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波特率,比特率,调制速率,传输速率定义解析

2014-02-18  xiaolab123

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1、什么是波特率,比特率,调制速率?

    在电子通信领域,波特率即调制速率,指的是信号被调制以后在单位时间内的波特数,即单位时间内载波参数变化的次数。它是对信号传输速率的一种度量,通常以“波特每秒”(Bps)为单位。 

  波特率有时候会同比特率混淆,实际上后者是对信息传输速率(传信率)的度量。波特率可以被理解为单位时间内传输码元符号的个数(传符号率),通过不同的调制方法可以在一个码元上负载多个比特信息。

比特率

  在数字信道中,比特率是数字信号的传输速率,它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示,其单位为每秒比特数bit/s(bps)、每秒千比特数(Kbps)或每秒兆比特数(Mbps)来表示(此处K和M分别为1000和1000000,而不是涉及计算机存储器容量时的1024和1048576)。

波特率

  波特率指数据信号对载波的调制速率,它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示,其单位为波特(Baud)。 波特率与比特率的关系为:比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数。 

  显然,两相调制(单个调制状态对应1个二进制位)的比特率等于波特率;四相调制(单个调制状态对应2个二进制位)的比特率为波特率的两倍;八相调制(单个调制状态对应3个二进制位)的比特率为波特率的三倍;依次类推。

 

2、传输速率与带宽:

   传输速率: 数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一。传输速率通常反映的是单位时间内经过传输介质(同轴电缆或双绞线等)的数据大小的能力。单位为Mbps(兆位每秒)。常见的双绞线和同轴电缆的传输速率如下:

    数据传输速率在数值上等于每秒种传输构成数据代码的二进制比特数,单位为比特/秒(bit/second),记作bps。对于二进制数据,数据传输速率为:

S=1/T(bps)

    其中,T为发送每一比特所需要的时间。例如,如果在通信信道上发送一比特0、1信号所需要的时间是0.001ms,那么信道的数据传输速率为1 000 000bps。

    在实际应用中,常用的数据传输速率单位有:kbps、Mbps和Gbps。其中:

1kbps=103bps 1Mbps=106kbps 1Gbps=109bps

    带宽与数据传输速率:

    在现代网络技术中,人们总是以“带宽”来表示信道的数据传输速率,“带宽”与“速率”几乎成了同义词。信道带宽与数据传输速率的关系可以奈奎斯特(Nyquist)准则与香农(Shanon)定律描述。

    奈奎斯特准则指出:如果间隔为π/ω(ω=2πf),通过理想通信信道传输窄脉冲信号,则前后码元之间不产生相互窜扰。因此,对于二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax与通信信道带宽B(B=f,单位Hz)的关系可以写为:

Rmax=2.f(bps)

    对于二进制数据若信道带宽B=f=3000Hz,则最大数据传输速率为6000bps。

    奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系。香农定理则描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信噪比之间的关系。

    香农定理指出:在有随机热噪声的信道上传输数据信号时,数据传输速率Rmax与信道带宽B、信噪比S/N的关系为:

Rmax=B.log2(1+S/N)

    式中,Rmax单位为bps,带宽B单位为Hz,信噪比S/N通常以dB(分贝)数表示。若S/N=30(dB),那么信噪比根据公式:

S/N(dB)=10.lg(S/N)

    可得,S/N=1000。若带宽B=3000Hz,则Rmax≈30kbps。香农定律给出了一个有限带宽、有热噪声信道的最大数据传输速率的极限值。它表示对于带宽只有3000Hz的通信信道,信噪比在30db时,无论数据采用二进制或更多的离散电平值表示,都不能用越过0kbps的速率传输数据。

    因此通信信道最大传输速率与信道带宽之间存在着明确的关系,所以人们可以用“带宽”去取代“速率”。例如,人们常把网络的“高数据传输速率”用网络的“高带宽”去表述。因此“带宽”与“速率”在网络技术的讨论中几乎成了同义词。

 

