几个通信速率概念

几个通信速率概念——


1.比特率

  比特率(bit rate)又称传信率、信息传输速率(简称信息速率,information rate)。其定义是:通信线路(或系统)单位时间(每秒)内传输的信息量,即每秒能传输的二进制位数,通常用Rb表示,其单位是比特/秒(bit/s或b/s,英文缩略语为bps)。

  在二进制系统中,信息速率(比特率)与信号速率(波特率)相等,例如,当系统以每秒50个二进制符号传输时,信息速率为50bit/s,信号速率也为50Bd(波特)。在无调制的情况下,比特率等于波特率;采用调相技术时,比特率不等于波特率。通信系统的发送设备和接收设备必须在相同的波特率下工作,否则会出现帧同步错误。


2. 波特率

  波特率(Baud rate)又称传码率、码元传输速率(简称码元速率)、信号传输速率(简称信号速率,signaling rate)或调制速率。其定义是:通信线路(或系统)单位时间(每秒)内传输的码元(脉冲)个数;或者表示信号调制过程中,单位时间内调制信号波形的变换次数,通常用RB表示,单位是波特(Bd或Baud,前者规范)。如果每秒传输1个码元就称为1Bd;如果1码元的时间长短为200ms,则每秒可传输5个码元,那么码元速率(波特率)就是5Bd。

  波特率(码元速率)并没有限定是何种进制的码元,所以给出波特率时必须说明这个码元的进制。对于M进制码元,比特率(信息速率)Rb与波特率(码元速率)RB的关系式为
  Rb=RB·lbM
  式中:lbM=log2M,表示M的以2为底的对数。显然,对于二进制码元,由于lb2=1,所以Rb=RB,即波特率与比特率在数值上相等,但单位不同,也即二者代表的意义不同。

  例如,波特率为600Bd,则在二进制时,比特率也为600bit/s;在四进制时,由于lb4=2,所以比特率为1200bit/s。可见,在一个码元中可以传送多个比特。


3. 数据传输率

  数据传输率(data transfer rate)又称数据传输速率、数据传送率。其定义是:通信线路(或系统)单位时间(每秒)内传输的字符个数;或者单位时间(每秒)内传输的码组(字块)数或比特数。其单位是字符/秒;或者码组/秒、比特/秒(可见,当数据传输率用“bit/s”作单位时,即等于比特率)。

  例如,在某计算机异步串行通信系统中,数据传输率为960字符/s,每个字符包括1个起始位、8个数据位、1个停止位,则对应的比特率为10×960位/s=9600位/s=9600bit/s;因为是二进制编码,所以对应的波特率也为9600Bd。

4.波特,码元,比特

  波特(Bd)是计量单位,用于量度调制解调器等设备每秒信号变化次数的多少,即表示每秒时间内通信线路状态改变的次数,而不代表传输数据的多少。“波特”一词源于一位法国人的名字——Baudot。他于1877年为法国电报系统开发了一种编码方案。如果每1次信号改变,调制解调器传送1bit(位)数据,那么该系统的比特率(信息速率)与波特率(码元速率)相同。但是采用编码技术后,能使1Bd(1次信号改变)表示2bit或更多的比特(位)。每波特表示2bit(位)称作双位编码,每波特表示3bit(位)称作三位编码。也就是说,1次电压(或电流)波形的变化可能包括了几位数据,因此,不能把波特率和比特率混为一谈;前者指电压(或电流)变化次数(变化量),后者指传输数据量的多少。

       码元(code cell)是携带信息的数字单位,是指在数字信道中传送数字信号的一个波形符号,也即“时间轴上的一个信号编码单元”。码元可能是二进制的,也可能是多进制的。

  比特(bit)是“信息量”的计量单位,1位二进制数所携带的信息量即为1bit(比特),例如,10010110是8位二进制数字,所携带的信息量为8bit。

### 通信速率的定义 通信速率通常用来描述数据在信道中的传输速度,主要包括波特率和比特率两个概念。波特率指的是单位时间内传送二进制数据的位数,其单位为bps (bits per second),它反映了信号变化的频率[^2]。而比特率则表示单位时间内实际传递的有效数据量,同样以bps作为单位[^1]。 ### 计算方法 对于给定条件下的串口通信系统,假设每帧由若干控制位(如起始位、停止位等)加上有效数据位组成,则可以通过以下方式分别计算波特率与比特率: #### 波特率 如果已知一秒内发送了多少个完整的帧Nframe/s,并知道每一帧总共有多少位BitsPerFrame,则波特率可按如下公式得出: \[ \text{Baud Rate} = N_{\text{frames}}/\text{s} * Bits_{\text{per frame}} \] 例如,在上述例子中提到的一秒钟传送出120个字符的情况下,由于每个字符对应着一个含有12位信息的帧结构(其中包括了1个起始位、8个数据位、1个校验位以及2个结束位),所以最终得到的结果就是 \(120*12=1440\) bps 或者说1440波特[^2]。 #### 比特率 当明确了单次调制能够代表几位二进制数值之后,就可以利用下面这个关系式来估算比特率: \[ BitRate=BaudRate\times Number\_of\_binary\_digits\_represented\_by\_each\_modulation \] 继续沿用前面那个实例分析的话,既然每次成功完成一次调制仅能表达出一位的信息内容;那么此时比特率就等于之前求得的那个波特率乘上比例因子\(8/12\) ,即\(1440*(8/12)\approx960\) bps[^2]。 下面是基于Python实现的一个简单函数用于演示如何依据输入参数自动计算相应的波特率和比特率: ```python def calculate_rates(frames_per_second, bits_per_frame, effective_data_bits): baud_rate = frames_per_second * bits_per_frame bit_rate = baud_rate * (effective_data_bits / bits_per_frame) return baud_rate, bit_rate # Example usage based on the provided example. frames_per_second_example = 120 total_bits_per_frame_example = 1 + 8 + 1 + 2 effective_data_bits_example = 8 baud_result, bitrate_result = calculate_rates( frames_per_second_example, total_bits_per_frame_example, effective_data_bits_example) print(f"Baud rate is {baud_result} bps.") print(f"Bitrate is approximately {round(bitrate_result)} bps.") ``` 问题
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