通信原理基础知识整理

通信常识：波特率、数据传输速率与带宽的相互关系

【带宽W】带宽，又叫频宽，是数据的传输能力，指单位时间内能够传输的比特数。高带宽意味着高能力。数字设备中带宽用（）表示，即每秒最高可以传输的位数。模拟设备中带宽用表示，即每秒传送的信号周期数。通常描述带宽时省略单位，如10M实质是10M。带宽计算公式为：带宽=时钟频率*总线位数/8 。电子学上的带宽则指电路可以保持稳定工作的频率范围。

【数据传输速率】数据传输速率，又称比特率，指每秒钟实际传输的比特数，是信息传输速率（传信率）的度量。单位为“比特每秒（）”。其计算公式为1 。T 为传输1 比特数据所花的时间。

【波特率】

波特率，又称调制速率、传符号率（符号又称单位码元），指单位时间内载波参数变化的次数，可以以波形每秒的振荡数来衡量，是信号传输速率的度量。单位为“波特每秒（）”，不同的调制方法可以在一个码元上负载多个比特信息，所以它与比特率是不同的概念。

【码元速率和信息速率的关系】

码元速率和信息速率的关系式为：*2 N。其中，N为进制

数。对于二进制的信号，码元速率和信息速率在数值上是相等的。

【奈奎斯特定律】奈奎斯特定律描述了无噪声信道的极限速率与信道带宽的关系。

1924 年，奈奎斯特（）推导出理想低通信道下的最高码元传

输速率公式：理想低通信道下的最高=2W。其中，W为理想低

通信道的带宽，单位是赫兹（），即每赫兹带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2 个码元。对于理想带通信道的最高码元传输速率则是：理想带通信道的最高W ，即每赫兹带宽的理想带通信道的最高码元传输速率是每秒 1 个码元。

符号率与信道带宽的确切关系为：

（1+ a ）。

其中，1/1+ a为频道利用率，a为低通滤波器的滚降系数，

a取值为0时，频带利用率最高，但此时因波形“拖尾”而易造成码间干扰。它的取值一般不小于0.15，以调解频带利用率和波形“拖尾”之间的矛盾。

奈奎斯特定律描述的是无噪声信道的最大数据传输速率（或

码元速率）与信道带宽之间的关系。

【香农定理】香农定理是在研究信号经过一段距离后如何衰减以及一个给

定信号能加载多少数据后得到了一个著名的公式，它描述有限带宽、有随机热噪声信道的最大数据传输速率（或码元速率）与信道带宽、信噪比（信号噪声功率比）之间的关系，以比特每秒（）的形式给出一个链路速度的上限。

香农定理指出：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，

数据传输速率与信道带宽W信噪比的关系为：

=W*2（1）。

其中，是可得到的链路速度，W是链路的带宽，S是平均信

号功率，N 是平均噪声功率，信噪比（）通常用分贝（）表示，而分贝数=10X（）。

香农定理应用举例：

通常，支持音频电话连接的频率范围为300 到3300，则3300 －3003000，而一般链路典型的信噪比是30，即1000，因此我们有3000X 2 （1001），近似等于30，是28.8 调制解调器的极限，因，此如果电话网络的信噪比没有改善或不使用压缩方法，调制解调器将达不到更高的速率。

正是因为通信信道的最大传输速率与信道带宽之间存在明

确关系，所以人们通常用“带宽”去取代“速率”

带宽、速率和码元宽度问题首先要清楚带宽和速率的关系：信道带宽与

数据传输速率的关系可以奈奎斯特() 准则与香农() 定律描述。

奈奎斯特准则指出：如果间隔为n /宀(宀=2 n f),通过理想通信

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与通信信道带宽B( , 单位)的关系可以写为：=2()，对于二进制数据若信道带宽

3000，则最大数据传输速率为6000。

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，数据传输速率与信道带宽B信

噪比的关系为：=2(1)式中，单位为，带宽B单位为，信噪比

通常以(分贝)数表示。若30(), 那么信噪比根据公式：()=10() 可得，=1000。若带宽3000,则〜30。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3000 的通信信道，信噪比在30 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0 的速率传输数据。

另外在弄清楚速率和码元宽度的关系：码元传输速率简称传码率，又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（），记

为B。例如，若1 秒内传2400 个码元，则传码率为2400B。

数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度T 有关: 信息传输速率简称传信率，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，或，或。

每个码元或符号通常都含有一定数的信息量，因此码元速率和信息速率有确定的关系，即2 M （）

式中，M为符号的进制数。例如码元速率为1200B,采用八进制

（8）时，信息速率为3600；采用二进制（2）时，信息速率为1200，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。

码元、波特率、比特率、电平、频道带宽等概念的理解

码元:

在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字。这样的时间间隔内的信号称为二进制码元，而这个间隔被称为码元长度。

符号：

即用于表示某数字码型[ 据位数不同，对应不同的键控调制方式] 的一定相位或幅度值的一段正弦载波[其长度即符号长度] 。符号速率即载波信号的参数（如相位）转换速率，实际上是载波状态的变化速率。符号率越高，响应的传输速率也越高，但信号中包含的频谱成分越高，占用的