Bitikiirus

Bitikiirus (inglise keeles bit rate, bitrate) on mõõtühik telekommunikatsioonis ja infotehnoloogias, mis väljendab ajaühiku jooksul ülekantavate bittide arvu, mõõtühik bitt sekundis, tähis (bit/s). Suuremad ühikud moodustatakse kümnendeesllidetega, seega näiteks 1 kbit/s = 1000 bit/s (mitte 1024 bit/s) ja 1 Mbit/s = 1000 kbit/s.^[1]

Nimi	Sümbol	Mitmene
bit sekundi kohta	bit/s või bps	1
Kümnendkoha eesliited (SI)
kilobitt sekundi kohta	kbit/s või kb/s	103
megabitt sekundi kohta	Mbit/s või Mb/s	106
gigabit sekundi kohta	Gbit/s või Gb/s	109
terabitt sekundi kohta	Tbit/s või Tb/s	1012
Binaar eesliited (IEC 60027-2)
kibibit sekundi kohta	Kibit/s	210
mebibit sekundi kohta	Mibit/s	220
gibibit sekundi kohta	Gibit/s	230
tebibit sekundi kohta	Tibit/s	240

Eesliited

Suurte või väikeste bittkiiruste kvantifitseerimisel kasutatakse SI-eesliiteid (tuntud ka kui meetrilised eesliited või kümnendsüsteemi eesliited), seega:

Suurus
0.001 bit/s	= 1 mbit/s (üks millibitt sekundis, st üks bitt tuhande sekundi kohta)
1 bit/s	= 1 bit/s (üks bitt sekundis)
1,000 bit/s	= 1 kbit/s (üks kilobitt sekundis, st tuhat bitti sekundis)
1,000,000 bit/s	= 1 Mbit/s (üks megabitt sekundis, st miljon bitti sekundis)
1,000,000,000 bit/s	= 1 Gbit/s (üks gigabitt sekundis, st miljard bitti sekundis)
1,000,000,000,000 bit/s	= 1 Tbit/s (üks terabitt sekundis, st triljon bitti sekundis)

Rahvusvaheline standard (IEC 80000-13) määratleb binaar- ja kümnendeesliidete jaoks erinevad sümbolid.^[2]

Andmesides

Andmesidekorral viitab bruto bittkiirus kogu füüsiliselt üle kantud bitide arvule sekundis kommunikatsioonilüli kohta, hõlmates kasulikke andmeid ja protokolli ülejääki.

Jadaside korral on brutobittkiirus seotud bittide edastusajaga ${\displaystyle T_{\text{b}}}$ järgmiselt:

${\displaystyle R_{\text{b}}={1 \over T_{\text{b}}}}$

Brutobittkiirus on seotud sümbolikiiruse või modulatsioonikiirusega, mida väljendatakse baudides või sümbolites sekundis. Siiski on brutobittkiirus ja baudi väärtus võrdsed ainult siis, kui igal sümbolil on ainult kaks taset, mis esindavad 0 ja 1, tähendades, et iga andmeedastussüsteemi sümbol kannab täpselt ühte bitti; näiteks see ei kehti tänapäevaste modulatsioonisüsteemide puhul, mida kasutatakse modemites ja LAN-seadmetes.^[3]

Konkreetsemalt esindab joonkood (või baasribal edastusskeem) andmeid pulsi-amplituudimodulatsiooni abil, kasutades ${\displaystyle 2^{N}}$ erinevat pingetaset, saab iga impulsi kohta edastada ${\displaystyle N}$ bitti. Digitaalne modulatsioonimeetod (või edastusriba edastusskeem), mis kasutab ${\displaystyle 2^{N}}$ erinevat sümbolit, näiteks ${\displaystyle 2^{N}}$ amplituudi, faasi või sagedust, saab iga sümboli kohta edastada ${\displaystyle N}$ bitti. Selle tulemusena:

${\displaystyle {\text{brutobittkiirus}}={\text{sümbolikiirus}}\times N}$

Erandiks ülaltoodust on mõned ise-sünkroniseerivad joonkoodid, näiteks Manchesteri kodeerimine ja nulli tagasitulek (RTZ) kodeerimine, kus iga bitti esindab kaks impulssi (signaalitaset).

