Spektrale Effizienz

Spektrale Effizienz, auch Bandbreiteneffizienz genannt, ist ein Begriff aus der Nachrichtentechnik und bezeichnet das Verhältnis zwischen Datenübertragungsrate (in Bit/Sekunde) und Bandbreite des Signals (in Hertz). Die spektrale Effizienz ist eine wichtige Kenngröße digitaler Modulationsverfahren.

Die maximal mögliche spektrale Effizienz, bei welcher prinzipiell eine fehlerfreie Übertragung möglich ist, wird durch das Signal-Rausch-Verhältnis begrenzt (Shannon-Hartley-Theorem). Je mehr man die spektrale Effizienz bei gegebenem Signalrauschen erhöht, umso aufwändigere Verfahren zur Vorwärtsfehlerkorrektur benötigt man. Bei spektralen Effizienzen oberhalb der Shannon-Grenze sind Übertragungsfehler auch mit Methoden der Kanalcodierung nicht vermeidbar; eine zuverlässige Übertragung ist damit prinzipiell nicht möglich.

Bei ausreichend hohem Signal-zu-Störleistungsverhältnis kann die spektrale Effizienz Werte über 1 Bit/s pro Hz Bandbreite annehmen, daher kann z. B. ein Modem über eine Telefonleitung mit einer Bandbreite von ca. 3500 Hz eine Datenübertragungsrate von 33600 Bit/s erreichen. Die spektrale Effizienz ist in diesem Fall 33600 Bit/s / 3500 Hz ≈ 10 Bit/s pro Hz

Dimension

Die Einheit Bit/s/Hz lässt sich kürzen zu Bit, was zwar richtig, aber nicht intuitiv ist. Daher wird oft die ungekürzte, verständlichere Form verwendet.

Beispiele

In folgender Tabelle sind einige Bruttobitraten, d.h. inklusive der für die Fehlererkennung und Kanalcodierung Bits, pro Hz Bandbreite angegeben:

Literatur

•  John G. Proakis, Masoud Salehi: Communication Systems Engineering. 2. Auflage. Prentice Hall, Upper Saddle River NJ 2002, ISBN 0-13-095007-6.