附文:《关于波特率与比特率的概念》

波特率

    “波特率”表示每秒种传输离散信号事件的个数,或每秒信号电平的变化次数,单位为band(波特)。即波特率所表示的是调制速度,是单位时间内传输线路上调制状态的变化数。即

Nb=1/Ts

式中:Nb——波特率;

      Ts——码元的电脉冲信号宽度。

    若传输的码元宽度为1μs ,则Nb=1 Mband。即每秒传送106码元电脉冲。所以速率高低与每个码元所占的时间有关。若每个码元的脉冲宽度越小,则传输速率越高。

比特率

    “比特率”是指每秒传送二进制数据的位数,单位为比特/秒,记作bits/s或b/s或bps或。比特率与波特率的关系为:

R=Nb lbN  (b/s)                                  (1)

式中:R——比特率;

      Nb——波特率;

      N——为一个脉冲信号所表示的有效状态。

    二进制中,脉冲的有或无就表示这个码元状态的“1”或“0”。即码元有2个状态,式(1)中N=2。所以在二进制的情况下:

R=Nb lb2=N                                          (2)

    即在二进制的情况下,波特率与比特率数值相等。

    但如果我们用4种不同的电压幅值0V、2V、4V和6V分别表示00、01、10和11,则玛元有4种状态,式(1)中N=4。用这种信号传输数据时,每改变一次信号值就可用来传送2 bits数据。即

R=Nb lb4                                            (3)

在这种情况下,比特率和波特率就不相等。

 

数据传输速率的定义:

    数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一。数据传输速率在数值上等于每秒种传输构成数据代码的二进制比特数,单位为比特/秒(bit/second),记作bps。对于二进制数据,数据传输速率为:

S=1/T(bps)

    其中,T为发送每一比特所需要的时间。例如,如果在通信信道上发送一比特0、1信号所需要的时间是0.001ms,那么信道的数据传输速率为1 000 000bps。

    在实际应用中,常用的数据传输速率单位有:kbps、Mbps和Gbps。其中:

1kbps=103bps 1Mbps=106kbps 1Gbps=109bps

带宽数据传输速率

    在现代网络技术中,人们总是以“带宽”来表示信道的数据传输速率,“带宽”与“速率”几乎成了同义词。信道带宽与数据传输速率的关系可以奈奎斯特(Nyquist)准则与香农(Shanon)定律描述。

    奈奎斯特准则指出:如果间隔为π/ω(ω=2πf),通过理想通信信道传输窄脉冲信号,则前后码元之间不产生相互窜扰。因此,对于二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax与通信信道带宽B(B=f,单位Hz)的关系可以写为:

Rmax=2.f(bps)

    对于二进制数据若信道带宽B=f=3000Hz,则最大数据传输速率为6000bps。

    奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系。香农定理则描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信噪比之间的关系。

    香农定理指出:在有随机热噪声的信道上传输数据信号时,数据传输速率Rmax与信道带宽B、信噪比S/N的关系为:

Rmax=B.log2(1+S/N)

    式中,Rmax单位为bps,带宽B单位为Hz,信噪比S/N通常以dB(分贝)数表示。若S/N=30(dB),那么信噪比根据公式:

S/N(dB)=10.lg(S/N)

    可得,S/N=1000。若带宽B=3000Hz,则Rmax≈30kbps。香农定律给出了一个有限带宽、有热噪声信道的最大数据传输速率的极限值。它表示对于带宽只有3000Hz的通信信道,信噪比在30db时,无论数据采用二进制或更多的离散电平值表示,都不能用越过0kbps的速率传输数据。

    因此通信信道最大传输速率与信道带宽之间存在着明确的关系,所以人们可以用“带宽”去取代“速率”。例如,人们常把网络的“高数据传输速率”用网络的“高带宽”去表述。因此“带宽”与“速率”在网络技术的讨论中几乎成了同义词。

 

比特率波特率

以下解释文字来自于网络资料:

