisiert ein zeitkontinuierliches und wertdiskretes Signal am besten?
A:
B:
C:
D:
AF604: Welche der folgenden Abbildungen symbolisiert ein zeitdiskretes und wertdiskretes Signal am besten?
A:
B:
C:
D:

Sampling

AF606: Wie wird die Umwandlung eines zeitkontinuierlichen in ein zeitdiskretes Signal bezeichnet?

A: Zeitmultiplexing

B: Codierung

C: Sampling

D: Quantisierung

AF615: Wie ist die Abtastrate (Samplingrate) eines A/D-Umsetzers definiert?

A: Abtastungen je Zeiteinheit

B: Abtastungen mal Zeit

C: Abtastungen mal Samples

D: Abtastungen je Hertz

Abtasttheorem

AF616: Welche Aussage trifft auf das Abtasttheorem zu? Das Theorem ...

A: bestimmt die maximale Bandbreite, die durch eine Übertragung mit einer bestimmten Datenübertragungsrate theoretisch belegt werden kann.

B: bestimmt die für eine fehlerfreie Rekonstruktion eines Signals theoretisch notwendige minimale Abtastrate.

C: besagt, dass theoretisch eine unendliche Abtastrate erforderlich ist, um ein bandbegrenztes Signal fehlerfrei zu rekonstruieren.

D: besagt, dass unabhängig von der Art der vorherrschenden Störungen eines Übertragungskanals theoretisch eine unbegrenzte Datenübertragungsrate erzielt werden kann.

AF618: Ein analoges Signal mit einer Bandbreite von $f_{\textrm{max}}$ soll digital verarbeitet werden. Welche der folgenden Abtastraten ist die kleinste, die Alias-Effekte vermeidet?

A: knapp über $f_{\textrm{max}}$

B: knapp unter $f_{\textrm{max}}$

C: knapp über $2 \cdot f_{\textrm{max}}$

D: knapp unter $\dfrac{f_{\mathrm{max}}}{2}$

AF619: Ein analoges Sprachsignal mit 4 kHz Bandbreite soll digital verarbeitet werden. Welche der folgenden Abtastraten ist die kleinste, die Alias-Effekte vermeidet?

A: 4000 Samples/s

B: 2400 Samples/s

C: 4800 Samples/s

D: 9600 Samples/s

Quantisierung

AF605: Wie wird die Umwandlung eines wertkontinuierlichen in ein wertdiskretes Signal bezeichnet?

A: Quantisierung

B: Sampling

C: Codierung

D: Raummultiplexing

Analog-Digital-Umsetzer (ADC)

AF620: Welche Funktionen haben die einzelnen Blöcke im dargestellten Blockschaltbild eines digitalen Direktempfängers?

A: 1: Analog-Digital-Umsetzer, 2: Abtastratengenerator, 3: Antialiasing-Filter

B: 1: Abtastratengenerator, 2: Antialiasing-Filter, 3: Analog-Digital-Umsetzer

C: 1: Antialiasing-Filter, 2: Abtastratengenerator, 3: Analog-Digital-Umsetzer

D: 1: Analog-Digital-Umsetzer, 2: Antialiasing-Filter, 3: Abtastratengenerator

AF607: Warum kommt es in einem A/D-Umsetzer zu Quantisierungsfehlern?

A: Es können nur Werte zwischen 0 und 1 genutzt werden.

B: Es steht nur eine begrenzte Anzahl diskreter Werte zur Verfügung.

C: Die Bandbreite des Eingangssignals ist begrenzt.

D: Es können nur ganzzahlige Frequenzen verwendet werden.

AF608: Wie viele Bereiche von Eingangswerten, z. B. Spannungen, kann ein A/D-Umsetzer mit 8 Bit Auflösung maximal trennen?

A: 1024

B: 64

C: 8

D: 256

AF621: Bei einer Abtastung mit einem A/D-Umsetzer mit 24 Bit Auflösung wird ein Oszillator mit starkem Taktzittern (Jitter) eingesetzt. Welche Auswirkung wird das Zittern haben?

A: Das Abschirmblech des A/D-Umsetzers wird durch Vibration störende Geräusche erzeugen.

B: Es entsteht zusätzliches Rauschen im Abtastergebnis.

C: Das Abtastergebnis wird verbessert (Dithering).

