信号传输中的常识

由于专业要求，需要有信号传输方面的常识，这篇博文做点笔记，会不定时更新

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一、知识速提

• 1、波特（baud）可以被理解为一个设备在一秒钟内发送（或接收）了多少码元的数据，它是对符号传输速率的一种度量，表示单位时间内传输符号的个数（传符号率）。通过不同的调制方法可以在一个符号上负载多个比特信息。
• 2、比特率指每秒钟通过信道传输的信息量（也称为位传输速率），即每秒钟传送的二进制位数，用来表示有效数据的传输速率。
• 3、带宽表示通信线路所能传送数据的能力，最初是电磁波频带的宽度的意思。常用的单位是bps(bit per second)
• 4、载噪比（信噪比）是用来标示载波与载波噪音关系的标准测量尺度，通常记作CNR或者C/N(dB)。
• 5、信噪比与载噪比区别在于，载噪比中的已调信号的功率包括了传输信号的功率和调制载波的功率，而信噪比中仅包括传输信号的功率。

二、基础概念

1、波特

波特（Baud，单位符号：Bd）这一单位是以法国电讯工程师埃米尔·博多（英语：Émile Baudot）（1845-1903）的姓氏来命名的，他是数位通讯的先驱之一，是电传与博多式电报机的发明人。

在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率，其单位是波特（Baud,symbol/s），波特率是传输通道频宽的指标。“波特”（Baud）本身已是速率，所以不需要写成 Baud Rate（Rate是赘字）。单位“波特”本身就已经是代表每秒的调制数，以“波特每秒”为单位是一种常见的错误，但是在一般中文口语化的沟通上还是常以“波特率”来描述“波特”（Baud）。

波特率可以被理解为一个设备在一秒钟内发送（或接收）了多少码元的数据，它是对符号传输速率的一种度量，表示单位时间内传输符号的个数（传符号率）。通过不同的调制方法可以在一个符号上负载多个比特信息。在计算机网络通信中，波特率指单片机或计算机在串口通信时的速率，指的是信号被调制以后在单位时间内的变化，即单位时间内载波参数变化的次数模拟线路信号的速率，以波形每秒的振荡数来衡量。如果数据不压缩，波特率等于每秒钟传输的数据位数，如果数据进行了压缩，那么每秒钟传输的数据位数通常大于调制速率，使得交换使用波特和比特/秒偶尔会产生错误。

信息传输速率即比特率在数值上和波特率有这样的关系：
$I=S\cdot lo{g}_{2}N$

其中：I为传信率，S为波特率，N为每个符号承载的信息量，$lo{g}_{2}N$ 以比特为单位。

波特率与比特率的关系也可换算成：比特率=波特率*单个调制状态对应的二进制位数。如数据传送速率为240b/s，而每个字符格式包含10位（1个起始位，1个停止位，8个有效数据位），这时的波特率为240 baud (波特)，比特率(有效数据位的传送速率)为240*10=2400 bps(比特每秒)。(但是一般调制速率大于波特率，比如曼彻斯特编码）。

波特率与比特率的关系：

• 波特率（实际上应该叫波特）是单位时间内传输码元符号的个数（传符号率），通过不同的调制方法可以在一个码元上承载多个比特信息。而比特率bps(bit per second)是对信息传输速率（传信率）的度量。

• 比特率指每秒钟通过信道传输的信息量（也称为位传输速率），即每秒钟传送的二进制位数，用来表示有效数据的传输速率，用b/s 、bit/s、比特/秒，读作：比特每秒，常用的单位有每秒比特数bit/s(bps)、每秒千比特数(Kbps)或每秒兆比特数(Mbps)(此处K和M分别为1000和1000000，而不是涉及计算机存储器容量时的1024和1048576) 。

• 1波特即指每秒传输1个码元符号（通过不同的调制方式，可以在一个码元符号上负载多个bit位信息），1比特每秒是指每秒传输1比特（bit）。

• 波特率一般指的是调制解调器的通信速度即线路状态更改的次数。只有每个信号符合所传输数据的一位时，才等于每秒位数。为了在彼此之间通信，调制解调器必须使用相同的波特率进行操作。如果将调制解调器的波特率设置为高于其他的调制解调器的波特率，则较快的调制解调器通常要改变其波特率以匹配速度较慢的调制解调器。

• 严格来说，波特率一般不使用在通信传输领域。波特率描述的是单位时间内调制信号的能力，经它调制出来的信号才以比特的形式来传输，或者这样说，信号在传输过程中，如果要经过数模转换，就需要调制，那么传输时间除了消耗在其它领域外，还消耗在调制过程和在信道的传输过程，描述信号调制能力用波特率，描述信号传输能力用比特率。

