为什么带宽是以每秒比特数来衡量的？答案

【问题标题】：Why bandwidth is measured in bits per second?为什么带宽是以每秒比特数来衡量的？
【发布时间】：2014-04-30 13:50:03
【问题描述】：

根据带宽的定义，就是频率的宽度光谱。因此，带宽应该以 Hz 为单位进行测量。但是 bps、Mbps、kbps 几乎在所有地方都被用作带宽的衡量标准。我需要知道的是，为什么用bps、kbps之类的数据传输速率测量来测量信号的带宽。

【问题讨论】：

我不是专家，但我的猜测是因为频谱的宽度可以有不同的 bps 速度，这就是为什么纯粹基于宽度是不可靠的。例如即使“宽度”相同，具有 400Hz-420Hz 的 bps 也不会像 10,000Hz-10,0020Hz 那样多。
我投票结束这个问题，因为它属于电气工程堆栈交换。

【解决方案1】：

由于对香农-哈特利定律的误解，吞吐量（以 bps、Mbps、Kbps 为单位）被错误地称为带宽。

香农-哈特利定律指出，给定的频率带宽与信道容量成正比。信道容量是信道吞吐量的理论上限。通道可以是单根光纤电缆，也可以是 FDMA 或 ADMA 通道。

带宽与吞吐量不同。不久前，美国的广播电台从模拟转为数字。电台（在模拟系统下）被分配了一个与相邻频率相隔 200 KHz 的频率。所以他们的电台的带宽是 200 kHz，从低于 100 kHz 到高于他们指定的中心频率 100 kHz。（在实践中，一些电台的功率可能会在其指定频带之外泄漏。）

借助数字标准，电台可以在 40 kHz 频段内清晰传输。因此电台可以使用其分配的频段来设置多达五个频道。

例如，本地无线电台分配了 88.1 MHz。在模拟分配下，可以在 88.0 MHz 至 88.2 MHz 频段内传输。切换到数字后，他们将此频段用于 88.0 至 88.04、88.08 至 88.12 和 88.16 至 88.2 MHz 的三个频道。所以他们的吞吐量增加了两倍，但他们的带宽（使用）从 200 kHz 减少到 120 kHz。

带宽和吞吐量不是一回事，因此将吞吐量（以 bps 为单位）称为带宽是错误的。

【讨论】：

实际上 bps（bits 每秒）很少用于衡量吞吐量。通常是 Bps（每秒字节）。 bps 通常是原始数据速率的度量，其中吞吐量是在其他损失之后产生的数据传输速率。丢失可能包括以太网帧头和导致重传的信号质量问题。
这里是调频广播频道比较的基础。当电台有 2MHz 的模拟分配时，它会在三分钟内传输一首三分钟的歌曲。如果稍后使用数字频道，它会使用分配的五个数字 400 hHz 频道中的三个，它可以在三分钟内传输 3 首三分钟的歌曲，从而获得三倍的数据速率。
我可能同意你的观点，我的陈述缺乏装束。我的观点是打破人们对香农-哈特利的误解，即可以传输的信息速率与带宽成正比。当理论最大速率与带宽成正比但信道的实际使用不使用理论最大值时。其原因是噪声、纠错、未压缩数据的冗余以及协议规范的伪影。

【解决方案2】：

短版

在载波（例如无线电）上调制时，1bps 需要 1Hz 带宽。
当技术不需要载波时 1bps = 0.5Hz 最大频率（例如有线以太网）。

因此，比较数据速率通常比比较频率更有用。术语“带宽”适用于（调制载波）每秒比特数 = 赫兹。

在一秒钟内传输 1、0、1、0、1、0、（6 位）信号变高、低、高、低、高、低。这是高低和后低高的 3 个完整周期。所以每秒传输 6 比特，信息信号最多会振荡 3hz。

所以信息频率 = 0.5 * 数据速率。

但是当您用信息调制（无线电）载波时，结果是（无线电）是接近该载波的其他频率。载波与其他这些频率的区别与信息频率相同。

所以整个单曲由载波和两个“边带”组成。

IE 带宽 = 2 x 信号频率。

IE 带宽 (Hz) = 数据速率 (bps)

【讨论】：

【解决方案3】：

嗯，在数据通信中，每秒位数（缩写为 bps 或 bit/sec）是衡量计算机调制解调器和传输载体数据速度的常用指标。顾名思义，以 bps 为单位的速度等于每秒传输或接收的比特数。

区分每秒位数 (bps) 和每秒字节数 (Bps) 很重要。 1 个字节等于 8 位。

【讨论】：

这不是答案。问题是在谈论互联网速度时，为什么我们用数据速率测量单位而不是带宽测量单位来指代带宽。

【解决方案4】：

首先要从 Spectrum 开始。在这里，从 0 Hz 到 Gazillion Hz 的整个过程都被绘制在类似高速公路的车道上。就像在高速公路上一样，您以米为单位测量车道的宽度，在这里，宽度也是以赫兹为单位测量的。这是一个模拟概念。但是请注意，Hz 实际上是一个二维概念，而不是一个。它告诉您每次发生了多少个周期。（Hz -> 周期/时间）所以 Hz 不是像距离这样的线性度量。这是一个更复杂的想法，但我们往往会忘记时间部分并将其绘制成标量。

然后我们来谈谈数字通信。这里我们有两种判断每次可以传输多少比特的方法。这也有时间维度。奈奎斯特给了我们第一种方法来估计在给定带宽 B Hz 的情况下我们可以传输多少比特/时间。他说它是 B 的 2 倍，最大值。但考虑到信号电平，一个完全独立的参数，这个数字实际上是 2 B log2(M)。此奈奎斯特限制以每秒位数表示。正如您在这个等式中看到的那样，仅通过乘以标量 M 就可以将 Hz 中的 B 项转换为 bps。所以它们实际上是一回事。

然后是 Shannon，他开发了一个将通道中的噪声考虑在内的表达式，并提出了与 M 无关的 C = B log2(1+SNR)。这也是以比特/秒为单位的。

这两种方法都可以将信号的频率度量（Hz）表示为每秒比特数。请注意，Hz 和每秒比特数都是与时间相关的概念，因此这里没有发生任何奇怪的事情。 Hz 和 bps 本质上是同一个概念，并且直接相关。

位效率通常以位表示。（位效率 = 速率/带宽）当您将速率除以带宽（以 Hz 为单位）时，时间单位取消，您只剩下位。例如 200 bps/100 Hz -> 每个周期 2 bps。但这通常写成比特。

【讨论】：

奈奎斯特和香农公式给出的是信道容量，而不是带宽。
@Andrew Nyquist 和 Shannon 公式将带宽与信道容量联系起来。通道容量是理论上的最大吞吐量，以 bps 为单位。