Datenübertragungsrate

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
(Weitergeleitet von Datenrate)
Wechseln zu: Navigation, Suche

Die Datenübertragungsrate (auch Datentransferrate, Datenrate oder umgangssprachlich Übertragungsgeschwindigkeit, Verbindungsgeschwindigkeit sowie, nicht ganz zutreffend, „Bandbreite“ oder „Kapazität“ genannt) bezeichnet die digitale Datenmenge, die innerhalb einer Zeiteinheit über einen Übertragungskanal übertragen wird.

Die maximal mögliche Datenübertragungsrate, die fehlerfrei über einen Kanal übertragen werden kann, wird als Kanalkapazität bezeichnet. Zusammen mit der Latenzzeit (Antwortverzögerung) ist sie ein Maß für die Leistungsfähigkeit eines Kanals. Ein Kanal kann beispielsweise eine Verbindung im Rechnernetz, die Verbindung zum Internetdienstanbieter oder die Schnittstelle zu einem Datenspeicher sein.

Maße der Datenübertragungsrate[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Datenübertragungsrate wird gemessen durch das Zählen von Dateneinheiten pro Zeiteinheit (Datendurchsatz). Die kleinste Dateneinheit ist das Bit, weshalb die Übertragungsrate häufig als Bitrate in der Einheit Bit pro Sekunde (bit/s, kurz b/s auf englisch bps) angegeben wird.

Vielfache dieser Einheit können mit Einheitenvorsätzen gebildet werden, beispielsweise steht 1 kbit/s für 1000 bit/s. Bei Datenübertragungsraten werden die Einheitenvorsätze traditionell in ihrer SI-konformen dezimalen Bedeutung verwendet. So überträgt beispielsweise Gigabit Ethernet bei 125 MBaud durch das 5-PAM-Modulationsverfahren mit 2 bit pro Symbol und Adernpaar über vier Adernpaare 1.000.000.000 bit/s. Gleiches gilt bei Datenraten von Audiosignalen (Audio-CD: Abtastrate von 44,1 kHz bei zwei Kanälen mit je 16 bit = 1.411.200 bit/s, MP3: 128 kbit/s = 128.000 bit/s). Vereinzelt werden in jüngerer Zeit Einheitenvorsätze auch in einer hybriden binär/dezimalen Bedeutung verwendet. Bezeichnete die Angabe 768 kbit/s bei ADSL eine Übertragungsrate von 768.000 bit/s, so steht die Bezeichnung 6 Mbit/s bei ADSL häufig, aber nicht durchgängig für 6.291.456 bit/s (= 6 × 1.024 × 1.024).

In Bereichen, in denen eine parallele Datenübertragung eingesetzt wird (vor allem beim Zugriff auf Datenspeicher über einen Datenbus), wird die Übertragungsrate auch häufig in Byte pro Sekunde (Byte/s, kurz B/s auf englisch Bps) angegeben, womit üblicherweise Vielfache von 8 Bit pro Sekunde gemeint sind; man muss also darauf achten, ob eine Übertragungsrate z. B. mit 1 MB/s oder mit 1 Mbit/s angegeben wird (erstere Angabe entspricht exakt dem Achtfachen der Geschwindigkeit der letzteren).

Eine Angabe in Baud ist dagegen falsch, denn das ist die Einheit für die „Schrittgeschwindigkeit“ bzw. „Symbolrate“ (Baudrate).

Zusammenhang zwischen Datenübertragungsrate, Bandbreite und Schrittgeschwindigkeit[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Kanalkapazität (maximale Datenübertragungsrate), Bandbreite und Schrittgeschwindigkeit hängen miteinander zusammen. Dieser Zusammenhang wird durch das Shannon-Hartley-Gesetz beschrieben und auch als Nachrichtenquader der Nachrichtentechnik bezeichnet. Für einen Übertragungskanal mit der Bandbreite B und dem Störabstand SNR mit additivem weißem Rauschen steht die maximal erreichbare, fehlerfreie Datenübertragungsrate C in folgendem Zusammenhang:

Das bedeutet, sowohl die Bandbreite als auch der Störabstand beeinflussen die Kanalkapazität. Eine vorgegebene Datenübertragungsrate lässt sich sowohl in einem Übertragungskanal mit großem Störabstand und geringer Bandbreite als auch in einem solchen mit geringerem Störabstand aber entsprechend größerer Bandbreite erreichen.

