Bandbreite

Die Bandbreite (Bandwidth) beschreibt den Frequenzbereich, den ein Signal belegt oder den ein Übertragungskanal übertragen kann. Sie ist ein zentrales Maß für die Informationskapazität eines Systems – sowohl in der analogen als auch in der digitalen Kommunikationstechnik.

Definition und Arten der Bandbreite

In der Signalverarbeitung und Nachrichtentechnik wird Bandbreite in zwei grundlegenden Formen beschrieben:

Absolute Bandbreite

Die absolute Bandbreite gibt den Gesamtbereich der genutzten Frequenzen an:

BW = f_high – f_low

wobei:

• f_high = höchste Frequenzkomponente des Signals

• f_low = niedrigste Frequenzkomponente des Signals

Effektive Bandbreite

Die effektive Bandbreite (engl. Effective Bandwidth) berücksichtigt nur den Frequenzbereich, der den Großteil der Signalenergie enthält. Sie wird meist anhand der –3 dB-Punkte (Halbwertsfrequenzen) des Systemfrequenzgangs bestimmt.

Kanalbandbreite (Channel Bandwidth)

In der Funkprüfung und Regulierung wird zudem die Kanalbandbreite betrachtet: Sie beschreibt die konfigurierte spektrale Breite eines Kommunikationskanals. Diese ist relevant für Zertifizierungsparameter wie Occupied Bandwidth und Grenzwerte für Emissionen.

Rolle in der digitalen Kommunikation

Die Bandbreite beeinflusst direkt die maximal mögliche Datenrate. Nach dem Shannon-Theorem ergibt sich die theoretische Kanalkapazität C zu:

C = B × log₂(1 + SNR)

wobei:

• C = Kanalkapazität in Bit/s

• B = Bandbreite in Hertz (Hz)

• SNR = Signal-Rausch-Verhältnis (dimensionslos)

→ Je größer die Bandbreite und je besser das SNR, desto höher die mögliche Datenübertragungsrate.

Beispiele: Bandbreite in realen Systemen

Einige typische Anwendungsbeispiele:

• UKW-Radio (FM): Kanalbandbreite ca. 200 kHz

• Wi-Fi 2,4 GHz: Standardkanäle mit 20 MHz Bandbreite

• Glasfaserkommunikation: Nutzung im Terahertzbereich, extrem hohe Datenraten

Diese Beispiele zeigen, wie technologische Anforderungen und Bandbreitenverfügbarkeit miteinander verknüpft sind.

Bedeutung im Systemdesign

Bandbreite ist eine knappe und wertvolle Ressource. Ihre Bedeutung reicht von Netzwerktechnik über Multimediasysteme bis zur Hochfrequenzkommunikation. Auswirkungen der Bandbreite sind u. a.:

• Höhere Datenraten: Mehr Information pro Zeit möglich

• Signalqualität und Auflösung: Bessere Wiedergabetreue bei größerer Bandbreite

• Systemkomplexität: Breite Bandbreite erfordert aufwendigere Filter, höhere Sampling-Raten, mehr Energie

Ingenieure müssen bei der Systemauslegung Bandbreite, Effizienz, Regulierungen und Energieverbrauch gegeneinander abwägen.