Spektrumeffizienz

Spektrumeffizienz bezeichnet das Verhältnis aus der übertragenen Datenrate und der verwendeten Bandbreite. Sie gibt an, wie effizient ein Kommunikationssystem das verfügbare Spektrum nutzt, und wird in Bit pro Sekunde pro Hertz (bit/s/Hz) angegeben. Die Kennzahl kann für einzelne Kanäle, Nutzersignale oder das gesamte Funknetz ermittelt werden.

Theoretische Grundlagen beruhen auf dem Shannon-Hartley-Theorem. Die maximale Kapazität eines Bandpasskanals wird als C = B log2(1 + SNR) beschrieben, wobei B die Bandbreite und SNR das Signal-Rausch-Verhältnis ist. Daraus ergibt sich eine theoretische obere Grenze der spektralen Effizienz η_max = log2(1 + SNR). In realen Systemen liegt die erreichbare Spektrumeffizienz deutlich darunter, da Modulation, Kodierung, Mehrwegeausbreitung, Interferenz und praktische Implementierungsgrenzen mitwirken.

Bestimmende Faktoren sind SNR, Modulations- und Codierungsverfahren (z. B. QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM), Bandbreite, Antennen- und Multiplexing-Techniken (MIMO), OFDM, sowie Mehrbenutzerzugriff und Interferenzen. Die Effizienz lässt sich erhöhen durch höhere Modulationsgrade, effizientere Kodierung, räumliche Multiplexität (MIMO), Carrier Aggregation, adaptive Modulation und Coding sowie fortgeschrittene Mehrbenutzertechniken.

Anwendung und Bedeutung finden sich vor allem in Mobilfunkstandards wie LTE/LTE-Advanced und 5G NR. Die Spektrumeffizienz ist ein zentrales Maß für Netzkapazität, Leistungsaufnahme und Planung. Praktische Werte liegen je nach Kanalbedingungen typischerweise im Bereich von wenigen bis wenigen Dutzend bit/s/Hz, wobei ideale Bedingungen höhere Werte ermöglichen.