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Bandbreite Definition & Begriffserklärung

BandbreiteMit Bandbreite wird die Differenz zwischen einer oberen und unteren Grenzfrequenz bei einem physikalischen System bezeichnet. Dies bezieht sich auf alle Systeme, in denen veränderliche Größen von Signalen gemessen werden können, beispielsweise aus dem Bereich der Optik, der Akustik, der Funktechnik und der Elektrotechnik. Generell besitzen die meisten Signale ein Frequenzspektrum.

Als Bandbreite wird ein Frequenzintervall bezeichnet, bei dem die Übertragungsfunktion eines Systems einen maximalen und konstanten Wert einnimmt. Im Computerbereich spielt die Bandbreite bei der Datenübertragung eine große Rolle. Sie wird über die Signalrekonstruktion der Empfangsstelle definiert. Generell sollte die Bandbreite jedoch nicht mit der Datenmenge verwechselt werden, die besagt, wie viele Daten innerhalb einer Sekunde übertragen werden können. Hierfür steht der Begriff der Datenübertragungsrate.

Bandbreiten werden in Hertz gemessen

Ein Übertragungskanal besitzt einen oberen und unteren Grenzfrequenzbereich. Das menschliche Gehör besitzt, je nach Alter, einen Bereich zwischen 20 Hz und 16 kHz. Das Telefon besitzt eine Bandbreite von 300 bis 3.400 Hz, ein UKW-Hörfunksender dagegen einen Bereich von 96,55 bis 96,85 MHz.

Durch sogenannte Bandpässe auf der Empfänger- und der Senderseite werden die jeweiligen Frequenzgrenzen definiert. Dabei ist der Sender so ausgelegt, dass beispielsweise Nachbarkanäle nicht gestört werden. Der Empfänger soll verhindern, dass keine Störungen durch Rauschen entstehen. Zwischen diesen Grenzen erfolgt die eigentliche Signalübertragung. Eine gedämpfte Übertragung findet dann statt, wenn die Frequenzen außerhalb dieser Grenzen liegen.

Bandbreite in Computernetzwerken

Ethernet-Netzwerke werden häufig mit entsprechenden Bandbreiten bezeichnet. So verwendet ein 10-Mbit-Ethernet-Netz üblicherweise ein Koaxialkabel als Übertragungsmedium. Dabei beträgt die Bandbreite eines solchen Kabels mindestens 300 MHz. Da eine mögliche Abstrahlung, sowie andere Störquellen in der Nähe nicht ausgeschlossen werden können, sollte die Frequenz für eine einwandfreie Datenübertragung auf ungefähr 30 MHz begrenzt werden.

Vielfach werden anstelle eines 10-Mbit-Ethernet-Kabels alternativ sogenannte Kategorie 3 Twisted-Pair-Kabel mit Frequenzen bis 16 MHz verwendet, da sie über dieselbe Modulationstechnik verfügen. Twisted-Pair-Kabel sind symmetrische Leitungen, bei denen die Adernpaare verdrillt worden sind.

Interessant ist, dass bei einem Ethernet-System für die Taktrückgewinnung aus einem Bitstrom eine Manchestercodierung verwendet wird. Hierbei wird jedes Bit doppelt übertragen. Dabei ist die Symbolrate mit einem Wert von 20 MBaud in etwa zweimal so hoch wie die eigentliche Bitrate. Um hierbei ein eindeutiges Signal mit 20 MBaud zu übertragen, ist eine Bandbreite von wenigstens 10 MHz erforderlich. Die wesentlichen Frequenzanteile des modulierten Signals liegen bei 10 MHz und darüber.

Um jedoch eine sichere Datenübertragung zu gewährleisten, werden mittels Tiefpassfilter alle Frequenzanteile oberhalb der 10 MHz unterdrückt. Somit liegt die Bandbreite bei 10 MHz und die Nettodatenrate bei 10 Mbit/s. Für 100-Mbit-Ethernet-Verbindungen werden vornehmlich Twisted-Pair-Kabel verwendet. Sie sind von hoher Qualität und eignen sich daher sehr gut für eine Bandbreite bis zu 100 MHz. Auch hierbei sollte jedoch zur Sicherheit die Bandbreite nicht über 30 MHz liegen. Zur Taktrekonstruktion verwendet ein 100-Mbit-Ethernet-Netz eine 4Bit / 5Bit-Kodierung. Die Übertragungsrate beträgt hierbei 125 Mbit/s, wobei immer vier Datenbits als 5-Bit-Codierung übertragen werden. Der Code enthält hierbei mindestens zwei 1-Bits. Während die Übertragung auf drei Spannungsstufen im Wechsel erfolgt, wird hierdurch die Grundfrequenz auf ungefähr 31,25 MHz gehalten. Alle darüber liegenden Frequenzen sollten für eine sichere Datenübertragung unterdrückt werden. Bei einem 100-Mbit-Ethernet-Netz liegt die Nutzdatenrate bei 100 Mbit/s bei einer Bandbreite von 31,25 MHz.

Bandbreite bei ADSL

ADSL-Verbindungen nutzen ebenfalls Twisted-Pair-Leitungen und wurden zunächst für die analoge Telefonie mit einer Bandbreite von 3.100 Hz eingesetzt. Später wurden sie auch für ISDN bei einer Bandbreite von ungefähr 130 kHz verwendet. ISDN und analoge Telefonie nutzen nur den unteren kleineren Bereich der vorhandenen Bandbreite. Für höhere Datenübertragungen waren sie ursprünglich nicht vorgesehen. Mit der Einführung der DSL-Verbindungen können Übertragungsraten von wenigstens 1 Mbit/s realisiert werden.

Viele weitergehende ADSL-Standards sind jedoch mittlerweile möglich. Zunächst verwendete ADSL einen Frequenzbereich von 138 kHz bis hin zu 1,1 MHz. Mittels Splitter, einer Art Frequenzweiche, kann das ADSL-Signal von den darunterliegenden Telefonie- und ISDN-Bändern getrennt werden. Bei einer 1-Mbit-Leitung wird das DSL-Frequenzband in ein Sendedatenband für den Upload mit 138 bis 276 kHz und ein Empfangsdatenband für den Download mit 276 bis 1.104 kHz aufgeteilt. Während beim Senden 32 Kanäle mit einer 4,3 kHz Bandbreite untergebracht sind, werden zum Empfang 192 Kanäle mit je 4,3 kHz Bandbreite verwendet. Jeder einzelne Kanal der ADSL-Verbindung ermöglicht mit dem DMT-Verfahren eine 4 kBit/s – Übertragungsrate.

Da beim Initialisieren einer ADSL-Verbindung alle Kanäle einzeln eingemessen werden, können diese bei Störungen auch einzeln gesperrt werden. Dadurch ergibt sich zwangsläufig auch eine niedrigere Übertragungsrate bis hin zum vollständigen Abbruch. Die Twisted-Pair-Leitungen einer ADSL-Verbindung bestehen aus Kupfer-Doppeladern. Die Bandbreite liegt ungefähr bei 1,1 MHz.

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