Los dos límites fundamentales del ancho de banda en las comunicaciones son la dispersión y la pérdida, los cuales están en límites por longitud.
La dispersión es lo que se llama cuando la señal se extiende temporal o espacialmente, es decir, envía un pulso y ese pulso se extiende. La dispersión temporal ocurre cuando diferentes frecuencias viajan a diferentes velocidades, y la dispersión espacial ocurre cuando hay múltiples caminos por los cuales la señal puede viajar la misma distancia. 
La razón por la que la pérdida limita el ancho de banda se debe al ruido térmico, cuyo ruido es proporcional al ancho de banda: mayor ancho de banda = mayor nivel de ruido = debe tener una señal de potencia más alta para ser detectable. 
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La dispersión ocurre de 3 maneras:
Dispersión de guía de onda
Cuando una onda electromagnética está confinada en una estructura, los campos se estructurarán en patrones regulares llamados “modos”, que son soluciones internas a las ecuaciones de Maxwell. Los modos pueden corresponder a ángulos en los que la onda electromagnética viaja en la guía de ondas (fibra óptica o cable eléctrico). Para un modo TEM (electromagnético transversal) como el que se encuentra en un cable de cobre o cable coaxial, el ángulo es el mismo sin importar a qué frecuencia opere, pero para modos más altos (como el de una guía de ondas de microondas o fibra óptica) El ángulo cambiará con la frecuencia. El ángulo en el que la onda se mueve a través de la guía de ondas determinará su velocidad, por lo que si un componente de frecuencia de la señal se mueve a una velocidad pero otro componente de frecuencia se mueve a otra velocidad, la señal se extenderá a medida que se mueva.
Dado que el cable de cobre envía una señal a través de ondas electromagnéticas transversales, no está sujeto a la dispersión de la guía de onda, pero las señales sobre fibras ópticas están sujetas a ella. 
Dispersión cromática
Esto tiene que ver con la respuesta temporal de la polarización eléctrica y magnética en los materiales. Un material polarizante significa básicamente que los electrones y el núcleo de los átomos constituyentes se separan ligeramente, o en un cristal iónico los aniones y los cationes se separan ligeramente. Esto no ocurre instantáneamente, sino que puede describirse de manera similar a la forma en que se estira un resorte. Cuando sueltes el resorte, oscilará un poco. La respuesta de tiempo del “resorte electromagnético” significa que se polarizará más en algunas frecuencias resonantes y menos en otras frecuencias. Esto también se traduce en una onda electromagnética que viaja más rápidamente a través del material en algunas frecuencias que en otras. A menos que esté disparando una señal a través del aire o el vacío, todas las señales están sujetas a dispersión cromática.
Las fibras ópticas más antiguas se diseñaron para trabajar con una luz de 1330 nm, ya que esa longitud de onda minimiza la dispersión cromática. Sin embargo, la fibra más nueva utiliza una luz de 1550 nm, ya que la atenuación es menor, y utilizan la dispersión de la guía de onda para contrarrestar los efectos de la dispersión cromática. 
(Tenga en cuenta que la fibra estándar tiene dispersión cero cerca de 1300 nm, pero la fibra desplazada por dispersión la tiene a cero cerca de 1500 nm. El desplazamiento de dispersión se realiza adaptando la dispersión de la guía de ondas para contrarrestar la dispersión cromática).
Dispersión intermodal
Volviendo a la existencia de modos, a una frecuencia dada puede haber múltiples modos disponibles para que una onda viaje. Esta es una función de la geometría de la guía de ondas. Las fibras de modo único y las guías de ondas de microondas están diseñadas para ser lo suficientemente grandes como para admitir un modo único a la frecuencia de funcionamiento, pero demasiado pequeñas para admitir más modos. Dado que cada modo viaja a una velocidad diferente, esto hará que la onda se extienda. Esto es independiente del rango de frecuencias presentes en la señal. 
Las fibras de modo único y las guías de ondas de microondas están diseñadas para ser demasiado pequeñas para admitir modos adicionales, pero alinearlas con fuentes y detectores se vuelve difícil. Es por eso que las redes domésticas y las redes de fibra de corto alcance utilizan fibra multimodo, que utiliza un núcleo más grande y admite muchos modos ópticos (generalmente cientos), pero es más fácil de alinear. Tiene una dispersión mucho más limitada, generalmente a aproximadamente 0.5 GHz / km (es decir, si tiene un kilómetro de fibra, entonces tendrá una dispersión limitada a 0.5 GHz, o si tiene 100 m de fibra, entonces puede ejecutarla a 5 GHz) .