D: Aufgrund der großen Auflösung bleibt die Schwankung ohne Auswirkung.

Digital-Analog-Umsetzer (DAC)

AF609: Wie viele verschiedene Ausgangswerte, z. B. Spannungen, kann ein idealer D/A-Umsetzer mit 10 Bit Auflösung erzeugen?

A: 100

B: 10

C: 1024

D: 256

AF611: Wie groß ist die Schrittweite zwischen den Spannungsstufen eines linear arbeitenden D/A-Umsetzers mit 10 Bit Auflösung und einem Wertebereich von 0 bis 1 V?

A: ca. 10 mV

B: ca. 1 mV

C: ca. 1 V

D: ca. 0,1 V

AF610: Wie groß ist die Schrittweite zwischen den Spannungsstufen eines linear arbeitenden D/A-Umsetzers mit 8 Bit Auflösung und einem Wertebereich von 0 bis 1 V?

A: ca. 4 mV

B: ca. 8 mV

C: ca. 1 mV

D: ca. 2 mV

Anwendung von ADC und DAC

AF613: Eine Sinusschwingung mit einem Spitzenwert von 1,5 V wird in einen A/D-Umsetzer eingegeben, dessen Ausgang direkt mit einem D/A-Umsetzer verbunden ist. Beide Umsetzer arbeiten linear mit einer Auflösung von 12 Bit und einem Wertebereich von -2 V bis 2 V. Welches Signal ist am Ausgang des D/A-Umsetzers zu erwarten?
A:
B:
C:
D:
AF612: Eine Sinusschwingung mit einem Spitzenwert von 1,5 V wird in einen A/D-Umsetzer eingegeben, dessen Ausgang direkt mit einem D/A-Umsetzer verbunden ist. Beide Umsetzer arbeiten linear mit einer Auflösung von 4 Bit und einem Wertebereich von -2 V bis 2 V. Welches Signal ist am Ausgang des D/A-Umsetzers zu erwarten?
A:
B:
C:
D:
AF614: Eine Sinusschwingung mit einem Spitzenwert von 1,5 V wird in einen A/D-Umsetzer eingegeben, dessen Ausgang direkt mit einem D/A-Umsetzer verbunden ist. Beide Umsetzer arbeiten linear mit einer Auflösung von 12 Bit und einem Wertebereich von -1 V bis 1 V. Welches Signal ist am Ausgang des D/A-Umsetzers zu erwarten?
A:
B:
C:
D:

Anti-Alias-Filter

AF622: Welcher Filtertyp ist geeignet, um Alias-Effekte zu vermeiden, und wo ist das Filter zu platzieren?

A: Hochpassfilter vor dem A/D-Umsetzer

B: Tiefpassfilter nach dem D/A-Umsetzer

C: Tiefpassfilter vor dem A/D-Umsetzer

D: Hochpassfilter nach dem D/A-Umsetzer

AF623: Sie wollen ein Sprachsignal mit einer Abtastrate von $f_{\textrm{A}}$ = 8000 Samples je Sekunde digitalisieren. Vor dem A/D-Umsetzer soll ein Anti-Alias-Filter eingesetzt werden. Welcher Amplitudengang ist für das Filter am besten geeignet?
A:
B:
C:
D:

Rekonstruktionsfilter

AF624: Welcher Filtertyp ist als Rekonstruktionsfilter geeignet und wo ist das Filter zu platzieren?

A: Hochpassfilter vor dem A/D-Umsetzer

B: Tiefpassfilter nach dem D/A-Umsetzer

C: Hochpassfilter nach dem D/A-Umsetzer

D: Tiefpassfilter vor dem A/D-Umsetzer

AF625: Sie wollen ein Sprachsignal mit einer Abtastrate von $f_{\textrm{A}}$ = 8000 Samples je Sekunde rekonstruieren. Nach dem D/A-Umsetzer soll ein Rekonstruktionsfilter eingesetzt werden. Welcher Amplitudengang ist für das Filter am besten geeignet?
A:
B:
C:
D:

Fourier-Transformation

AF630: Wozu dient die diskrete Fouriertransformation mittels FFT? Es ist eine schnelle mathematische Methode zur Umwandlung ...

A: eines zeitdiskreten Signals in ein Frequenzspektrum.

B: eines Widerstandswertes in einen diskreten Leitwert.

C: eines diskreten Widerstandswertes in eine Impedanz.

