1.3 數據傳輸速率

數據傳輸速率是衡量系統傳輸能力的主要指標，通常可用調制速率、數據傳信速率描述。

1.調制速率

調制速率反映信號波形變換的頻繁程度，其定義是每秒傳輸信號碼元（波形）的個數，又稱符號速率、碼元速率或波特率，記為NBd，單位為波特（baud）。

若一個信號碼元的持續時間為 T （秒），則波特率NBd為

其中，T為碼元寬帶或碼元持續時間長度。

例如，若 T=833×10-6秒，則調制速率NBd=1/T=1/(833×10-6)≈1 200baud。

圖 1-3（a）所示為二電平信號碼元，一個信號碼元有兩種狀態，0 或 1；圖 1-3（b）所示為四電平信號，一個碼元有 4 種不同的狀態，01、11、00 或10，因此每個信號碼元可以是4種狀態之一；圖 1-3（c）所示為調頻波，以 f1 表示代碼“1”，f0表示代碼“0”。

NBd=1/T （baud）

由此可見，對于調制速率，不論一個信號碼元有多少狀態，也不論一個信號碼元用多少二進制代碼表示，只計算一秒內所傳輸的信號碼元（波形）的個數。這里的信號碼元的持續時間長度 T 是信號碼元中的最短時間長度。如圖 1-3（a）所示的連續兩個“1”代碼，其信號正電壓持續時間長度為2T，而不能以2T作為信號碼元時間長度。

2.數據傳信速率

數據傳信速率是指每秒傳輸二進制碼元的個數（或單位時間內傳送的比特數），又稱比特率，記為 R，單位為比特/秒（bit/s），有時用千比特/秒（kbit/s）、兆比特/秒（Mbit/s）、吉比特/秒（Gbit/s）等。它是反映傳輸速率的另一個指標。

比特一詞是英文（binary digital）的縮寫，在信息論中作為信息量的度量單位，其為最小的信息單位。在數字通信中習慣上用它來表征二進制代碼中的位。在數據通信中，如果使用代碼“1”或“0”的概率是相同的，則每個“1”或“0”含有 1bit 的信息量。因此傳遞了一個代碼就相當于傳遞了1比特的信息，故數據傳信速率又稱信息傳輸速率。

根據實際需要，數據傳信速率已形成國際標準系列，一般按 2n·150（bit/s）算式確定，式中 n 為整數。比如有 300bit/s、600bit/s、1 200bit/s、2 400bit/s……19 200bit/s 等速率，也有不按這一等式的速率，如14.4kbit/s、28.8kbit/s、33.6kbit/s、56kbit/s、64kbit/s等。

3.調制速率與傳信速率的關系

以上所講的調制速率和數據傳信速率的物理意義是不同的，前者描述了單位時間內系統所傳輸的碼元數，而后者說明系統在單位時間內所傳輸的信息量，兩者具有不同的定義，不應混淆，但是它們之間有確定的關系。當數據信號是二進制脈沖（即二狀態或二電平）時，調制速率和數據傳信速率相同，當數據信號采用多進制（多電平制、多狀態制）時，則兩者的速率是不相同的。

例如，圖1-3（b）與圖1-3（a）相比，四進制中一個信號碼元（T）包含2個代碼。這樣對于圖 1-3（b）來說，它的調制速率 NBd=1/T=1/(833×10-6)≈1 200baud（當 T=833×10-6s），但它的傳信速率R=2NBd=2 400bit/s（當T=833×10-6s）。

一般而言，對于四電平信號，需要 2 位二進制碼元表示，可表示 22 種不同的狀態， R=2NBd（bit/s）。對于八電平信號，需要 3 位二進制碼元表示，可表示 23 種不同的狀態， R=3NBd（bit/s）。以此類推，若一個信號波形有M個電平，則需要用log2M個二進制碼元表示。調制速率與數據傳信速率的關系為

R=NBd log2M （bit/s）

可見，在相同碼元周期（T）的情況下，每個碼元可以變化的狀態數越多，傳送的數據也越多。據此通常可用增加信號碼元的可變狀態數（M）來提高數據傳信速率。但是信號碼元的寬度 T 受到信道帶寬的限制，碼元的可變狀態數的增加會引起接收方錯誤判決的增多，因此在一定信道的條件下數據傳信速率不可以無限增加。