《计算机网络》各种物理量的单位和换算解释

信号

可以简单的认为，信号就是一个频率

如上图，信号只有高低电平两种，因此一个字符（symbol）只能表示一个bit（代表0或1）

书中（P99）提到，利用有限带宽的一种更有效策略是使用两个以上的信号级别 。例如，采用 4 个电压级别，我们可以用单个符号（ symbol) 一次携带 2 个比特。只要接收器收到的信号强度足够大到能区分出信号的 4 个级别，这种方案就切实可行。此时信号变化的速率只是比特率的一半，因而减少了所需的带宽。

信号改变的速率称为符号率（symbol rate），也就是波特率

带宽

• 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来表示，即每秒可传输之位数
• 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。

在模拟信号系统中，带宽用来标识传输信号所占有的频率宽度，这个宽度由传输信号的最高频率和最低频率决定，两者之差就是带宽值，因此又被称为信号带宽或者载频带宽，单位为Hz。（一般信道带宽也是指这个）

带宽其实就是信号所占用的频谱的度量，可以看做是一种与空间相关的量。与之相比，信号的传输速率就是一种与空间和时间都相关的物理量，定义为单位时间内在信道上传输的数据量。（信道容量有时也表示为单位时间内可传输的二进制位的位数（称信道的数据传输速率，位速率），以位/秒（b/s）形式予以表示，简记为bps。）

在书中(P73)也提到了带宽具有不同的含义，因此需要区分对待

码元

其实码元在上面关于信号的定义中被称为符号。

在数字通信中常常 用时间间隔相同的符号（就是高低电平之类的信号） 来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为码元。

而这个间隔被称为码元长度。

值得注意的是当码元的离散状态有大于2个时（如M大于2个） 时，此时码元为M进制码元。（单位是波特(Baud，Bd) ）

理解一下： 假定基带信号为101011000110111010…如果直接传送，则每个码元携带的信息是1bit（可以理解为每个二进制都是一个码元），而将上面的信号分为 101 011 000 110 111 010，则视为6个码元，每个码元为3bit，8种表现形式，2^3.这种表现形式就是说接收方要唯一确定这个码元，官方点就是8种不同的振幅或者频率或者相位。你也可以分为1010 1100 0110 1110 10…这种为5个码元，16种表现形式。
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总结： 码元说白了就是你以怎样的形式去定义你要发的信息，传输多个bit，还是一个码元。
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原文链接：https://blog.csdn.net/yj18637872623/article/details/78107847

码元和比特的区别

比特/秒是信息传输速率的单位；码元传输速率也成为调制速率、波形速率或符号速率。

一个码元不一定对应于一个比特。

码元速率

也叫波特率，指的是单位时间内传输的码元个数，单位为Baud；也指信号被调制以后在单位时间内的波特数，即单位时间内载波参数变化(相位或者幅度)的次数。它是对信号传输速率的一种度量

其他解释：若信号的码元宽度为T秒，则码元速率B=1/T

数据传输速率

也即数据传输率，它是指单位时间内传输的比特数，也就是单位时间内采集到的比特数。

如每秒钟传送240个字符（也即是码元），而每个字符格式包含10位（1个起始位，1个停止位，8个数据位），这时的：
1. 波特率为240 Baud
2. 比特率为10位*240个/秒=2400 bps

Bps、bps都是比特率，只是单位不同！

求最大数据传输速率一般要求采样率，再求码元长度，采样率的话是看下文，然后套公式即可（尼奎斯特定理和香农定理）。

采样

波是无限光滑的，其弦线可以看成由无数点组成。而由于存储空间相对有限的，数字编码过程中，必须对弦线的点进行采样。采样的过程就是按某个频率抽取某个位置的点。

很显然，在一定时间范围内中内抽取的点越多，获取得频率信息就越丰富。

为了复原波形，一次振动，必须（至少）有2个点的采样，

采样率（单位Hz）

举个例子，人耳能够感觉到的最高频率为20kHz，因此要满足人耳的听觉要求，则至少每秒要进行40k次采样（一次振动两个点采样），用40kHz表达，这个40kHz就是采样率。

采样大小（单位bit）

光有频率信息是不够的，我们还必须量化获得的该频率的能量值，用于表示信号强度。量化电平数为2的整数次幂，如16bit的采样大小，即为2的16次方。采样大小还有一个名字，叫做离散等级（出自《计算机网络》对尼奎斯特定理中V的解释）

采样大小是针对单次采样来说的，另外，采样大小受限于码元长度。

举个例子，假设对一个波进行8次采样，采样点分别对应的能量值分别为A1-A8：

• 如果我们只使用2bit的采样大小，那么$2^2=4$，结果只能保留A1-A8 中4个点的值而舍弃另外4个。
• 如果我们进行3bit的采样大小，那么$2^3=8$，则刚好记录下8个点的所有信息。
• 如果采样大小为4bit，那么就能记录$2^4=16$，但由于能量只有8种，因此有8个采样点是浪费的。

采样率和采样大小的值越大，记录的波形更接近原始信号。（但如果对于数字信号，那么采样大小大于码元长度也不会提高数据传输速率）

（这里对码元和采样率的关系的表述不知道是否准确，如有错误，望大佬指正！）

信噪比

计量单位是dB，其计算方法是10lg(PS/PN)

如20db，则S/N = 100（lg取10为对数底）

尼奎斯特定理

首先根据尼奎斯特定理有两个公式：

• 最大码元速率$B=2W$（单位波特）

这个公式里面W是信道带宽，单位为Hz

• 最大数据传输速率$R=Blo{g}_{2}V=2Wlo{g}_{2}V$（单位Bps）

这里的V代表离散等级的个数，如果是无离散等级的模型，则说明是全采样，可视为V无限大（不能确定这里正确）

而码元速率和数据传输速率的换算关系则是：码元速率*码元长度=数据传输速率