1. 數(shù)據(jù)傳輸速率

又稱比特率或數(shù)據(jù)帶寬，描述通信中每秒傳送數(shù)據(jù)代碼的比特數(shù)，單位是bps。這個很好理解，是“剛需”，每秒傳多少bit的數(shù)據(jù)。

2. 碼元（符號）

也可以叫符號（symbol）。通過不同的調(diào)制方式（諸如FSK、QAM等等），可以在一個碼元符號上負(fù)載多個bit位信息。舉個例子，下圖是4QAM（即QPSK）調(diào)制的全部四種碼元符號，一種符號可以帶兩個bit的信息。

3. 符號率

符號率也就是碼元速率，單位是Baud/s或sym/s，表示每秒傳輸碼元符號的數(shù)目。符號率也叫波特率或符碼率。符號率決定了通信效率，顯然一種調(diào)制方式符號狀態(tài)數(shù)（上例中4QAM是4種）越多，符號率數(shù)值越大，每秒可以傳更多的bit信息。顯然有

數(shù)據(jù)傳輸速率=符號率 x 一種符號所帶的bit數(shù)

我們平時常用的串口，根本就沒有任何調(diào)制，直接發(fā)的高低兩種電平代表1和0，也就是一個bit就是一個符號了，所以它的波特率就是傳輸速率。我們所說的串口波特率115200，就是這個設(shè)置下，傳輸速率可以到115200bit/s。

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說完了上面三個概念，就可以聊聊帶寬了。

帶寬實際上是個物理概念，它是指占用頻譜的寬度。設(shè)計一個通信系統(tǒng)，其實帶寬是一個被設(shè)計決定的量。明白這一點非常重要，一個系統(tǒng)，你打算支持多大的數(shù)據(jù)速率？采用什么調(diào)制方式？用什么編碼方式？等等綜合考慮了以后，這些指標(biāo)決定了你的信道需要多少帶寬。各種編碼方式（各種用途，校驗，糾錯等等，目的只有一個，提高傳輸?shù)目煽啃?#xff09;決定了你最終傳輸?shù)男畔⒖偭?#xff08;真正要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)+必要的其他信息），調(diào)制方式?jīng)Q定了最終傳輸這些數(shù)據(jù)的符號率。

那么問題來了，羅嗦了一堆，和帶寬到底什么關(guān)系？信道帶寬與數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系可以用香農(nóng)(Shanon)定理與奈奎斯特(Nyquist)準(zhǔn)則描述。

香農(nóng)定理：

(b/s) S為信道內(nèi)所傳信號的平均功率，N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率

也就是說如果信道如果沒有噪聲，信道支持的帶寬是無窮大，當(dāng)然實際上沒有噪聲是不可能的。

香農(nóng)定理給出了信道容量的理論上限，但是看起來有點玄幻，因為它看起來和波特率，碼率啥的都沒關(guān)系，而奈奎斯特準(zhǔn)則給出的它們的關(guān)系。

奈奎斯特準(zhǔn)則： 對于一個帶寬為W（Hz）的無噪聲低通信道，最高的碼元傳輸速率Bmax:

(Baud)，即每赫茲帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2個碼元。

根據(jù)之前Baud單位的定義，如果編碼方式的碼元狀態(tài)數(shù)為M，得出極限信息傳輸速率（信道容量）Cmax：

(b/s) （評論指出這個是低通情況下，但不影響理解）

奈奎斯特要告訴我們的是，每個碼元傳送bit確定的情況下，如果我這個信道只支持W(Hz)的帶寬，你最多每秒只能給我塞Cmax (bit)的信息，多了我就吃不消啦。反過來，在帶寬已知，在信道容量Cmax已經(jīng)被香農(nóng)定理確定的情況下，實際上奈奎斯特準(zhǔn)則給出了系統(tǒng)每個碼元最大傳送的bit數(shù)（就比如QAM數(shù)）。

回到上面那句話，帶寬是一個被設(shè)計決定的量。我要傳那么多的數(shù)據(jù)，信道的最大信噪比基本也能有一個預(yù)測值，你最起碼得給我搞一個滿足香農(nóng)定理的信道，帶寬少了不用說不行，多了浪費，要知道頻譜資源可是灰常灰常寶貴的。還有，你的RF電路，硬件設(shè)計，濾波器都得給我滿足這個帶寬，少了不行，多了帶寬外面的干擾信號也可能漏進來，抗干擾不行。

最后提一下載波。顧名思義，載波是信號調(diào)制與發(fā)射的載體，它只有一個中心頻率，和帶寬本身沒任何關(guān)系。比如11n協(xié)議規(guī)定可以工作在2G頻段，也可以工作在5G頻段，其他因素都一樣的。假定20M帶寬，工作在2G頻段的時候載波頻率是2.4GHz，那它實際占用的頻譜資源是2.390GHz-2.410GHz。工作在5G頻段的時候載波頻率是5GHz，那它實際占用的頻譜資源是4.990GHz-5.010GHz。

本文末尾以這個鏈接里我的回答無線通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)帶寬、載波頻率和載波帶寬的關(guān)系怎樣理解？作為結(jié)尾。為啥信號會占用帶寬，這實在是很基礎(chǔ)的，因為數(shù)字信號（不就是非周期像方波一樣的嘛）傅里葉變換之后占的頻譜實際上是無窮寬的。

