In der digitalen Signalverarbeitung spricht man von Überabtastung oder Oversampling (engl.), wenn ein Signal mit einer höheren Abtastrate bearbeitet wird als für die Darstellung der Signalbandbreite benötigt wird.

Eine Überabtastung eines Signals kann applikative Vorteile haben. Einige dieser Applikationen sind:

• Digital-Analog-Wandlung
• Analog-Digital-Wandlung
• SC-Filter

Nutzung von Überabtastung beim Digital-Analog-Wandeln

Überabtastung wird bei der Digital-Analog-Wandlung genutzt, um

• Frequenzen oberhalb der halben Zielabtastfrequenz zu entfernen
  • um Übersteuerungen nachfolgender Verarbeitungstufen durch Störsignale zu vermeiden
  • um Störsignale durch Intermodulation dieser außerhalb des Übertragungsbandes liegenden Störsignale zu vermeiden
  • die bei schmalbandigen Signalen (Telefon) hörbare nichtharmonische Verzerrungen darstellen
• den Signal-Rauschabstand und die Linearität von Digital-Analog-Wandlern zu verbessern
  • Diese Eigenschaft ist bei Sigma-Delta-Wandlern notwendig.

Die Überabtastung geschieht durch ein Resampeln von der gegebenen Quellabtastfrequenz auf die gewünschte Zielabtastfrequenz, die meist frei wählbar ist und geeignet gewählt werden kann. Üblicherweise wird auf ein Vielfaches der Quellabtastfrequenz umgesampelt, wobei der Faktor meist eine Zweierpotenz ist.

Nutzung von Überabtastung beim Analog-Digital-Wandeln

Die Überabtastung beim Digital-Analog-Wandeln hat viele Gemeinsamkeiten mit dem beim Analog-Digital-Wandeln, es gibt aber signifikante Unterschiede.

Überabtastung wird bei der Analog-Digital-Wandlung genutzt, um

• Frequenzen oberhalb der halben Zielabtastfrequenz zu entfernen (teilweise Verlagerung der Filterung vom Analog- in den (einfacher zu handhabenden) Digital-Bereich)
  • um irreparable Aliasingfehler im Zielsignal zu vermeiden
• Den Signal-Rauschabstand und die Linearität von Analog-Digital-Wandlern zu verbessern
  • Diese Eigenschaft ist bei Sigma-Delta-Wandlern notwendig

In der Praxis wird ein Signal, daß eine Nutzbandbreite von $\backslash alpha\; f\_s$ mit typischerweise $0,3\; \backslash le\; \backslash alpha\; \backslash le\; 0,48$ hat, mit $n\; \backslash cdot\; f\_s$ statt mit $f\_s$ abgetastet. Das notwendige analoge Antialiasing-Filter hat dann statt einem Übergangsbereich von $\backslash alpha\; \backslash cdot\; f\_s\; \backslash ldots\; (1-\backslash alpha)\; \backslash cdot\; f\_s$ den grösseren Übergangsbereich von $\backslash alpha\; \backslash cdot\; f\_s\; \backslash ldots\; (n-\backslash alpha)\; \backslash cdot\; f\_s$, was sich wesentlich einfacher realisieren läßt.

Die Überabtastung geschieht durch ein Resampeln von der meist frei wählbaren Quellabtastfrequenz auf die gewünschte Zielabtastfrequenz. Dies geschieht durch eine Tiefpassfilterung mit anschließender Dezimierung der Abtaststellen. x

Nutzung von Überabtastung beim SC-Filtern

Nutzung von Überabtastung beim anderen zeitdiskreten Systemen

Praxis

In der Praxis werden beim Oversampling – wie beschrieben – ganzzahlige Frequenzverhältnisse, vorzugsweise Zweierpotenzen verwendet. Das reduziert den Rechenaufwand. Bei Oversampling höherer Ordnung $(k\; \backslash ge\; 8)$ wird häufig das notwendige Resampling mehrstufig durchgeführt.

Siehe auch

• Nyquist-Shannon Abtasttheorem
• Resampling
• Abtastung
• Alias-Effekt
• Unterabtastung (undersampling)

Weblinks

• Das SC-Filter, eine kurze Einführung mit praktischer Anwendung

Nachrichtentechnik

Oversampling