La dispersión intermodal se convierte en un límite interesante en el ancho de banda de las señales TEM, como las transportadas por el cableado de cobre. A pesar de que el par coaxial o trenzado u otra guía de onda admite el modo TEM “sin dispersión”, a una frecuencia suficientemente alta la guía de onda puede y admitirá modos de orden superior. 
En la frecuencia donde aparece el modo de orden superior más bajo, incluso si tiene conductores y aislantes perfectos, esto se convierte en un límite fundamental en el ancho de banda de su línea de transmisión por cable. Resulta que cuanto más pequeño sea su par trenzado o su cable coaxial, mayor será esta frecuencia de corte, lo que significa que si desea ejecutarlo a 40 GHz, debe hacer que el cable sea mucho más pequeño que si solo lo desea correr a 100MHz.
Lo que significa para tu señal:
La forma más simple de verlo es como un conjunto de pulsos que se extienden debido a la dispersión. Su límite de ancho de banda es el punto en el que los pulsos se extenderán entre sí:
Límites de atenuación:
La pérdida de fibra óptica y cable de cobre proviene de diferentes lugares, pero finalmente da el mismo modelo de atenuación: un porcentaje de disminución por unidad de longitud, o sin embargo, muchos dB por kilómetro.
En los cables de cobre, la pérdida se produce por la resistencia de la línea de transmisión (es decir, el hecho de que el cobre no tiene una conductividad infinita) y por la conductancia del medio aislante (es decir, el aislante no tiene una conductividad cero perfecta) . Cuando se modela una línea TEM, generalmente se modela con una resistencia del conductor por unidad de longitud, una capacitancia e inductancia por unidad de longitud (que determina la velocidad de la onda) y una conductancia del aislante por unidad de longitud. 
No hay mucho que pueda hacer sobre ese R o G, excepto usar mejores conductores y aisladores (léase: más caros).
Además, existe una relación de frecuencia con la pérdida en el cableado de cobre gracias a lo que se llama el “efecto de la piel”: el hecho de que una onda electromagnética penetrará el metal a una cierta profundidad: 
En resumen, cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la resistencia. Esto lleva a que los componentes de frecuencia más alta de su señal estén más atenuados que los componentes de frecuencia más baja, que en su punto final deben compensarse.
En las fibras ópticas, la pérdida proviene de una combinación de dispersión de Rayleigh, absorción de oxígeno y la absorción fundamental del material de sílice: 
La dispersión de Rayleigh es un límite fundamental, y la absorción de sílice también es un límite fundamental. Como puede ver, ha habido una gran mejora en obtener un material de sílice más puro y minimizar la absorción de oxígeno.
Qué significa para su señal y por qué limita el ancho de banda en lugar de solo la longitud de transmisión:
A medida que la señal viaja, se debilita. Esto es bastante obvio.
Pero no es que necesite un ‘nivel’ específico para ser detectado en el otro extremo. Un buen sistema tendrá un control de ganancia dinámico que permitirá la detección en cualquier nivel. El límite fundamental de lo bajo que puede detectar no es una función tanto del dispositivo, sino del nivel de ruido . En la mayoría de los sistemas, el límite es el ruido de Johnson-Nyquist o ruido térmico. Proviene de la radiación del cuerpo negro, pero cuando se simplifica con la expansión de primer orden se convierte en 
La “señal mínima detectable” se define como el punto en el que la potencia de la señal es igual al nivel de ruido, pero en los sistemas de comunicación digital generalmente no se obtiene una tasa de error de bits aceptable a menos que la potencia de la señal sea al menos 4 veces el nivel de ruido, y en sistemas más antiguos sin codificación de corrección de errores, lo necesita al menos 10 veces el nivel de ruido.
Tenga en cuenta que [math] \ Delta f [/ math] en la definición de potencia de ruido, es decir, el ancho de banda. Al limitar el ancho de banda de la señal, puede forzar una potencia de ruido más baja y, por lo tanto, requerir un nivel de entrada de señal más bajo para detectar y reproducir la señal con precisión. Por el contrario, tener un mayor ancho de banda hace que este nivel de ruido aumente y, por lo tanto, aumenta la cantidad de potencia requerida para detectar la señal. Por lo tanto, la atenuación limita su ancho de banda.
Espero que esto responda tus preguntas lo suficiente y no te confunda. Pero aún más, espero que esto te haga hacer aún más preguntas.
