比特率 波特率 帶寬與容量


  奈奎斯特定理(Nyquist's Theorem)和香農定理(Shannon's Theorem)是網絡傳輸中的兩個基本定理。
  要搞清楚這兩個定理,我們要先弄懂一些定義:波特率(baud rate)、比特率(bit rate)、帶寬(bandwidth)、容量(capacity)。 
  前兩個是很容易混淆的定義,波特率指的是信號每秒鍾信號電平變化的次數,單位是Hz:比如一個信號在一秒鍾內信號電平發生了365次變化,那么這個信號的波特率就是365Hz;比特率是信號每秒鍾傳輸的數據的位數,我們知道在計算機中,數據都是用0,1表示的,所以比特率也就是每秒鍾傳輸0和1的個數,單位是bps(bit per second)。那么這哥倆有啥關系呢?我們可以假設一個信號只有兩個電平狀態,那么這個時候可以把低電平理解為“0”,高電平理解為“1”,這樣每秒鍾電平變化的次數也就是傳輸的0,1個數了,即比特率 = 波特率。但是有些信號可能不止兩個電平,比如一個四電平的信號狀態,那么每個電平就可以被理解成“00”,“01”,“10”,“11”,這樣每次電平變化就能傳輸兩位的數據了,即比特率 = 2 × 波特率。一般的,bit rate = buad rate × log2L,這里L=4就是信號電平狀態的個數。 
  我們再來看看帶寬和容量的概念。一般信道都有一個最高的信號頻率(注意不是波特率哦,頻率是指每秒鍾的周期數,而每個周期都會有幾次電平變化。。恩,看到區別了吧)和最低的信號頻率,只有在這兩個頻率之間的信號才能通過這個信道,這兩個頻率的差值就叫做這個信道的帶寬,單位是Hz。信道的容量又是怎么回事呢?我們知道數據在信道中傳輸會有他們的速度——比特率,這里面最高的比特率就叫做這個信道的容量,單位是bps。就好象每條公路都有他們的最高限速,那么所有在里面開的車都不會超過這個速度(這里我們假設違章的都被警察叔叔抓走了)。口語中也會把信道容量叫做“帶寬”的,比如“帶寬10M的網絡”,“網絡帶寬是10M”等等。所以這兩個概念也很容易混淆:我們平常所說的“帶寬”不是帶寬,而是信道容量,這一點心里要清楚(雖然口頭上是改不掉了。。) 

  介紹完定義,再來看看這兩個定理說什么。 奈奎斯特定理: Cmax=2×B×log2L 
這里Cmax指的是信道的最大容量,B是信道的帶寬,L還是信號電平狀態個數 奈奎斯特定理適用的情況是無噪聲信道,用來計算理論值。一根針掉在地上還有聲音呢,沒有噪聲的信道在現實中是不存在的。那么有噪聲的信道該如何計算呢?這下輪到香農定理出馬了: 
Cmax=B×log2(1+(S/N)) 
S/N指的是信道的信噪比,但是我們一般測量出來的以db為單位的是經過10×log10(S/N)換算的,所以這里還要換算回來才行。 

 


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