Die Kanalkapazität ist die theoretische Obergrenze dafür, wie viele Daten ein Übertragungskanal fehlerfrei übertragen kann. Sie wird in Bit pro Sekunde (bit/s) gemessen und 1948 von Claude Shannon in seiner Informationstheorie definiert. Kein noch so ausgefeiltes Modulations- oder Codierverfahren kann diese Grenze überschreiten — sie trennt physikalisch Machbares von Unmöglichem.
Wovon hängt die Kanalkapazität ab?
Zwei Größen bestimmen die Kanalkapazität: die nutzbare Bandbreite B des Kanals und das Verhältnis von Nutz- zu Störsignal, das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR). Die Bandbreite zählt dabei linear: Ein doppelt so breiter Kanal kann theoretisch doppelt so viele Daten transportieren. Das SNR wirkt dagegen nur logarithmisch: Um die Kapazität zu verdoppeln, muss das SNR quadriert werden (plus 6 dB).
Die Formel
Die exakte Berechnung liefert das Shannon-Hartley-Gesetz: C = B · log2(1 + S/N). Ein Beispiel: Ein Telefonkanal mit 3 kHz Bandbreite und einem SNR von 30 dB (Faktor 1000) errechnet sich zu C = 3000 · log2(1001) ≈ 30.000 bit/s — mehr als 30 kbit/s sind über diesen Kanal theoretisch nicht fehlerfrei möglich, egal welche Technik man einsetzt.
Bedeutung für die Praxis
Reale Systeme bleiben immer unterhalb der Kanalkapazität, weil Modulation und Codierung nicht perfekt sind und Rauschen, Störungen und Impulsinterferenzen zusätzliche Verluste bringen. Die spektrale Effizienz (bit/s pro Hertz) eines Verfahrens gibt an, wie viel Prozent der theoretischen Kapazität es tatsächlich ausschöpft. Moderne Verfahren wie DVB-T2, WLAN oder 5G arbeiten deshalb mit immer höherstufiger Modulation und leistungsfähiger Kanalcodierung, um näher an die Shannon-Grenze heranzukommen.
Verwandte Grundlagen: Bandbreite, Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), Rauschen, Quantisierung.