Teoreetiline ülemine piir baudi, sümbolite/s või impulsside/s kohta teatud sagedusribas hertsides on antud Nyquisti seadusega:

${\displaystyle {\text{sümbolikiirus}}\leq {\text{Nyquisti kiirus}}=2\times {\text{ribalaius}}}$

Praktikas võib seda ülemist piiri läheneda ainult joonkoodide ja nn järelkülje digitaalse modulatsiooni korral. Enamus teisi digitaalseid kandjate-modulatsioone, nagu näiteks ASK, PSK, QAM ja OFDM, võib iseloomustada topeltkülgsena modulatsioonina.

Paralleelse side korral (või rööpport) on brutobittkiirus antud valemiga:

${\displaystyle \sum _{i=1}^{n}{\frac {\log _{2}{M_{i}}}{T_{i}}}}$

kus n on paralleelsete kanalite arv, M_i on sümbolite või modulatsiooni tasemete arv i-kanalis ja T_i on i-kanali sümboli kestuse aeg, väljendatuna sekundites.

Teabekiirus

Füüsikalise kihi netobitikiirus^[4],kandevõime määr^[5], teabe kiirus, kasulik bitikiirus või traadita kiirus (mitteametlik terminoloogia) digitaalses kommunikatsioonikanalis on maht, välja arvatud füüsilise kihi protokolli ülekoormus, näiteks ajajagamisega multiplekseerimise (TDM) vormingubitid, üleliigsed edasikindlustuskoodid (FEC), ekvalaiseri treeningmärgid ja muud kanali kodeerimine. Veakorrektsioonikoodid on tavalised eriti traadita kommunikatsioonisüsteemides, lairibalises modemistandardis ja kaasaegsetes vasepõhistes kõrge kiirusega LAN-des. Füüsikaline kihil netobitikiirus on andmeedastuskiirus, mõõdetuna viitepunkti juures andmesideli ja füüsilise kihi liideses ning võib seetõttu sisaldada ka andmesideli ja kõrgema kihikihi ülekoormust.

Moodemites ja traadita süsteemides rakendatakse sageli lingi kohandamist. Selles kontekstis tähistab tippkiirus kiireima ja vähim robustse edastusrežiimi netobitikiirust, näiteks kasutatakse seda, kui saatja ja vastuvõtja vahemaa on väga lühike. Mõned operatsioonisüsteemid ja võrguseadmed võivad tuvastada "ühenduse kiiruse" (mitteametlik terminoloogia) võrgu juurdepääsutehnoloogias või suhtlusseadmes, mis viitab praegusele netobitikiirusele. Mõnes õpikus määratletakse liinikiirus brutobitikiiruseks (mitteametlik terminoloogia) võrgu juurdepääsutehnoloogias või suhtlusseadmes, mis viitab praegusele netobitikiirusele. Mõnes õpikus määratletakse liinikiirus brutobitikiiruseks,^[5] teistes netobitikiiruseks.

Brutobitikiiruse ja netobitikiiruse suhet mõjutab FEC koodi määr järgmiselt.

netobitikiirus ≤ brutobitikiirus × koodi määr

Tehnoloogia ühenduse kiirus, mis hõlmab edasikindlustust, viitab tavaliselt füüsilise kihi netobitikiirusele vastavalt eespool toodud määratlusele.

Näiteks IEEE 802.11a traadita võrgu netobitikiirus (ja seega "ühenduse kiirus") on 6 kuni 54 Mbit/s vahel, samal ajal kui brutobitikiirus on 12 kuni 72 Mbit/s, sealhulgas edasikindlustuskoodid.

ISDN2 põhiliidese (2 B-kanalit + 1 D-kanal) netobitikiirus on 144 kbit/s, mis viitab kaadri andmeedastuskiirustele, samal ajal kui D-kanali signalisatsioonikiirus on 16 kbit/s.

