无人机通信中的比特率和波特率

01、无人机的通信种类简化描述

无人机的通信可分两大类：数据传输（图传，测绘数据等）和指令传输。数据传输的数据量很大，但实时性要求不高，比如图像回传。

指令传输的数据量小，但实时性和可靠性要求高。

指令传输和图像传输，往往都是用同一个遥控器的同一频段完成。无人机遥控器常用的频段主要包括以下几个：

●?840.5-845 MHz

这个频段主要用于无人驾驶航空器系统的上行遥控链路，即地面控制站向无人机发送指令。这个频段确保了无人机能够准确接收来自遥控器的信号并执行相应的飞行操作指令。

●?1430-1444 MHz

此频段主要用作无人机的下行链路，从无人机向地面控制站发送数据。它提供了高速的数据传输通道，确保了无人机与地面控制站之间的稳定通信。

●?2.408-2.440 GHz

这个频段被广泛应用于无线通信领域，具有较高的传输距离和稳定性。许多民用无人机及其遥控器都采用了这个频段，特别是因为它可以提供稳定的信号传输和高带宽，适用于航拍和FPV（第一人称视角）应用。这也是为什么市面上大量拍摄无人机的遥控器是2.4GHz。

●?5.8 GHz (5.725-5.850 GHz)

该频段也常用于无人机遥控器，尤其是在需要更高带宽和更快速响应的应用中。例如，在高速飞行或长时间持续飞行时，5.8 GHz频段的信号更加稳定，减少了信号干扰的可能性。5.8 GHz 虽好，但成本贵，入门级无人机一般不会用。

表1 频段总结表

02、比特率和波特率的概念辨析

比特率（Bit Rate）

指的是每秒传输的比特数（bit per second, bps），即单位时间内传输的数据量。它直接反映了信息传输的速率。例如，如果一个系统在一秒钟内传输了1000个比特，那么其比特率为1000 bps 。

波特率（Baud Rate）

指的是每秒传输的符号数（symbol per second），即单位时间内信号的变化次数或调制状态数。每个符号可以携带多个比特的信息，因此波特率并不总是等于比特率。例如，如果一个系统在一秒钟内传输了500个符号，那么其波特率为500波特（Baud）。

在某些情况下，比特率和波特率可能是相等的，但这取决于具体的调制方式。具体关系如下：

● 无调制情况

当每个符号只表示一个比特时，比特率等于波特率。例如，在基础二进制通信中，每个信号变化（如从高到低或从低到高）都表示一个比特，此时比特率和波特率相等。

● 有调制情况

当采用多级调制技术时，每个符号可以携带多个比特的信息（也就是每个符号由多个bit组成，比如一个ASCII字符由8个bit组成），因此比特率会大于波特率。

例如，使用256阶符号编码时，每个符号可以表示8个比特，若波特率为1200 Baud，则比特率为1200 * 8 = 9600 bps。

以256阶符号编码为例，每个符号可以表示8个比特。这意味着在一个符号周期内，可以传输8个比特的数据。如果波特率为1200 Baud，即每秒钟传输1200个符号，那么比特率计算如下：

比特率波特率每个符号的比特数比特率=波特率×每个符号的比特数

比特率比特率=1200Baud×8bits/symbol=9600bps

其他常见的调制方式及其对应的比特率与波特率的关系如下：

● 四相调制（QPSK）：每个符号表示2个比特，比特率为波特率的两倍。

● 八相调制（8-PSK）：每个符号表示3个比特，比特率为波特率的三倍。8=2^3

● 16-QAM：每个符号表示4个比特，比特率为波特率的四倍。16 = 2^4

我们再举一个串口的例子：

串口9600波特率

串口传输比特率为9600bps，每秒可传输多少字节？也就是波特率多少？

起始位：1

数据位：8

停止位：1

校验位：0

传输1字节数据，需要传输10bit，因此：9600 ÷ 10 = 960Byte，波特率是960Baud.

从上面种种例子，我们可以得出如下结论。

简单一句话，比特率和波特率是存在换算关系的。一样的0-1速率，换算成比特率较高，换算成波特率较低。那么为什么要区分比特率和波特率？为什么要分场景应用它们？

03、比特率和波特率各自的应用场景

比特率的应用场景

1.视频传输：在无人机进行高清视频传输时，比特率是一个关键参数。较高的比特率可以提供更好的图像质量和更低的延迟，这对于实时监控、FPV（第一人称视角）飞行和广播应用至关重要。例如，DJI系统使用5GHz频段进行视频传输，以实现大约4英里的传输范围。

2.高带宽数据传输：当无人机需要传输大量数据，如地理测绘、遥感或环境监测时，比特率决定了数据传输的速率和质量。毫米波阵列通信技术能够支持大带宽和高数据率，适用于这些场景。

3.自适应比特率应用：在某些情况下，无人机通信系统会采用自适应比特率（ABR）技术，根据网络状况动态调整比特率，以确保数据传输的稳定性和高效性。这在灾害救援等复杂环境中尤为重要。

波特率的应用场景

1.串口通信：在无人机与地面站或其他设备之间的低速控制指令传输中，波特率是一个常用参数。例如，S.BUS协议使用100K的波特率进行串口通信，适用于大多数控制信号的传输。

2.嵌入式系统和工业控制：在无人机的嵌入式系统中，波特率用于描述设备之间的通信速率。常见的波特率设置包括9600、19200和38400，适用于不同的通信需求。

3.RS-232/RS-485通信：在一些工业应用场景中，无人机可能通过RS-232或RS-485接口与其他设备通信。此时，波特率的选择对网络性能有显著影响，需要根据实际需求进行调整。

总体来看，比特率主要用于高速数据传输和视频传输等高带宽需求场景，而波特率则更多应用于低速控制指令传输和嵌入式系统通信（也就是硬件内部的有线通信，比如USB）。

04、总结

为什么不同场景分别用比特率和波特率而不统一?

比特率和波特率是存在换算关系的，既然存在换算关系也就可以通用场景。但是工作中仍然区分比特率和波特率的使用场景，经常可以见到比特率和波特率一起出现的讨论场景。

笔者认为，为什么不同场景分别用比特率和波特率而不统一，有三个原因。

首要原因是，比特率和波特率是存在换算关系的，但是这个换算关系随着不同符号VS比特位的换算方式而不同。不知道底层换算关系，无法直接换算比特率和波特率。所以要分开使用。

其次原因是，波特率是每秒传递符号的数量，使用者主要关注符号速率，而可以不关心每个符号由多少个比特组成，这属于底层细节，和符号使用者无关。

最后原因，高速数据传输和视频传输等高带宽需求场景使用比特率描述，低速控制指令传输和嵌入式系统通信用波特率描述，是一种约定俗成。这就像车速用公里每小时，船速和飞机速度却约定俗成用“节”，每小时多少海里（1海里约等于1.85公里，各国略有差异）来描述。