编码、速率与带宽的关系.doc

编码、速率和带宽三者的关系1. 前言 众多的电信初学者也许都会碰到一个问题，那就是在描述数字通信的传输特性时，不知是用速率还是用带宽来描述更为确切。由于不知此两个参数的内涵和内在联系，经常把带宽当速率，把速率当带宽。在表述上始终比较混乱，本人从事电信业培训多年，想就这个简单却关键的问题加以论述与总结。2. 媒介带宽的描述 众所周知，数字信号是通过物理信道即媒介进行传输的，一旦某一物理信道确定。其所有的物理特性也就随之而定。描述媒介物理特性的一个重要参数就是带宽，也就是说，带宽是描述媒介物理特性的一个参数。单位用HZ表示。而带宽受媒介的物理材料，加工性能以及长度等因素影响。一旦某传输媒介的制作材料、加工特性传和输距离等因素确定以后，信道带宽也就随之确定。一般认为，信道带宽是一个常数。3. 传输带宽与速率的描述 在数字通信中，总是有信源和信宿，信源就是产生数据流的相应数据终端设备，信宿是接收信息的数字设备。信源产生的数据流通过媒介传到信宿，从而完成整个数据传输。在整个数据的传输过程中，数据流的传输不管是在数据终端还是在媒介，都可以用速率来加以描述。所以速率是描述数据流的一个重要参数，单位用BPS表示。具有一定传输速率的数字信号，它有一定的传输带宽，也就是一个确定速率的数据流对媒介带宽的基本要求。数字信号的有效传输要求传输带宽必须小于媒介所提供的物理信道带宽。在数字通信中，传输速率越高，其传输带宽也就越大，从而对媒介的要求也就越高。4. 编码的描述 数字通信过程中的一个重要环节就是编码，编码的其中一个重要目的就是尽量压缩线路信号的传输带宽，以便提高发送信码的速率，当然由于考虑到同步、抗干扰、特性匹配等因素，编码在降低传输带宽方面的效率不一定很高，下面总结几种常用编码方式加以描述。1. AMI码 AMI码即传号交替反转码，属于“1B1T”码（即将1位二进码（BINARY）变换为1位三进码（TERNARY），其编码规则是：二进信码“1”交替用“+1”或“-1”电平表示，二进信码“0”则用“0”电平表示，根据编码规则可知：AMI码由于采用1：1编码方式，在改进信码传输速率方面没有任何改进。2. HDB3码 HDB3码是AMI码的改进型，在码流出现连“0”个数超过3个时，插入“V”码，以便于同步，由于插入“V”码，码流经编后传输速率略有提高，即传输带宽略有加大。3. 差分双相码 这是一种双极性两电平码，属于“1B2B”码，（即将1位二进码（BINARY）变换为2位二进码（BINARY），其编码规则是：二进位码“1”用“+1-1”或“-1+1”组合电平表示，二进位码“0”则用“+1+1”或“-1-1”组合表示，根据编码规则可知，此类编码方式的信码传输速率是原来的1.5倍，从而增加了信码传输带宽，对信道带宽要求就相应增加。4. 3B2T码 3B3T码是用2位三进制（TERNARY）码组，表示3位二进制（BINARY）码组，3位二进码组共有8种组合，2位三进码组共有9种组合，因此只需在2位三进码组的所有9种组合中，任选8种就够用了，其具体关系是：000棗-1-1，001棗-10，010棗-1+1，011棗0+1，100棗0-1，101棗+1-1，110棗+10，111棗+1+1。根据以上编码不难看出，此类编码方式在信码传输速率方面降低了2/3，从而减少了信码传输带宽，对信道带宽要求就相应减少。（5）2B1Q码2B1Q码是用1位四进制（QUARTERNARY）码组，表示2位二进（BINARY）码组，1位四进码有四个不同电平，正好可以一一对不对应地表示2位二进码组的4种不同组合，对应关系是：00棗-2，01棗-1，10棗+1，11棗+2，根据编码可知，在信码传输速率方面降低了一半，2B1Q码的速率是最低的，在减少传输带宽方面效率最高。5. 内在联系 通过以上的分析我们不难得出结论：一个数字终端产生的原始信号经编码后送到媒介传输，其相应传输特性和对媒介的要求都要发生变化，一般可以认为，原始码流经编码后，其传输速率发生了变化，传输带宽也就跟着发生变化，从而对媒介的带宽要求也就不一样，在媒介带宽一定的情况下，为了能传输更高速率的数据流，我们就要设法通过编码方式降低传输速率，减少传输带宽，从而减轻对媒介的要求。数据传输速率的定义 数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一。数据传输速率在数值上等于每秒种传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒(bit/second)，记作bps。对于二进制数据，数据传输速率为： S=1/T(bps) 其中，T为发送每一比特所需要的时间。例如，如果在通信信道上发送一比特0、1信号所需要的时间是0.001ms，那么信道的数据传输速率为1 000 000bps。 