Wesentlich ist dabei, dass diese Gesetzmäßigkeit nur bei weißem Rauschen gilt, dessen Amplituden normalverteilt sind. Diese Störgröße wird auch als additives weißes gaußsches Rauschen bezeichnet, im Englischen additive white Gaussian noise oder AWGN. Übertragungskanäle, welche nur diese Störungen aufweisen und sich mit obiger Gleichung charakterisieren lassen, werden daher auch als AWGN-Kanal bezeichnet. Bei Störsignalen mit anderer Verteilung des Rauschspektrums gilt dieser Zusammenhang nicht mehr. Da die Normalverteilung jedoch die maximale differentielle Entropie besitzt, ist WGN als Worst-Case-Störung meist ein hinreichendes Modell für einen gestörten Kanal.

Wenn der Störabstand groß genug ist, können digitale Modulationsverfahren eingesetzt werden. Dadurch können mehr als zwei Zustände (1 Bit) pro Symbol codiert werden, z. B. QAM oder QPSK. Die Übertragungsrate ergibt sich dann als Produkt aus der Symbolrate und dem dualen Logarithmus der pro Symbol möglichen M Zustände.

Üblicherweise nimmt ein digitales Signal zwei Zustände ein, die man mit „0“ und „1“ bezeichnen kann. Das nennt man binär. Drei Zustände bezeichnet man mit ternär. Bei gleicher Bitrate und drei Zuständen für den Signalparameter beträgt die benötigte Bandbreite nur noch 63 % der Bandbreite (Siehe Nyquist-Bandbreite unter Shannon-Hartley-Gesetz: ), die für binäre Übertragung benötigt wird.

In jedem Fall stellt die Kanalkapazität die obere Schranke für die Datenrate dar, d. h., es ist mit keinem Verfahren möglich, mehr Informationen über einen Kanal zu übertragen, als dessen Kapazität (shannonsches Quellencodierungstheorem):

Beispiele für Datenübertragungsraten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kabelgebunden[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Standard Datenübertragungsrate Bemerkung
ATA/ATAPI (IDE) bis 1064 Mbit/s
DVB-C 4–5 Mbit/s MPEG-2-Kodierung für Video
DVB-C HD 6–18 Mbit/s MPEG-4 AVC-Kodierung für Video
DVB-C2 5–8 Mbit/s MPEG-4 AVC-Kodierung für Video
FireWire 400 ca. 400 Mbit/s
Firewire 800 ca. 800 Mbit/s eine weitere, mit den bisherigen Standards abwärtskompatible Spezifikation Firewire S3200 mit demselben 9-poligen Steckertyp wie FW 800 erreicht bis zu ca. 3,2 Gbit/s und wird vor allem für professionelle Anwendungen im Audio- und TV-Bereich weiterentwickelt und eingesetzt
I²C 0,1 / 0,4 / 1,0 / 3,4 Mbit/s
Parallel SCSI 40–2500 Mbit/s je nach Typ
SAS-1 (Serial Attached SCSI) 3 Gbit/s
SAS-3 12 GBit/s
Serial ATA 1,5 Gbit/s
Serial ATA Revision 2.x 3 Gbit/s
Serial ATA Revision 3.x 6 Gbit/s
External Serial ATA (eSATA) 3 Gbit/s
SATA Express 16 Gbit/s
Thunderbolt (Schnittstelle) 10 Gbit/s auch bekannt als Lightpeak
Thunderbolt 2 (Schnittstelle) 20 Gbit/s
Thunderbolt 3 (Schnittstelle) 40 Gbit/s
USB 1.1 1,5 oder 12 Mbit/s
USB 2.0 480 Mbit/s nur bei mit dem Zertifizierungslogo versehenen Geräten voll erreicht
USB 3.0 5 Gbit/s Bruttorate mit 8b10b-Kodierung
USB 3.1 10 Gbit/s Bruttorate mit 128b132b-Kodierung

Drahtlos[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Funksignale:

Standard Datenübertragungsrate Bemerkung
Marssonde Mariner 4 (1964) 8,3 bit/s
GSM 9,6 kbit/s
IrDA 1.0 (=Infrarotschnittstelle) 9,6-115 kbit/s
IrDA 1.1 4 Mbit/s
IrDA 1.3 16 Mbit/s
GPRS 53,6 kbit/s (theoretisch bis 171,2 kbit/s)
Merkursonde Mariner 10 (1973) 100–150 kbit/s
EDGE Download: 260 kbit/s