Ethernet 100BASE-TX füüsilise kihi standardi netobitikiirus on 100 Mbit/s, samal ajal kui brutobitikiirus on 125 Mbit/s, tänu 4B5B kodeerimisele. Selles kohas vastab brutobitikiirus sümbolikiirusele või impulsi kiirusele 125 megabaudi, tänu nulli tagasipöördumatuse joonkoodile.

Kommunikatsioonitehnoloogiates ilma edasikindlustuse ja muu füüsilise kihi protokolli ülekoormuseta pole brutobitikiiruse ja füüsilise kihi netobitikiiruse vahel vahet. Näiteks Ethernet 10BASE-T neto- ja brutobitikiirus on mõlemad 10 Mbit/s. Manchesteri joonkoodi tõttu esindab iga bitti kahe impulsiga, mis viib impulsi kiiruseks 20 megabaudi.

LAME kodeerimine: erinevate kodeerimismeetodite võrdlus ühe ja sama helifaili põhjal.

V.92 häälriba modemite "ühenduse kiirus" viitab tavaliselt brutobitikiirusele, kuna lisaveakorrektsioonikoodi pole. See võib olla kuni 56 000 bit/s allavoolu ja 48 000 bit/s ülesvoolu. Ühenduse loomise faasis võib valida madalama bitikiiruse, kuna adaptiivne modulatsioon - aeglasem, kuid tugevam modulatsiooniskeem valitakse, kui signaali-müra suhe on halb. Andmekompressiooni tõttu võib tegelik andmeedastuskiirus või läbilaskevõime olla kõrgem.

Kanalimaht, tuntud ka kui Shannoni maht, on teoreetiline ülemine piir maksimaalsele netobitikiirusele, välja arvatud edasikindlustuskoodide kodeerimine, mis on võimalik ilma bittide vigadeta teatud füüsilise analoogse sõlme-võrgu sideühenduse korral.

Kanali läbilaskevõime on analoogse ribalaiusega hertssides proportsionaalne. Seda proportsionaalsust nimetatakse Hartley seaduseks. Seega nimetatakse netobitikiirust mõnikord digitaalseks ribalaiuse mahutavuseks bit/s.

Goodput (andmeedastuskiirus)

Goodput (või andmeedastuskiirus) viitab keskmisele saavutatud netobitikiirusele, mis tarnitakse rakenduskihi, välja arvatud kogu protokolli ülekoormus, andmepakettide edastamised uuesti jne. Näiteks failide edastamise korral vastab goodput saavutatud failiedastuskiirusele. Failiedastuskiirus bittides sekundis saab arvutada faili suuruse (baitides) jagamisel faili edastamise ajaga (sekundites) ja korrutades kaheksa.

Näitena mõjutab V.92 häälpandemoodemi goodput või andmeedastuskiirus moodemi füüsilise kihi ja andmesideliiki protokolle. See on mõnikord füüsilise kihi andmeedastuskiirusest kõrgem tänu V.44 andmekompressioonile ja mõnikord madalam tänu bittvigadele ja automaatsetele kordustaotlusele.

Progressi näited

WAN modem

• 1972: Akustiline sidur (300 baudi)
• 1977: Vadic and Bell 212A modem (1200 baudi)
• 1986: ISDN tutvustas kahte 64 kbit/s kanalit (144 kbit/s)
• 1990: V.32bis modemid (4800 | 9600 | 19200 bit/s)
• 1995: V.90 modemid 56 kbit/s allavoolu ja 33.6 kbit/s ülesvooluga
• 1998: ADSL (kuni 10 Mbit/s)
• 2005: ADSL2+ (kuni 26 Mbit/s)
• 2005: VDSL2 (kuni 200 Mbit/s)
• 2014: G.fast (kuni 1000 Mbit/s)

Ethernet LAN

• 1975: Eksperimentaal (2.94 Mbit/s)
• 1981: 10BASE5 (koaksiaalkaabel) (10 Mbit/s)
• 1995: Kiire Ethernet (100 Mbit/s)
• 2003: 10-gigabitine Ethernet (10 Gbit/s)
• 2010: 100-gigabitine Ethernet (100 Gbit/s)
• 2017: 400-gigabitine Ethernet (200 ja 400 Gbit/s)