在实际应用中，常用的数据传输速率单位有：kbps、Mbps和Gbps。其中： 1kbps103bps 1Mbps106kbps 1Gbps109bps 带宽与数据传输速率 在现代网络技术中，人们总是以“带宽”来表示信道的数据传输速率，“带宽”与“速率”几乎成了同义词。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：如果间隔为/(=2f),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Rmax与通信信道带宽B（B=f,单位Hz)的关系可以写为： Rmax2.f(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。 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： RmaxB.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/N1000。若带宽B=3000Hz，则Rmax30kbps。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0kbps的速率传输数据。 因此通信信道最大传输速率与信道带宽之间存在着明确的关系，所以人们可以用“带宽”去取代“速率”。例如，人们常把网络的“高数据传输速率”用网络的“高带宽”去表述。因此“带宽”与“速率”在网络技术的讨论中几乎成了同义词。带宽，传输速度单位换算位/比特（bit）：内存中最小的单位，二进制数序列中的一个0或一个1就是一比比特， 1?X$fC p+FMU QD01 Byte8bit（位）。 ja%ORS#H| Q01KB1024Byte（字节）wOe+m-cPpX01 MB1024KB。 SupeSite/X-Space官方站w0Gk;Ys1GB1024MB。 SupeSite/X-Space官方站U7(/JWth VTB、Tera byte：1TB1024GB。 &Ec&S7h0J 01比特 = 一个二进制位，只有0和1两种状态SXtH01字节 = 8 比特dm:NO;D-u0ei01k字节 = 1024字节（字节英文为byte，注意与bit区分）9Y&m9q*g(BY01M字节= 1024k字节SupeSite/X-Space官方站g(TNBk &w0BSupeSite/X-Space官方站&AWUl*R SupeSite/X-Space官方站j MQISx3G(Aobps：位/每秒，通常对于串行总线设备使用bps为单位，如串口，USB口，以太网总线等。 SupeSite/X-Space官方站6DdwSX.AEvBps：字节/每秒，通常对于并行总线设备使用Bps为单位，如并口，IDE硬盘等。 SupeSite/X-Space官方站&uT.j1sYn5ISupeSite/X-Space官方站&_U8w1b6a b (_0网络技术中的 10M 带宽指的是以位计算, 就是 10M bit /秒 ,而下载时的速度看到的是 以 字节（Byte）计算的,所以 10M 带宽换算成字节 理论上最快下载速度为: 1.25 M Byte/秒!U.nz kg|5-L0 SupeSite/X-Space官方站Y W rv;S6_0w 在计算机/通讯行业中,计算数据传送速度也使用十进制来衡量。SupeSite/X-Space官方站Fi At-?!$kgf$M*AGox4 YCZa0在数据存储容量计算中，一般采用二进制来衡量。1MB=1024K=1024*1024B。6su0_#tIrN Pz?0 SupeSite/X-Space官方站aE2cML9MMg 根据进制规定，传送速度可以有两种表示方法 bps 和 Bps,但是他们是有严格区别。Bps中的%2u!T0T9K0B使用的是二进制系统中的Byte字节 ,bps中的b是十进制系统中的位元。在我们常说的56K拨T/EeA;p#Lx,U+Gu0 SupeSite/X-Space官方站-E!i%h+f#ZGMq| 号，100M局域网都是bps计量，当用于软件下在时，下载工具一般又以Bps计算，所以它们之间有8bit=1Byte的换算关系。那么56Kbps拨号极限下载速度是56Kbps/8=7KBps，即每秒下载7K字节。2H8qK4M6k%3x0 fjx0nFY+mEV0在操作系统中，硬盘容量的单位GB、MB和KB之间进制是1024。而硬盘生产商，通常按照1GB1000MB，1MB1000KB来计算硬盘的容量。 Gs:e:YX S0单位换算100M100*1024*1024个字节 计算机存储信息的最小单位，称之为位（bit，又称比特）