1.3 数据传输速率
数据传输速率是衡量系统传输能力的主要指标,通常可用调制速率、数据传信速率描述。
1.调制速率
调制速率反映信号波形变换的频繁程度,其定义是每秒传输信号码元(波形)的个数,又称符号速率、码元速率或波特率,记为NBd,单位为波特(baud)。
若一个信号码元的持续时间为 T (秒),则波特率NBd为
其中,T为码元宽带或码元持续时间长度。
例如,若 T=833×10-6秒,则调制速率NBd=1/T=1/(833×10-6)≈1 200baud。
图 1-3(a)所示为二电平信号码元,一个信号码元有两种状态,0 或 1;图 1-3(b)所示为四电平信号,一个码元有 4 种不同的状态,01、11、00 或10,因此每个信号码元可以是4种状态之一;图 1-3(c)所示为调频波,以 f1 表示代码“1”,f0表示代码“0”。
NBd=1/T (baud)
图1-3 数据信号举例
由此可见,对于调制速率,不论一个信号码元有多少状态,也不论一个信号码元用多少二进制代码表示,只计算一秒内所传输的信号码元(波形)的个数。这里的信号码元的持续时间长度 T 是信号码元中的最短时间长度。如图 1-3(a)所示的连续两个“1”代码,其信号正电压持续时间长度为2T,而不能以2T作为信号码元时间长度。
2.数据传信速率
数据传信速率是指每秒传输二进制码元的个数(或单位时间内传送的比特数),又称比特率,记为 R,单位为比特/秒(bit/s),有时用千比特/秒(kbit/s)、兆比特/秒(Mbit/s)、吉比特/秒(Gbit/s)等。它是反映传输速率的另一个指标。
比特一词是英文(binary digital)的缩写,在信息论中作为信息量的度量单位,其为最小的信息单位。在数字通信中习惯上用它来表征二进制代码中的位。在数据通信中,如果使用代码“1”或“0”的概率是相同的,则每个“1”或“0”含有 1bit 的信息量。因此传递了一个代码就相当于传递了1比特的信息,故数据传信速率又称信息传输速率。
根据实际需要,数据传信速率已形成国际标准系列,一般按 2n·150(bit/s)算式确定,式中 n 为整数。比如有 300bit/s、600bit/s、1 200bit/s、2 400bit/s……19 200bit/s 等速率,也有不按这一等式的速率,如14.4kbit/s、28.8kbit/s、33.6kbit/s、56kbit/s、64kbit/s等。
3.调制速率与传信速率的关系
以上所讲的调制速率和数据传信速率的物理意义是不同的,前者描述了单位时间内系统所传输的码元数,而后者说明系统在单位时间内所传输的信息量,两者具有不同的定义,不应混淆,但是它们之间有确定的关系。当数据信号是二进制脉冲(即二状态或二电平)时,调制速率和数据传信速率相同,当数据信号采用多进制(多电平制、多状态制)时,则两者的速率是不相同的。
例如,图1-3(b)与图1-3(a)相比,四进制中一个信号码元(T)包含2个代码。这样对于图 1-3(b)来说,它的调制速率 NBd=1/T=1/(833×10-6)≈1 200baud(当 T=833×10-6s),但它的传信速率R=2NBd=2 400bit/s(当T=833×10-6s)。
一般而言,对于四电平信号,需要 2 位二进制码元表示,可表示 22 种不同的状态, R=2NBd(bit/s)。对于八电平信号,需要 3 位二进制码元表示,可表示 23 种不同的状态, R=3NBd(bit/s)。以此类推,若一个信号波形有M个电平,则需要用log2M个二进制码元表示。调制速率与数据传信速率的关系为
R=NBd log2M (bit/s)
可见,在相同码元周期(T)的情况下,每个码元可以变化的状态数越多,传送的数据也越多。据此通常可用增加信号码元的可变状态数(M)来提高数据传信速率。但是信号码元的宽度 T 受到信道带宽的限制,码元的可变状态数的增加会引起接收方错误判决的增多,因此在一定信道的条件下数据传信速率不可以无限增加。