Upload: 220 kbit/s

BGAN (Internet über Satellit) bis zu 420 kbit/s
DECT ca. 800 kbit/s
UMTS 384 kbit/s
HSDPA 3,6 / 7,2 Mbit/s
Digital Radio Mondiale 11–26 kbit/s
DRM+ 35–185 kbit/s
DMB 1–2 Mbit/s
Bluetooth 2.0+EDR 3 Mbit/s
DVB-T 2–3 Mbit/s MPEG-2-Kodierung für Video
DVB-S 4–5 Mbit/s MPEG-2-Kodierung für Video
DVB-S2 5–20 Mbit/s MPEG-4-Kodierung für Video
WiMAX 40–100 Mbit/s
3GPP (LTE) 75–300 Mbit/s
WLAN 1-1300 Mbit/s
ZigBee| 250 kbit/s

Anzeige im Handydisplayː siehe Mobilfunkstandard

Rechnernetz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Rechnernetze:

Standard Datenübertragungsrate Bemerkung
Arcnet 2,5 Mbit/s, 20 Mbit/s
Token Ring 4 Mbit/s, 16 Mbit/s
Ethernet 10 Mbit/s
Fast-Ethernet 100 Mbit/s
Gigabit-Ethernet 1 Gbit/s
PowerLAN 14 / 85 / 200 / 500 / 1200 Mbit/s
Fibre Channel 1 bis 128 Gbit/s
10-Gigabit-Ethernet 10 Gbit/s
InfiniBand 60 Gbit/s bei 12-kanaliger Verbindung
einzelner Lichtwellenleiter 107 Gbit/s Rekord für einen einzelnen Leiter ohne Frequenzmultiplex über 160 km[1]
Interkontinental-Lichtwellenleiterbündel 1 Tbit/s
Laser 43 Tbit/s Weltrekord für die schnellste Datenübertragung mit einem Laser[2]

Internet[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beim Internetzugang:

Standard Datenübertragungsrate Bemerkung
Modem maximal 56 kbit/s
ISDN 64 kbit/s, 128 kbit/s bei Nutzung beider B-Kanäle

2 Mbit/s bei Primärmultiplexanschluss

ADSL 384 kbit/s Down- und 64 kbit/s Upstream (DSL „light“) bis

25 Mbit/s Down- und 3,5 Mbit/s Upstream (ADSL2+)

VDSL 25 Mbit/s bis 300 Mbit/s[3]
DOCSIS (TV-Kabel) 10 Gbit/s Down- und 1 Gbit/s Upstream[4]
Fibre to the Home (FTTH; Glasfaser) 1+ Gbit/s Downstream

Video- und Audiosignale[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Standard Datenübertragungsrate Bemerkung
Gespräch in Telefonqualität 64 kbit/s etwa 3,1 kHz Bandbreite (ISDN – wobei praktisch keine Techniken der Irrelevanz- und Redundanz-Reduktion („Komprimierung“) angewandt werden.)
Komprimierte Musikdatei üblicherweise zwischen etwa 24 kbit/s (Streaming Audio über analoges Telefonmodem) und

9,8 Mbit/s (maximale Datenrate für verlustfrei komprimierte Mehrkanaltonspuren einer SACD/DVD-A)

Verlustfrei komprimierte Musikdatei zwischen 320 kbit/s und 5000 kbit/s je nach Quelle Flac
Audio-CD ca. 1411 kbit/s, Abtastrate 44,1 kHz, 16 Bit und zwei Kanäle praktisch ohne Irrelevanz- und Redundanz-Reduktion
SD-Fernseh-Bild ca. 3 Mbit/s MPEG-2-komprimiert
Video-DVD ca. 6 Mbit/s MPEG-2-komprimiert
SD-Video ca. 400 Mbit/s 576p 50 Hz unkomprimiert
HD-Video ca. 1,3 Gbit/s 720p 60 Hz 24b/px unkomprimiert
Full-HD-Video ca. 3 Gbit/s 1080p 60 Hz 24b/px unkomprimiert
4K-UHD1-Video (2160p) ca. 10,2 Gbit/s bei 30 Hz

ca. 14,93 Gbit/s bei 60 Hz

2160p
8K-UHD2-Video ca. 24 Gbit/s 4320p 120 Hz

Höhere Datenübertragungsraten bieten eine höhere Bandbreite und werden zunehmend durch neue Technologien ermöglicht.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Pressemitteilungen der Siemens AG, 20. Dezember 2006
  2. http://www.spektrum.de/news/daenen-stellen-neuen-rekord-bei-datenuebertragung-auf/1303225
  3. ITU G.993.2 Amendment 1
  4. DOCSIS 3.1