    ①波特率指信号每秒的变化次数。比特率指每秒可传输的二进制位数。在无调制的情况下,波特率精确等于比特率。采用调相技术时,波特率不等于比特率。

    ②数字信道传送数字信号的速率称为数据传输速率或比特率。

    ③传输率就是指每秒传输多少位,传输率也常叫波特率。

    ④波特率是指线路状态更改的次数。只有每个信号符合所传输数据的一位时,才等于每秒位数。

    ⑤波特率是模拟线路信号的速率,也称调制速率,以波形每秒的振荡数来衡量。如果数据不压缩,波特率等于每秒钟传输的数据位数,如果数据进行了压缩,那么每秒钟传输的数据位数通常大于调制速率,使得交换使用波特和比特/秒偶尔会产生错误。

    ……

以下文字来自于Wikipedia:

    在电子通信领域,波特率即调制速率,指的是信号被调制以后在单位时间内的波特数,即单位时间内载波参数变化的次数。它是对符号传输速率的一种度量,通常以“波特每秒”(Bd/s)为单位,1波特每秒即指每秒传输1个符号。

    波特率有时候会同比特率混淆,实际上后者是对信息传输速率(传信率)的度量。波特率可以被理解为单位时间内传输码元符号的个数(传符号率),通过不同的调制方法可以在一个码元上负载多个比特信息。因此信息传输速率即比特率在数值上和波特率有这样的关系:

I = S·log2N

其中,I为传信率,S为波特率,N为每个符号负载的信息量,以比特为单位。因此只有在每个符号只代表一个比特信息的情况下,例如基带二进制信号,波特率与比特率才在数值上相等,但是它们的意义并不相同。

 

 

在电信和计算领域,比特率(Bit rate,变量Rbit)是单位时间内传输送或处理的比特的数量。比特率经常在电信领域用作连接速度、传输速度、信道容量、最大吞吐量和数字带宽容量的同义词。比特率规定使用“比特每秒”(bit/s 或bps)为单位,经常和国际单位制词头关联在一起,如“千”(kbit/s或kbps),“兆”(Mbit/s或Mbps),“吉”(Gbit/s或Gbps) 和“太”(Tbit/s或Tbps)。

    类似解释举不胜举,但是,波特率和比特率到底有什么区别呢?

    个人比较倾向于维基的解释,但是仍存在一个疑惑:波特率是符号传输速率的度量,比特率是信息传输速率的度量。两者之间仅传输对象不同,那么符号和信息之间真的有区别么?

   

个人认为:通常在通信和计算机领域内,采用的是二进制传输信号,即使是符号也是转化成二进制信息来传送的(比如字符采用ASCII码描述)。那么,如果我

们采用三进制传输信号呢(比如用高电平,0,低电平三种状态)?那么此时传输同等信息量时的比特率是不是采用二进制时的1.5倍呢?假如我们采用八进制或

者十六进制传输信号呢?其实,从上面的公式Ⅰ就可以看出来,比特率(传信率)和波特率之间就差了一个实系数log2N,这是一个无量纲的量,也就是一个跟采用的调制方法(进制)相关的量。那么,从这个意义上讲,比特率只是波特率在采用二进制时的一个特例。

 

 

    在电子通信领域,波特率即调制速率,指的是信号被调制以后在单位时间内的波特数,即单位时间内载波参数变化的次数。它是对信号传输速率的一种度量,通常以“波特每秒”(Bps)为单位。

    波特率有时候会同比特率混淆,实际上后者是对信息传输速率(传信率)的度量。波特率可以被理解为单位时间内传输码元符号的个数(传符号率),通过不同的调制方法可以在一个码元上负载多个比特信息。

严谨定义:

.比特率

    在数字信道中,比特率是数字信号的传输速率,它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示,其单位为每秒比特数bit/s(bps)、每秒千比特数(Kbps)或每秒兆比特数(Mbps)来表示(此处K和M分别为1000和1000000,而不是涉及计算机存储器容量时的1024和1048576)。

.波特率

    波特率指数据信号对载波的调制速率,它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示,其单位为波特(Baud)。波特率与比特率的关系为:比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数。

 

如何区分两者?