D: eines zeitdiskreten Signals in ein analoges Signal.

AB404: Welches Frequenzspektrum passt zu folgendem sinusförmigen Signal?
A:
B:
C:
D:
AB405: Welches Frequenzspektrum passt zu folgendem periodischen Signal?
A:
B:
C:
D:
AB406: Welches Signal passt zu folgendem Frequenzspektrum?
A:
B:
C:
D:
AB407: Welches Signal passt zu folgendem Frequenzspektrum?
A:
B:
C:
D:

Digitale Filter

AF631: Welche der folgenden Aussagen zu digitalen Filtern ist richtig? Digitale Filter können ...

A: ohne Latenz realisiert werden.

B: nicht in Software realisiert werden.

C: nicht in Hardware realisiert werden.

D: als FIR- oder IIR-Filter realisiert werden.

I/Q-Verfahren

AE404: Wie wird Quadraturamplitudenmodulation (QAM) üblicherweise erzeugt? Durch ...

A: Änderung der Amplituden und Addition zweier um 90° phasenverschobener Träger

B: nichtlineare Änderung der Amplitude (Quadratfunktion bzw. Quadratwurzel)

C: separate Änderung der Amplitude des elektrischen und magnetischen Feldwellenanteils

D: richtungsabhängige Änderung der Frequenz (bzw. richtungsinvariante Änderung der Amplitude)

AF632: Wie groß muss die Phasenverschiebung $\varphi$ in der dargestellten Modulatorschaltung sein, damit eine korrekte Quadraturmodulation vorliegt?

A: 180°

B: 90°

C: 45°

D: 0°

AF633: Was bildet der I- bzw. der Q-Anteil eines I/Q-Signals ab?

A: Den Stromanteil (I) und den Blindleistungsanteil (Q) eines Signals

B: Die erste (I) bzw. die vierte (Q) Harmonische in Bezug auf ein normiertes Rechtecksignal

C: Den Wechselstrom (I) in Abhängigkeit der Güte (Q) eines Schwingkreises bei seiner Resonanzfrequenz

D: Die phasengleichen (I) bzw. die um 90° phasenverschobenen (Q) Anteile eines Signals in Bezug auf eine Referenzschwingung

AF634: Welchen Frequenzbereich (z. B. in Bezug auf eine Mitten- oder Trägerfrequenz) kann ein digitaler Datenstrom entsprechend dem Abtasttheorem maximal eindeutig abbilden, der aus einem I- und einem Q-Anteil mit einer Abtastrate von jeweils 48000 Samples pro Sekunde besteht? Den Bereich zwischen ...

A: -48 kHz und +48 kHz.

B: 0 Hz und 96 kHz.

C: -24 kHz und +24 kHz.

D: 0 Hz und 6 kHz.

AF635: Welchen Frequenzbereich (z. B. in Bezug auf eine Mitten- oder Trägerfrequenz) kann ein digitaler Datenstrom entsprechend dem Abtasttheorem maximal eindeutig abbilden, der aus einem I- und einem Q-Anteil mit einer Abtastrate von jeweils 96000 Samples pro Sekunde besteht? Den Bereich zwischen ...

A: -48 kHz und +48 kHz.

B: -24 kHz und +24 kHz.

C: 0 Hz und 9,6 kHz.

D: 0 Hz und 192 kHz.

AF636: Welchen Frequenzbereich (z. B. in Bezug auf eine Mitten- oder Trägerfrequenz) kann ein digitaler Datenstrom entsprechend dem Abtasttheorem maximal eindeutig abbilden, der aus einem I- und einem Q-Anteil mit einer Abtastrate von jeweils 10 Millionen Samples pro Sekunde besteht? Den Bereich zwischen ...

A: -5 MHz und +5 MHz.

B: -10 MHz und +10 MHz.

C: 0 Hz und 512 kHz.

D: 0 Hz und 1024 kHz.

Latenz

AF637: Was wird in der digitalen Signalverarbeitung unter Latenz verstanden und in welcher Einheit kann sie angegeben werden?

A: Geschwindigkeit eines Signals in Metern pro Sekunde

B: Schwankung der Frequenz eines Signals in Hertz pro Sekunde

C: Schwankung der Amplitude eines Signals in Volt pro Sekunde

D: Laufzeit bzw. Verzögerung eines Signals in Sekunden

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