比特率、波特率、数据传输率、采样率的概念 (抽样频率与比特率的关系)

在通信中经常会遇到几个概念,比特率、波特率、数据传输率、采样率等,总结如下:
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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)。 所以它的单位在不同的应用中是不同的。
  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。
可见,在我们平时用的串口通信中,波特率是9600Bd,其实比特率也是9600bps,因为默认就是2进制,波特率和比特率就是M进制的差别。

4、采样率

实际中,要处理的为模拟信号,想要在数字系统中处理必须为数字信号,即采用抽样、量化、编码的处理方案。处理的第一步为抽样,即模数转换。以电话为例,每秒3000次取样,每个取样是7比特,那么电话的比特率是21000。而CD是每秒44100次取样,两个声道,每个取样是13位PCM编码,所以CD的比特率是44100213=1146600,这个参数也被称为数据带宽,它和ADSL中的带宽是一个概念。将码率除以8,就可以得到这个它的数据速率,1146600/8=143325,也就是说CD每秒的数据量大约是144KB,而一张CD的容量是74分等于4440秒,就是639360KB=640MB。即刚好为一张cd的容量。

5、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。

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