Oversampling

Unter dem sogenannten 'oversampling' versteht man eine Überabtastung eines Signals, jenseits der nach dem Abtasttheorem minimal benötigten Abtastfrequenz des Signals.

Anwendungen

Digitale Datenübertragung

Kommt ein stark jitter-belastetes Signal an einem Signaleingang an, so muss dieses mit mehr als dem Faktor 2 abgetastet werden, da die tatsächliche minimale Periode infolge des Jitters geringer als Faktor 1/2 ist. Theoretisch ist zumindest Faktor 2 nötig um beide Flanken eines Rechtecksignals zu sehen, jedoch haben beide Signale infolge des Jitters höhere Frequenzen als nominal. Daher wird das Signal gerne mit der dreifachen Frequenz abgetastet, um es sehr einfach in die Zieltaktdomain überführen und verarbeiten zu können.

Signalverarbeitung

Mathematische Filter arbeiten um so genauer, je mehr TAPs - also Stützstellen - sie verwenden. Um Schwingungen und Phasenverläufe möglichst genau verarbeiten- und kumulierende Fehler reduzieren zu können, werden Daten bei hohen Anspüchen auf höheren Abtastraten verarbeitet, als sie am Eingang anliegen. Dabei ist zu beachten, dass die Zahl der Filter-TAPs bereits aufgrund der Abtastratenerhöhung linear mitwachsen muss, um wieder die gleiche Frequenzraum erfassen zu können und andererseits auch deshalb vergrössert werden muss, um den Filter selber qualitativ zu verbessern.

A/D bzw. D/A Wandler

Genauigkeit

Vor einem A/D-Wandler, bzw. nach einem D/A-Wandler braucht man normalerweise einen Filter, um Frequenzen jenseits des Nyquist Limits (1/2 Samplingfrequenz) zu unterdrücken. Ein steiler analoger Filter ist aufwendig und braucht präzise Bauteile. Als Alternative wird oft Oversampling genutzt und der Wandler mit einer höheren Frequenz (z.B. 4 fach) betrieben, und dann ein digitaler Filter für den steilen Übergang genutzt - der analoge Filter für die höhere Samplingfrequenz ist deutlich einfacher, da er flacher ausfallen darf. Nebenbei ergibt das Oversampling noch eine Erhöhung der Auflösung : für die 4-fach höhere Frequenz wird theoretisch 1 Bit gewonnen. Die Genauigkeit erhöht sich dabei allerdings nicht wesentlich. Reale AD-Wandler z.B. im Bereich Multimedia arbeiten mit bis zu 256-facher Überabtastung.

Sinx/x-Korrektur

Außerdem ist mit einer höheren Abtastrate weniger oder keine "sinx/x"-Korrektur mehr nötig, ein Filter, dass im analogen Bereich unmöglich zu entwerfen ist und im Digitalen zumindest etwas von der maximalen Amplitude verschenkt.

Noise shaping

Die Methode des noise shapings wird angewendet, um Quantisierungsrauschen zu verringern. Konkret wird das Rauschspektrum gleichmäßig verteilt. Eine Methode dazu ist die Sigma-Delta-Modulation, die das letzte Bit zittern lässt. Je höher die Überabtastung des Signals desto genauer funktioniert dies Abbildung des analogen Wertes durch das zitternde Bit.