WiFi WLAN

• 1997: 802.11 (2 Mbit/s)
• 1999: 802.11b (11 Mbit/s)
• 2003: 802.11g (54 Mbit/s)
• 2007: 802.11n (600 Mbit/s)
• 2012: 802.11ac (1000 Mbit/s)

Mobiilne andmeside

1G	2G	3G	4G	5G
1981: NMT 1200 bit/s	1991: GSM CSD and D-AMPS 14.4 kbit/s	2001: UMTS-FDD (WCDMA) 384 kbit/s	2007: Mobile WiMAX (IEEE 802.16e) 144 Mbit/s down, 35 Mbit/s up	Vaata ka: Viienda põlvkonna mobiilside
		2008: UMTS HSPA 14.4 Mbit/s down, 5.76 Mbit/s up
	2003: GSM EDGE 296 kbit/s down, 118.4 kbit/s up	2009: HSPA+ (Without MIMO) 28 Mbit/s downstreams (56 Mbit/s with 2×2 MIMO), 22 Mbit/s upstreams	2009: LTE 100 Mbit/s downstreams (360 Mbit/s with MIMO 2×2), 50 Mbit/s upstreams
		2011: HSPA+ accelerated (With MIMO) 42 Mbit/s downstreams

Rakendused

Bitikiirusega väljendatakse digitaalse andmevoo edastamise kiirust audio- ja videosignaali voogedastusel. Andmevormingutes, kus rakendatakse sageli andmete kadudega tihendamist (nt MP3, MPEG), väljendab bitikiirus tihenduse määra ja ühtlasi edastuskanali vajalikku laiust.

Bitikiirus võib olla püsiv, muutuv või keskmine:

• CBR (constant bitrate) – püsiv bitikiirus
• VBR (variable bitrate) – muutuv bitikiirus (bitikiiruse optimeerimine võimaldab parandada pildi kvaliteeti)
• ABR (average bitrate) – keskmistatud bitikiirus (põhineb allikmaterjali analüüsil).

MP3

Helikompressiooni vorming kadudega andmetega. Heli kvaliteet paraneb koos bitimääraga:

• 32 kbit/s — tavaliselt vastuvõetav ainult kõne jaoks
• 96 kbit/s — tavaliselt kasutatakse kõne või madala kvaliteediga heli edastamiseks
• 128 või 160 kbit/s — muusika kodeerimise algne tase
• 192 kbit/s — vastuvõetav heli kodeerimise kvaliteet
• 256 kbit/s — kõrge heli kodeerimiskvaliteet
• 320 kbit/s — MP3 standardiga toetatud kõrgeim heli kodeerimiskvaliteet

Muu audio

• 700 bit/s — madalaim Codec2 avatud lähtekoodiga kõnekodekiga kasutatav bittkiirus; hääl on vaevu äratuntav, 1,2 kbit/s bittkiirus annab oluliselt parema heli
• 800 bit/s — minimaalne vajalik tase kõne tuvastamiseks, kasutatakse spetsialiseeritud kõnekodekites FS-1015
• 2,15 kbit/s — Speex avatud lähtekoodiga kodeerija minimaalne bittkiirus
• 6 kbit/s — Opus avatud lähtekoodiga kodeerija minimaalne bittkiirus
• 8 kbit/s — telefonikvaliteetne heli kasutades kõnekoodekeid
• 32—500 kbit/s — helikompressiooni bittkiirus kaotusega andmetega kasutades Ogg Vorbis
• 256 kbit/s — bittkiirus digitaalses heliülekandes (DAB) MP2 jaoks kõrge kvaliteediga signaali edastamiseks
• 400—1411 kbit/s — helikompressiooni vormingute bittkiirus ilma andmete kadudeta, näiteks FLAC, WavPack jne.
• 1411,2 kbit/s — LPCM formaadi bittkiirus, mida kasutatakse heli kodeerimiseks audio-CD-del
• 5644,8 kbit/s — DSD helivoogu kasutava Super Audio CD^[6] bittkiirus
• 6,144 Mbit/s — E-AC-3 (Dolby Digital Plus) bittkiirus — täiustatud AC-3 kodeeri baasil
• 9,6 Mbit/s — DVD-Audio bittkiirus — kõrgkvaliteetne heli digitaalses DVD-formaadis. DVD-Audio ei ole mõeldud video jaoks ega ole sama mis DVD-d koos kontsertide või muusikavideodega; neid plaate ei saa standardse DVD-mängijaga esitada ilma DVD-Audio logota.
• 18 Mbit/s — täiustatud kadudeta helikodek, mis põhineb Meridian Lossless Packingul

