波特率/符号速率/传码率/数据速率/比特率/吞吐率/带宽区别

工作中我们经常碰到这几个概念，由于这几个概念意思很接近，给我们带来很大的困惑，有时还把他们搞混，今天我们就来谈谈这几个概念，希望对大家理解他们能有所帮助。

 在讲述这几个概念之前，我们先看看信号一般是如何在信道上传输的。

如上图所述，虽然我们只想传输bit0~bit7，但由于通信机制的限制，我们必须在bit0之前加上start bit或者起始帧，在bit7之后加上stop bit或者结束帧，以及其他冗余部分。以上图来做参考，我们看看上述概念都是如何定义的。

• 波特率（Baud or Baud rate），单位bps （bits per second）或者baud本身就是单位，即1baud = 1bps，波特率就是图中的t1，表示一秒钟最多可以传输多少个符号（码元）。
• Symbol rate（符号速率，或者传码率，或者码元传输速率），单位sps（symbol per second），symbol rate就等于波特率，即符号速率（传码率）也对应图中的t1。
• 比特率（bit rate），单位bps（ bits per second），比特率跟符号速率（传码率）意思很接近，像图中情况，你可以认为比特率=符号速率，因为图中一个符号表示一个比特。但有很多系统，一个符号可以表示多个bit，比如4PSK（QPSK），一个符号表示2个比特，因此比特率=2*符号速率。也有很多系统，多个符号表示一个bit，比如BLE coded PHY，8个符号表示一个bit，这个时候，比特率=符号速率/8。有时候，比特率也可以用来表示有效bit速率，比如上图，整个t2时间实际只传输了8bit数据（另外2bit数据属于无效数据），因此你可以认为bit rate = 8/10 symbol rate
• 数据速率（data rate），单位bps（ bits per second），data rate的具体内涵要看语境，有时候data rate = symbol rate，有时候data rate = bit rate。
• 吞吐率（data throughput），单位bps或者Bps（bits/bytes per second），吞吐率度量的是一个比较长的时间，是用户实际感受的最大“速度”，就如上图中的t3，把t3时间传输的全部有效字节除以t3，就是吞吐率。计算吞吐率时，不仅要扣除像start bit/stop bit这种冗余bits，还要扣除字节与字节之间的延时时间，以及块与块之间的延时时间，等等，因此吞吐率比数据速率要“慢”得多。
• 带宽（bandwidth）。带宽有多重内涵，在计算机和网络领域，带宽基本等价于吞吐率，单位为bps或者Bps（bits/bytes per second），请参考上面“吞吐率”说明。在信号处理/射频/微电子学领域，带宽就是两个极限频率之差，如下图所示，B就是带宽。

 

极限频率之差，这才是带宽的本意，而吞吐率可以说是带宽的延伸义，为什么带宽可以延伸为“吞吐率”的意思？这个是由奈奎斯特（Nyquist）定理而来的，1924年，奈奎斯特推导出有限带宽无噪声信道的极限传码率，称为奈奎斯特定理。若信道带宽为W（单位Hz），则奈奎斯特定理的最大码元速率B（单位：sps或者baud）为：

           B=2W

从上述公式可知，带宽直接决定了信道的最高传码率，因此用带宽来表示吞吐率也就在情理之中了。

 

注：奈奎斯特定理其实就是香农采样定理的另一种表述，两者是等价的。