kaistanlaajuus

Kaistanlaajuus (bandwidth) on signaalin tai järjestelmän taajuusalue, jonka sisällä sen vaste on käyttökelpoinen tai tarkoituksenmukainen. Yleensä kaistanlaajuus määritellään taajuuksien fL ja fH erona, B = fH − fL, eli alue, jolla vaste täyttää tietyt laatukriteerit. Usein käytetty määritelmä perustuu −3 dB:iin leikkauspisteeseen, jolloin taajuuksien fL ja fH välillä vaste on riittävän lähellä maksimivastetta.

Kaistanlaajuudella on olennaiset käytännön yksiköt ja se on ilmaistavissa hertzissä (Hz) tai sen kymmenkertaisteluissa, kuten kHz, MHz ja GHz. Eri sovelluksissa tarkoitetaan usein eri kaistanlaajuuden käsitteitä, kuten joustavaa kaistanlaajuutta (occupied bandwidth) tai käytettävää kaistanlaajuutta (useful bandwidth).

Baseband- ja passband-kaistanlaajuudet ovat tärkeä erottelu. Baseband-kaistanlaajuus tarkoittaa, että signaali alkaa nollasta taajuudesta ja ulottuu nousutupisteisiin saakka, usein digitaalisissa yhteyksissä. Passband-kaistanlaajuus taas tarkoittaa, että signaali sijaitsee tietyn keskitaajuuden ympärillä ja sen taajuusaluetta siirretään esimerkiksi radioviestinnässä modulaation avulla.

Kaistanlaajuudella on keskeinen rooli tiedonsiirrossa: suurempi kaistanlaajuus mahdollistaa suuremman signaalin symbolinopeuden ja siten suuremman potentiaalisen bittimäärän, kunhan signaalin ja kanavan S/N-tila sallivat. Shannon-Hartley -lain mukaan kanavan kapasiteetti C = B log2(1 + S/N), jossa B on kaistanlaajuus ja S/N on signaalin ja kohinan suhde; näin sekä kaistanlaajuuden että signaalinlaadun parantaminen voivat lisätä siirtokapasiteettia.

Kaistanlaajuutta mitataan ja analysoidaan spektrianalysaattoreilla ja taajuusvasteilla. Käytännön mittauksissa käytetään usein −3 dB -pistettä, mutta tarkka määritelmä voi vaihdella sovelluksen mukaan. Kaistanlaajuutta tarkastellaan laajasti sähkö-, radio-, opto- ja lääketieteellisissä viestintä-, mittaus- ja kuvanvälitys-tekniikoissa.