2、带宽

带宽 应用的领域非常多，可以用来标识信号传输的数据传输能力、标识单位时间内通过链路的数据量、标识显示器的显示能力。在模拟信号系统又叫频宽，是指在固定的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。通常以每秒传送周期或赫兹(Hz)来表示。在数字设备中，带宽指单位时间能通过链路的数据量。通常以bps(bit per second)来表示，即每秒可传输之位数。

带宽一词最初指的是电磁波频带的宽度，也就是信号的最高频率与最低频率的差值。目前，它被更广泛地借用在数字通信中，用来描述网络或线路理论上传输数据的最高速率。这并不是它的学术定义，而是被引申地使用了。

• 总线带宽指的是总线在单位时间内可以传输的数据总量，等于总线位宽与工作频率的乘积。例如：对于64位、800MHz的前端总线，它的数据传输率就等于64bit×800×1000×1000Hz÷8(Byte)÷1024÷1024÷1024≈6.0GB/s
• 内存带宽指的是内存总线所能提供的数据传输能力。例如：DDR400内存的数据传输频率为400MHz，那么单条模组就拥有64bit×400×2（ddr是上下沿采集信号）×1000×1000Hz÷8(Byte)÷1024÷1024÷1024≈3.0GB/s的带宽。

一般来说，带宽是以 bit（比特）表示，而电信，联通，移动等运营商在推广的时候往往忽略了这个单位。正常换算情况如下：

• 1Mbit=128KB
• 2Mbit=256KB
  （以此类推）

而换算后的速度才是您真实上网的速度。也就是说，如果你从你的运营商开通的带宽是10M，那么代入计算公式，以上面换算的1M来计量则为：（1M=1024K）

• 1M/128K=1024/128=8
• 10/8=1.25M

也就是说你如果开通10M带宽，可以达到最高1.25M的速度。一般来说，一台计算机观看电影，玩游戏等，4M带宽足够。但是如果你需要经常下载大文件，建议还是使用更高带宽

带宽表示通信线路所能传送数据的能力时，意思为在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。对于带宽的概念，比较形象的一个比喻是高速公路。单位时间内能够在线路上传送的数据量，常用的单位是bps(bit per second)。计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特。

严格来说，数字网络的带宽应使用波特率来表示（baud），表示每秒的脉冲数。而比特是信息单位，由于数字设备使用二进制，则每位电平所承载的信息量是以2为底2的对数，如果是四进制，则是以2为底的4的对数，每位电平所承载的信息量为2。因此，在数值上，波特与比特是相同的。由于人们对这两个概念分的并不是很清楚，因此常使用比特率来表示速率，也正是用比特的人太多，所以比特率也就成了一个带宽事实的标准叫法了。

3、载噪比与信噪比

载噪比（信噪比）是用来标示载波与载波噪音关系的标准测量尺度，通常记作CNR或者C/N(dB)。高的载噪比可以提供更好的网络接收率、更好的网络通信质量以及更好的网络可靠率。载噪比中，载波的功率用Pc 表示，噪音的功率用Pn 表示。那么载噪比的分贝单位公式表示为：C/N = 10 lg(Pc/Pn)载噪比与信噪比相似为表示网络信道质量的尺度。但是信噪比通常在实际应用中使用。载噪比则用于卫星通讯系统中。最佳的天线排列可以得到最佳载噪比值。

在通信中，另一个常用的载噪比是C/no，单位是dBHz，计算公式为(C/N)*B，其中B为系统带宽，即为信号功率与噪声功率密度之比。

信噪比与载噪比区别在于，载噪比中的已调信号的功率包括了传输信号的功率和调制载波的功率，而信噪比中仅包括传输信号的功率。因此对同一个传输系统而言，载噪比要比信噪比大，两者之间相差一个载波功率。当然载波功率与传输信号功率相比通常都是很小的，因而载噪比与信噪比在数值上十分接近。在调制传输系统中，一般采用载噪比指标；而在基带传输系统中，一般采用信噪比指标。DVB广播传输系统属于调制传输系统，因此采用载噪比指标。载噪比代表了噪声干扰相对于调制信号而言的强弱程度。噪声干扰的绝对强弱是没有意义的，因为不同的传输系统的信号平均功率不同，而载噪比则直接反映出了调制信号与噪声干扰间的相对强弱关系。DVB传输系统最终的信息传输的可靠性能就是由载噪比决定的。

定义改善系数I为信噪比与载噪比的差值，即I=S/N－C/N