显然,两相调制(单个调制状态对应1个二进制位)的比特率等于波特率;四相调制(单个调制状态对应2个二进制位)的比特率为波特率的两倍;八相调制(单个调制状态对应3个二进制位)的比特率为波特率的三倍;依次类推。

 

码元、波特率、比特率、电平、频道带宽等概念的理解
码元:
      在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字。这样的时间间隔内的信号称为二进制码元,而这个间隔被称为码元长度。
符号
       即用于表示某数字码型[据位数不同,对应不同的键控调制方式]的一定相位或幅度值的一段正弦载波[其长度即符号长度]。
      符号速率即载波信号的参数(如相位)转换速率,实际上是载波状态的变化速率。符号率越高,响应的传输速率也越高,但信号中包含的频谱成分越高,占用的带宽越宽。
波特率 
      即 调制速率 或 符号速率,指的是信号被 调制 以后在单位时间内的 波特 数,即单位时间内 载波 参数变化(相位或者幅度)的次数。它是对信号传输速率的一种度量,通常以“波特每秒”(Bps)为单位。
    波特率有时候会同 比特率 混淆,实际上后者是对信息传输速率(传信率)的度量波特率可以被理解为单位时间内传输码元符号的个数(传符号率),通过不同的调制方法可以在一个码元上负载多个比特信息。因此信息传输速率即比特率在数值上和波特率有这样的关系:
                   波特率 = 比特率/每符号含的比特数
信号的带宽取决于波特率,也就是说跟有关。如果编码算法可以使得每个符号(一段载波)能够传送(表示)更多的比特,则传同样的数据所需要的带宽更窄!
另外,A/D编码算法,是压缩数据量的关键,模拟语音经过不同A/D编码的算法,产生的数据量是有所不同的。
例如:设信道带宽为3MHz,信噪比S/N为2dB(即100倍),若传送BPSK信号则可达到的最大数据速率是多少?
解答:带噪信道应该用香农公式计算,最大数据速率为  
        3M  ×
  log2(1+100)   bps   = 3M × 6.65 = 20MHz, 对于BPSK信号,正弦载波用两种相位状态,表示1比特(0或1)。其波特率也是20MHz。
       log后面的2应该是下标;
如果传输的是QPSK的信号,一个正弦载波可以有4个不同的相位,可以表示两位二进制数位的4种信息状态。那么波特率为0.5×20MHz= 10MHz, 所以根据香农定理移项可知,只需要占用1.5MHz的带宽。
可以这样理解,对于待传输的货物(一定数目的二进制比特),用箱子(符号或者调制方式)去装货,如果每个箱子多装一点(每符号多表示几个比特),那么运的次数少一些,效率高(带宽少);反之则效率低。
比特率
      这个词有多种翻译,比如码率等,表示经过编码(压缩)后的音频数据每秒钟需要用多少个比特来表示,而比特就是二进制里面最少的单位,要么是0,要么是1。比特率与音频压缩的关系简单的说就是比特率越高音质就越好,但编码后的文件就越大;如果比特率越少则情况刚好翻转。


 

电平:
    “电平”就是指电路中两点或几点在相同阻抗下电量的相对比值。这里的电量自然指“电功率”、“电压”、“电流”并将倍数化为对数,用“分贝”表示,记作“dB”。分别记作:10lg(P2/P1)、20lg(U2/U1)、20lg(I2/I1)上式中P、U、I分别是电功率、电压、电流。--“dB”有两个好处:其一读写、计算方便。如多级放大器的总放大倍数为各级放大倍数相乘,用分贝则可改用相加。其二能如实地反映人对声音的感觉。实践证明,声音的分贝数增加或减少一倍,人耳听觉响度也提高或降低一倍。即人耳听觉与声音功率分贝数成正比。例如蚊子叫声与大炮响声相差100万倍,但人的感觉仅有60倍的差异,而100万倍恰是60dB。
(现在觉得特别冤枉,以前在大学还没有学电路理论,我问老师,电平与电压有什么不一样,他说我无理取闹,这么简单的问题还问。这个问题简单吗?)

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