Video

• 16 kbit/s — videofoni kvaliteet (miinimum, vajalik "rääkiva pea" pildi jaoks, kasutades erinevaid video pakkimise skeeme)
• 128—384 kbit/s — ärikasutuseks mõeldud videokoosoleku kvaliteet koos video kokkusurumisega
• 400 kbit/s — YouTube video 240p eraldusvõimega (H.264 kodeering)
• 750 kbit/s — YouTube video 360p eraldusvõimega (H.264 kodeering)
• 1 Mbit/s — YouTube video 480p eraldusvõimega (H.264 kodeering)
• 1,15 Mbit/s max — VCD (MPEG1 kodeering)
• 2,5 Mbit/s — YouTube video 720p eraldusvõimega (H.264 kodeering)
• 3,5 Mbit/s (keskmine) — standardresolutsiooniga televisioon (MPEG-2 kokkusurumise tõttu vähendatud bittkiirusega)
• 3,8 Mbit/s — YouTube video 720p eraldusvõime ja 60 kaadrit/sekundis (H.264 kodeering)
• 4,5 Mbit/s — YouTube video 1080p eraldusvõimega (H.264 kodeering)
• 6,8 Mbit/s — YouTube video 1080p eraldusvõime ja 60 kaadrit/sekundis (H.264 kodeering)
• 9,8 Mbit/s (max) — DVD (MPEG2 kodeering)
• 8—15 Mbit/s (keskmine) — kõrglahutusega televisioon (MPEG-4 AVC kokkusurumise tõttu vähendatud bittkiirusega)
• 19 Mbit/s (umbes) — kõrglahutusega video 720p eraldusvõimega (MPEG-2 kodeering)
• 24 Mbit/s (max) — AVCHD vorming (MPEG4 AVC kodeering)
• 25 Mbit/s (umbes) — kõrglahutusega video 1080i eraldusvõimega (MPEG-2 kodeering)
• 29,4 Mbit/s (max) — HD DVD
• 40 Mbit/s (max) — Blu-Ray ketas 1080p eraldusvõimega (MPEG-2, MPEG-4 AVC või VC-1 kodeering)
• 250 Mbit/s (max) — DCP (JPEG 2000 kodeering)
• 1,4 Gbit/s — 10-bitine 4:4:4 tihendamata 1080p eraldusvõime ja 24 kaadrit/sekundis

Kuna väikseim andmehulk on bitt, mõõdetakse ühikuga bit/s digitaaltehnikas samuti andmeedastuskiirust. Selles tähenduses kõneldakse ka kanali ribalaiusest.

Vaata ka

• Bitt
• Andmeedastuskiirus
• Audiovorming
• Taktsagedus
• DVD
• Modem

Viited

1. Gupta, Prakash C (2006). Data Communications and Computer Networks. PHI Learning. ISBN 9788120328464. Vaadatud 10. juulil 2011.
2. "Monitoring file transfers that are in progress from IBM WebSphere MQ Explorer". 11. märts 2014. Vaadatud 10. oktoobril 2014.
3. Lou Frenzel. 27 April 2012, "What's The Difference Between Bit Rate And Baud Rate?". Electronic Design. 2012.
4. Theodory S. Rappaport, Wireless communications: principles and practice, Prentice Hall PTR, 2002
5. V.S. Bagad, I.A. Dhotre, Data Communication Systems, Technical Publications, 2009.
6. Extremetech.com, Leslie Shapiro, 2 July 2001. Surround Sound: The High-End: SACD and DVD-Audio. Arhiiviversioon Retrieved 19 May 2010. 2 channels, 1-bit, 2822.4 kHz DSD audio (2×1×2,822,400)= 5,644,800 bits/s