通道的最大数据速率

数据速率是指通过通道的数据传输速度。通常以每秒位数(bps)计算。较高的数据速率表示为Kbps（每秒“千”比特，即1000 bps），Mbps（每秒“兆”比特，即1000 Kbps），Gbps（每秒“千兆”比特，即1000 Mbps）和Tbps（“ Tera”每秒比特数，即1000 Gbps）。

数据通信的主要目标之一是提高数据速率。有三个因素决定通道的数据速率：

• 频道带宽

• 使用的信号电平数

• 通道中存在噪音

可以使用两个理论公式来计算数据速率：

• 奈奎斯特比特率–无噪声通道

• 香农的容量-嘈杂的频道

奈奎斯特比特率

Nyquist比特率是由Henry Nyquist开发的，他证明即使是无噪声的完美信道的传输容量也有最大限制。

最大比特率的理论公式为：

最大比特率= 2×带宽×log ₂ V

此处，最大比特率以bps计算

带宽是通道的带宽

V是信号中离散电平的数量

例如，如果有一个带宽为4 KHz的无噪声信道正在传输4个离散电平的信号，则最大比特率将计算为：最大比特率= 2×4000×log ₂ 4 = 16,000 bps = 16 kbps

香农的能力

克劳德·香农（Claude Shannon）将奈奎斯特(Nyquist)的工作扩展到了受噪声影响的实际频道。噪声可以有多种类型，例如热噪声，脉冲噪声，串扰等。在所有噪声类型中，热噪声是不可避免的。电子在通道中的随机运动会产生一个不存在于原始信号中的外来信号，称为热噪声。热噪声量计算为信号功率与噪声功率之比SNR。

信噪比，SNR =平均信号功率/平均噪声功率

由于SNR是在很大范围内变化的两个功率之比，因此通常以分贝表示，称为SNR _db，并计算为：SNR _db = 10log ₁₀ SNR。

香农的容量给出了理论上最大的数据速率或嘈杂信道的容量。它表示为：

容量=带宽×log ₂（1 + SNR）

此处，容量是通道的最大数据速率，以bps为单位

带宽是通道的带宽

SNR是信噪比

例如，如果一个有噪声信道的带宽为4 KHz，并且信噪比为100，则最大比特率可以计算为：

容量= 4000×log ₂（1 + 100）= 26,633 bps = 26.63 kbps