1. 首先弄清基本概念:数字通信中的数据传输速率、波特率、符号率
在数字通信中的数据传输速率与调制速率是两个容易混淆的概念。数据传输速率(又称码率、比特率或数据带宽)描述通信中每秒传送数据代码的比特数,单位是bps。
当要将数据进行远距离传送时,往往是将数据通过调制解调技术进行传送的,即将数据信号先调制在载波上传送,如QPSK、各种QAM调制等,在接收端再通过 解调得到数据信号。数据信号在对载波调制过程中会使载波的各种参数产生变化(幅度变化、相位变化、频率变化、载波的有或无等,视调制方式而定),波特率是 描述数据信号对模拟载波调制过程中,载波每秒中变化的数值,又称为调制速率,波特率又称符号率。在数据调制中,数据是由符号组成的,随着采用的调制技术的 不同,调制符号所映射的比特数也不同。符号又称单位码元,它是一个单元传送周期内的数据信息。如果一个单位码元对应二个比特数(一个二进制数有两种状态0 和1,所以为二个比特)的数据信息,那么符号率等于比特率;如果一个单位码元对应多个比特数的数据信息(m个),则称单位码元为多进制码元。此时比特率与 符号率的关系是:比特率=符号率*log2 m,比如QPSK调制是四相位码,它的一个单位码元对应四个比特数据信息,即m=4,则比特率=2*符号率,这里“log2 m”又称为频带利用率,单位是:bps/hz。
另外已调信号传输时,符号率(SR)和传输带宽(BW)的关系是:BW=SR(1+α),α是低通滤波器的滚降系数,当它的取值为0时,它的矩型系数最 好,占用的带宽最小,但很难实现;当它的取值为1时,带外特性呈平坦特性,占用的带宽最大是为0时的两倍;为此它的取值一般不小于0.15。例如,在数字 电视系统,当α=0.16时,一个模拟频道的带宽为8M,那么其符号率=8/(1+0.16)=6.896Mbps。如果采用64QAM调制方式,那么其比特率=6.896*log2 64=6.896*6=41.376Mbps 。
码元传输速率RB简称传码率,它表示单位时间内传输码元的数目,单位是波特(Baud),记为B,它与进制数无关,只与传输的码元长度T有关。例如,若1秒内传2400个码元,则传码率为2400B。
信息传输速率Rb又称比特率等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数,单位是比特/秒,可记为bit/s ,或 b/s ,或bps。 每个码元或符号通常都含有一定bit数的信息量,因此码元速率和信息速率有确定的关系,即Rb=RB log2 M (b/s) 式中,M为符号的进制数。例如码元速率为1200B,采用八进制(M=8)时,信息速率为3600b/s;采用二进制(M=2)时, 信息速率为1200b/s,可见,二进制的码元速率和信息速率在数量上相等,有时简称它们为数码率。
2. 带宽和速率关系:
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:如果时间间隔为π/ω(ω=2πf ==> 2f = w/π),通过理想通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=2f(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,多进制的话速率可增加N倍。
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30kbps的速率传输数据