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為什么說載波頻率越高 帶寬越大。是因為高頻段的頻譜資源空白較多，可用上大帶寬。低頻段頻譜資源被占用殆盡，所以只能往高頻跑。

可以從碼間干擾ISI的角度去解釋一下，比如碼間干擾限制了速率，而帶寬又決定了碼間干擾，所以帶寬限制了速率。

正是因為通信信道的最大傳輸速率與信道帶寬之間存在明確關(guān)系，所以人們通常用“帶寬”去取代“速率”。

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來源 https://www.cnblogs.com/xianghang123/archive/2012/07/03/2575170.html

【帶寬W】

??? 帶寬，又叫頻寬，是數(shù)據(jù)的傳輸能力，指單位時間內(nèi)能夠傳輸?shù)谋忍財?shù)。高帶寬意味著高能力。數(shù)字設(shè)備中帶寬用bps（b/s）表示，即每秒最高可以傳輸?shù)奈粩?shù)。模擬設(shè)備中帶寬用Hz表示，即每秒傳送的信號周期數(shù)。通常描述帶寬時省略單位，如10M實質(zhì)是10M b/s。帶寬計算公式為：帶寬=時鐘頻率*總線位數(shù)/8。電子學(xué)上的帶寬則指電路可以保持穩(wěn)定工作的頻率范圍。

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【數(shù)據(jù)傳輸速率Rb】

??? 數(shù)據(jù)傳輸速率，又稱比特率，指每秒鐘實際傳輸?shù)谋忍財?shù)，是信息傳輸速率（傳信率）的度量。單位為“比特每秒（bps）”。其計算公式為S=1/T。T為傳輸1比特數(shù)據(jù)所花的時間。

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【波特率RB】

??? 波特率，又稱調(diào)制速率、傳符號率（符號又稱單位碼元），指單位時間內(nèi)載波參數(shù)變化的次數(shù)，可以以波形每秒的振蕩數(shù)來衡量，是信號傳輸速率的度量。單位為“波特每秒（Bps）”，不同的調(diào)制方法可以在一個碼元上負(fù)載多個比特信息，所以它與比特率是不同的概念。

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【碼元速率和信息速率的關(guān)系】

??? 碼元速率和信息速率的關(guān)系式為： Rb=RB*log2 N。其中，N為進制數(shù)。對于二進制的信號，碼元速率和信息速率在數(shù)值上是相等的。

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【奈奎斯特定律】

??? 奈奎斯特定律描述了無噪聲信道的極限速率與信道帶寬的關(guān)系。

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??? 1924年，奈奎斯特（Nyquist）推導(dǎo)出理想低通信道下的最高碼元傳輸速率公式：理想低通信道下的最高RB = 2W Baud。其中，W為理想低通信道的帶寬，單位是赫茲（Hz），即每赫茲帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2個碼元。對于理想帶通信道的最高碼元傳輸速率則是：理想帶通信道的最高RB= W Baud，即每赫茲帶寬的理想帶通信道的最高碼元傳輸速率是每秒1個碼元。

??? 符號率與信道帶寬的確切關(guān)系為：

??? RB=W(1+α)。

??? 其中， 1/1+α為頻道利用率，α為低通濾波器的滾降系數(shù)，α取值為0時，頻帶利用率最高，但此時因波形“拖尾”而易造成碼間干擾。它的取值一般不小于0.15，以調(diào)解頻帶利用率和波形“拖尾”之間的矛盾。

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??? 奈奎斯特定律描述的是無噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率（或碼元速率）與信道帶寬之間的關(guān)系。

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【香農(nóng)定理】

??? 香農(nóng)定理是在研究信號經(jīng)過一段距離后如何衰減以及一個給定信號能加載多少數(shù)據(jù)后得到了一個著名的公式，它描述有限帶寬、有隨機熱噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率（或碼元速率）與信道帶寬、信噪比（信號噪聲功率比）之間的關(guān)系，以比特每秒（bps）的形式給出一個鏈路速度的上限。

??? 香農(nóng)定理指出：在有隨機熱噪聲的信道上傳輸數(shù)據(jù)信號時，數(shù)據(jù)傳輸速率Rb與信道帶寬W、信噪比S/N的關(guān)系為：

??? Rb＝W*log2(1+S/N)。

??? 其中，Rb是可得到的鏈路速度，W是鏈路的帶寬，S是平均信號功率，N是平均噪聲功率，信噪比（S/N）通常用分貝（dB）表示，而分貝數(shù)=10×lg（S/N）。

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??? 香農(nóng)定理應(yīng)用舉例：

??? 通常，支持音頻電話連接的頻率范圍為300Hz到3300Hz，則B=3300Hz－300Hz=3000Hz，而一般鏈路典型的信噪比是30dB，即S/N=1000，因此我們有R=3000×log2（1001），近似等于30Kbps，是28.8Kbps調(diào)制解調(diào)器的極限，因此如果電話網(wǎng)絡(luò)的信噪比沒有改善或不使用壓縮方法，調(diào)制解調(diào)器將達(dá)不到更高的速率。

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============== End

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的数据速率、载波频率和带宽的关系的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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