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别再混淆了!波特率(Baud)与真实网速(Throughput)的巨大差异

工控电子书 浏览:12 回复:0 收藏

USB210  2025-09-10 11:04

波特率≠真实速度!

这几个概念确实容易混淆,但它们描述的是通信过程中不同层面的速率指标。让我们一起来理清楚它们的区别和联系↓

主要区别解析

比特率 (Bit Rate):

指每秒传输的二进制比特数量。

单位为 bps (Bits Per Second)。常用单位包括 Kbps、Mbps、Gbps。

比特率越高,每秒传输的原始数据量就越大。

核心:衡量原始信息(比特)传输的速率。

波特率 (Baud Rate):

指每秒传输的信号码元 (Symbol) 数量。

单位为 波特 (Baud)。

一个码元是携带数据信息的基本信号单元(例如,特定的电压电平、相位或频率状态)。

波特率反映的是物理层信号状态变化的速率。

关键点: 一个码元可以携带一个或多个比特的信息(取决于调制技术)。波特率 ≠ 比特率。

传输速率 (Transmission Rate / Data Rate):

这是一个通用术语,通常指比特率,即每秒传输的有效信息比特数。

在更精确的上下文中,它也可以指考虑了通信协议开销(如帧头、校验码、确认信号等)后,用户实际可用的有效数据吞吐量。这个值通常低于原始的比特率。

通信速度 (Communication Speed):

这是一个非常宽泛且口语化的术语,泛指数据传输的快慢。其具体含义高度依赖上下文:可能指波特率 (例如,“RS-232 接口的通信速度设置为 9600 Baud”)。通常指比特率 (例如,“以太网的通信速度是 100 Mbps”)。

有时指用户感知到的有效传输速率 (例如,“下载文件时的通信速度是 10 MB/s”)。

在特定接口规范中,也可能指其时钟频率 (例如,“I²C 标准模式通信速度为 100 kHz” 指的是时钟频率,其比特率低于此值)。

比如在以下方案中无线通讯终端的通信速度在50mS,这里指的就是有效传输速率 。

以我们常用的I²C场景为例,速率400KHz;比特率I²C的比特率是400K,因为I²C的每个周期指传输一个数据(在SCL稳定期间读取SDA上的数据);波特率I²C由属于NRZ编码,1符号=1比特,所以比特率=波特率,I²C的波特率=400K;传输速度I²C的数据包为:1个起始位 + 7位地址 + 1位读写标志 + 1位ACK + 8位数据 + 1位ACK + 停止位(不占位)=19位,也就是19位中只有8为数据位,所以速率:8/19*400K=168Kbit/s(约21KB/s);通信速度I²C的的CLK频率是400K,这个就是I²C的通信速度。

再以常用的串口波特率115200为例:

波特率 (Baud Rate):

波特率设置为 115200 Baud,表示信号每秒变化 115200 次,即每秒传输 115200 个码元 (Symbol)。

比特率 (Bit Rate):

在标准的异步串行通信(如UART)中,通常采用 NRZ (Non-Return-to-Zero) 编码。在这种编码下,一个码元代表一个比特 (1 Symbol = 1 bit)。

因此,波特率115200 Baud 等同于比特率 115200 bps (Bits Per Second)。

有效数据传输速率 (Effective Data Rate / Throughput):

帧结构变为:起始位 (1) + 数据位 (8) + 奇偶校验位 (1) + 停止位 (1) = 11个比特位。

有效数据传输速率:115200 bps / 11 bits/byte = 10472.73 Bytes/s ≈ 10472.73 / 1024 ≈ 10.23 KB/s。

原始比特率 / 每字节总比特数 = 115200 bps / 10 bits/byte = 11520 Bytes/s。

换算为KB/s (1 KB = 1024 Bytes):11520 Bytes/s / 1024 ≈ 11.25 KB/s。

1个起始位 (Start bit) + 8个数据位 (Data bits) + 1个停止位 (Stop bit) = 10个比特位。

实际的有效数据吞吐量需要考虑帧结构带来的协议开销。以一个典型的无校验数据帧为例:

其中,只有8个数据位承载有效信息。因此,传输一个字节(8位有效数据)需要消耗10个比特的传输时间。

有效数据传输速率计算:

如果启用奇偶校验位 (Parity bit):

帧结构变为:起始位 (1) + 数据位 (8) + 奇偶校验位 (1) + 停止位 (1) = 11个比特位。

有效数据传输速率:115200 bps / 11 bits/byte = 10472.73 Bytes/s ≈ 10472.73 / 1024 ≈ 10.23 KB/s。

(波特率: 想象成卡车在高速公路上进出收费站的频率。每个符号携带的比特数: 想象成每辆卡车装载的货物箱数。

比特率: 就是每秒通过收费站的总货物箱数(车次/秒 × 箱数/车次 = 箱数/秒)。这就是“传输速率”的核心。

通信速度: 货物最终送到你仓库的速度。这受到收费站效率(协议开销)、交通状况(网络拥塞)、仓库卸货速度(接收端处理能力)等影响,可能比收费站放行的总箱数(比特率)要慢一些。)

总结与关键点

波特率是物理信号变化的速率 (Symbol Rate)。

在NRZ编码的串口通信中,波特率 = 比特率 (bps)。

用户实际可用的数据传输速率 (有效吞吐量) 远低于波特率/比特率,必须根据具体的帧格式(起始位、数据位、校验位、停止位的数量)来计算。

上述计算仅讨论了二进制数据(每个数据位代表0或1)在无额外编码(如Manchester)和理想信道(无错误、无流控延迟)下的理论最大值。 实际应用中,还需考虑以下因素:

1.协议开销: 更复杂的协议(如Modbus RTU over UART)会添加地址、功能码、CRC校验等额外字段,进一步降低有效吞吐量。

2.流控机制: RTS/CTS 或 XON/XOFF 流控引入的握手延迟。

3.错误重传: 数据出错导致的重复传输。

4.系统延迟: 发送端和接收端硬件、软件处理数据引入的缓冲和调度延迟。

5.编码方式: 如果使用了非NRZ编码(如曼彻斯特编码),则一个码元可能仅代表0.5个比特,波特率与比特率的关系将发生变化。


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