通訊常識：傳輸速率、資料轉送速率與頻寬的相互關係

好久不接觸通訊知識，差點忘本了~~必須抓緊記錄一下。

原文：http://blog.sina.com.cn/s/blog_4766cef30100ugk7.html

 

 

【頻寬W】

    頻寬，又叫頻寬，是資料的傳輸能力，指單位時間內能夠傳輸的位元數。高頻寬意味著高能力。數字裝置中頻寬用bps（b/s）表示，即每秒最高可以傳輸的位元。類比裝置中頻寬用Hz表示，即每秒傳送的訊號周期數。通常描述頻寬時省略單位，如10M實質是10M b/s。頻寬計算公式為：頻寬=時鐘頻率*匯流排位元/8。電子學上的頻寬則指電路可以保持穩定工作的頻率範圍。

 

【資料轉送速率Rb】

    資料轉送速率，又稱位元速率，指每秒鐘實際傳輸的位元數，是資訊傳輸速率（傳信率）的度量。單位為“位元每秒（bps）”。其計算公式為S=1/T。T為傳輸1位元資料所花的時間。

 

【傳輸速率RB】

    傳輸速率，又稱調製速率、傳符號率（符號又稱單位碼元），指單位時間內載波參數變化的次數，可以以波形每秒的振蕩數來衡量，是訊號傳輸速率的度量。單位為“傳輸速率每秒（Bps）”，不同的調製方法可以在一個碼元上負載多個位元資訊，所以它與位元速率是不同的概念。

 

【碼元速率和資訊速率的關係】

    碼元速率和資訊速率的關係式為： Rb=RB*log2 N。其中，N為進位數。對於二進位的訊號，碼元速率和資訊速率在數值上是相等的。

 

【奈奎斯特定律】

    奈奎斯特定律描述了無雜訊通道的極限速率與通道頻寬的關係。

   

    1924年，奈奎斯特（Nyquist）推匯出理想低通訊道下的最高碼元傳輸速率公式：理想低通訊道下的最高RB = 2W Baud。其中，W為理想低通訊道的頻寬，單位是赫茲（Hz），即每赫茲頻寬的理想低通訊道的最高碼元傳輸速率是每秒2個碼元。對於理想帶通通道的最高碼元傳輸速率則是：理想帶通訊道的最高RB= W Baud，即每赫茲頻寬的理想帶通訊道的最高碼元傳輸速率是每秒1個碼元。

    符號率與通道頻寬的確切關係為：

    RB=W(1+α)。

    其中， 1/1+α為頻道利用率，α為低通濾波器的滾降係數，α取值為0時，頻帶利用率最高，但此時因波形“拖尾”而易造成碼間幹擾。它的取值一般不小於0.15，以調解頻帶利用率和波形“拖尾”之間的矛盾。

   

    奈奎斯特定律描述的是無雜訊通道的最大資料轉送速率（或碼元速率）與通道頻寬之間的關係。

 

【香農定理】

    香農定理是在研究訊號經過一段距離後如何衰減以及一個給定訊號能載入多少資料後得到了一個著名的公式，它描述有限頻寬、有隨機熱雜訊通道的最大資料轉送速率（或碼元速率）與通道頻寬、信噪比（訊號雜訊功率比）之間的關係，以位元每秒（bps）的形式給出一個鏈路速度的上限。

    香農定理指出：在有隨機熱雜訊的通道上傳輸資料訊號時，資料轉送速率Rb與通道頻寬W、信噪比S/N的關係為：

    Rb＝W*log2(1+S/N)。

    其中，Rb是可得到的鏈路速度，W是鏈路的頻寬，S是平均訊號功率，N是平均雜訊功率，信噪比（S/N）通常用分貝（dB）表示，而分貝數=10×lg（S/N）。

 

    香農定理應用舉例：

    通常，支援音頻電話串連的頻率範圍為300Hz到3300Hz，則B=3300Hz－300Hz=3000Hz，而一般鏈路典型的信噪比是30dB，即S/N=1000，因此我們有R=3000×log2（1001），近似等於30Kbps，是28.8Kbps數據機的極限，因，此如果電話網路的信噪比沒有改善或不使用壓縮方法，數據機將達不到更高的速率。

 

    正是因為通訊通道的最大傳輸速率與通道頻寬之間存在明確關係，所以人們通常用“頻寬”去取代“速率”。