Definition Was ist Bandbreite?

Der Begriff Bandbreite stammt ursprünglich aus dem Bereich der Physik und der Signaltechnik. Im ursprünglichen Sinn ist die Bandbreite die Spanne zwischen einer oberen und einer unteren Grenzfrequenz eines Frequenzspektrums, die zur Übertragung eines Signals verwendet wird. In digitalen IT- und Kommunikationssystemen wird der Begriff häufig in der Bedeutung von maximaler Datenübertragungsrate oder Übertragungskapazität verwendet.

Bandbreite ist ein Begriff, der ursprünglich aus der Physik und der Signaltechnik stammt. In seiner ursprünglichen Bedeutung benennt er den Frequenzbereich zwischen einer oberen und einer unteren Grenzfrequenz eines Frequenzspektrums, der zur Übertragung eines Signals verwendet wird. Die Einheit ist Hertz, abgekürzt Hz.

Bandbreiten in höheren Frequenzbereichen nutzen als Einheit Vielfache von Hertz wie Kilohertz (kHz), Megahertz (MHz) oder Gigahertz (GHz). Die Bandbreiten stehen in einem direkten Zusammenhang mit der Menge an Informationen, die in einer vorgegebenen Zeitspanne übertragen werden können. Je größer die Bandbreiten sind, desto mehr Informationen sind in einem Zeitintervall übertragbar.

In digitalen IT- und Kommunikationssystemen steht der Begriff Bandbreite daher häufig für die maximale Datenübertragungsrate oder die maximale Übertragungskapazität eines Systems. Diese Verwendung des Begriffs lässt sich aus dem Zusammenhang zwischen den Bandbreiten und dem übertragbaren Informationsgehalt eines Frequenzbereichs ableiten, ist aber auf die ursprüngliche Bedeutung bezogen nicht unbedingt als korrekt anzusehen. Dennoch hat sich diese Art der Verwendung ebenfalls etabliert. Die Einheit der Bandbreite ist in diesem Fall Bit pro Sekunde (bit/s oder bps), beziehungsweise Vielfache davon wie Kilobit pro Sekunde (kbit/s oder kbps), Megabit pro Sekunde (Mbit/s oder Mbps) oder Gigabit pro Sekunde (Gbit/s oder Gbps).

Zusammenhang zwischen Bandbreiten, Schrittgeschwindigkeiten und Datenübertragungsraten

In ihrer ursprünglichen Bedeutung ist die Bandbreite die Frequenzspanne zwischen unterer und oberer Grenzfrequenz der Signalübertragung. Für digitale Systeme besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Bandbreiten, Schrittgeschwindigkeiten und den Datenübertragungsraten. Das so genannte Shannon-Hartley-Gesetz beschreibt diesen Zusammenhang unter Berücksichtigung des Störabstands (SNR, Signal-to-Noise Ratio) näher. Die Kanalkapazitäten und damit die Datenübertragungsraten sind durch die Bandbreiten und die Störabstände direkt beeinflusst. Um eine bestimmte Datenübertragungsrate zu erreichen, sind entweder eine größere Bandbreite und ein geringerer Störabstand oder ein größerer Störabstand bei einer geringeren Bandbreite notwendig.

Überblick über einige typische Bandbreiten von Übertragungsmedien und -technologien

Im Folgenden einige typische Bandbreiten von Übertragungsmedien und -technologien in der ursprünglichen Bedeutung als Frequenzspanne:

• analoge Telefonverbindungen: 3,4 kHz

• digitaler ISDN Telefonanschluss (ISDN-Basisanschluss oder S0-Bus): circa 130 kHz

• Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL): circa 1,1 Megahertz

• ADSL2+: circa 2,2 Megahertz,

• VDSL2: circa 30 Megahertz

• Cat-3-Netzkabel: 16 MHz

• Cat-5-Netzkabel: 100 MHz

• Cat-6A-Netzkabel: 500 MHz

• Cat-7-Netzkabel: 600 MHz

Bandbreiten im Sinne von maximaler Übertragungskapazität oder maximaler Datenübertragungsrate

Im Bereich digitaler IT- und Kommunikationssysteme findet der Begriff Bandbreite ebenfalls häufig Verwendung. In der Regel benennt er die maximale Datenübertragungsrate oder Übertragungskapazität dieser Systeme. Die Verwendung des Begriffs Bandbreite für diese Kenngrößen leitet sich aus dem Zusammenhang zwischen der Bandbreite im Sinne von Frequenzspanne und dem übertragbaren Informationsgehalt in diesem Frequenzbereich ab. Je höher die Bandbreite ist, desto mehr Daten lassen sich in einer vorgegebenen Zeitspanne übertragen. Als Einheit kommen Bit pro Sekunde (bit/s oder bps) oder Vielfache davon wie Kilobit pro Sekunde (kbit/s oder kbps), Megabit pro Sekunde (Mbit/s oder Mbps) oder Gigabit pro Sekunde (Gbit/s oder Gbps) zum Einsatz. Typische Übertragungsbandbreiten drahtloser oder kabelgebundener digitaler IT- und Kommunikationssysteme sind:

• ISDN (Integrated Services Digital Network): 64 kbit/s je Kanal, insgesamt zwei Kanäle mit je 64 kbit/s und ein D-Kanal mit 16 kbit/s ergibt 144 kbit/s

• ADSL2+: bis zu 25 Mbit/s im Download

• VDSL2 bis zu 300 Mbit/s im Download mit Supervectoring

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• Parallel (PATA): bis zu 1064 Mbit/s

• Serial ATA (SATA): bis zu 1,5 Gbit/s

• Serial ATA (SATA) Revision 2.x: bis zu 3 Gbit/s

• Serial ATA (SATA) Revision 3.x: bis zu 6 Gbit/s

• SATA Express (SATAe): bis zu 16 Gbit/s

• NVM Express (NVMe): bis zu 32 Gbit/s

• Thunderbolt: bis zu 10 Gbit/s

• Thunderbolt 3: bis zu 40 Gbit/s

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• USB 1.0: bis zu 1,5 Mbit/s

• USB 1.1: bis zu 12 Mbit/s

• USB 2.0: bis zu 480 Mbit/s

• USB 3.0 (USB 3.1 Gen 1, USB 3.2 Gen 1): bis zu 5 Gbit/s

• USB 3.1 Gen 2: bis zu 10 Gbit/s

• USB 3.2 Gen 2x2: bis zu 20 Gbit/s

• USB 4.0: bis zu 40 Gbit/s

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• Ethernet: bis zu 10 Mbit/s

• Fast Ethernet: bis zu 100 Mbit/s

• Gigabit-Ethernet-Technologien: bis zu 400 Gbit/s

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• 2G-Mobilfunk (GPRS): bis zu 53,6 kbit/s

• 2G-Mobilfunk (Edge): bis zu 220 kbit/s

• 3G-Mobilfunk (UMTS und HSPA+): bis zu 42 Mbit/s

• 4G-Mobilfunk (LTE Advanced Pro): 500 Mbit/s bis in den Gigabit-Bereich

• 5G-Mobilfunk: bis zu mehrere Gbit/s

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• WLAN: abhängig vom jeweiligen Standard: von wenigen Mbit/s bis zu mehreren Gbit/s (Wi-Fi 6)

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• Lichtwellenleiter: bis zu vielen Terabit pro Sekunde (Tbit/s)

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