Bitikiirus

**Bitikiirus** (inglise keeles *bit rate*, *bitrate*) on mõõtühik telekommunikatsioonis ja infotehnoloogias, mis väljendab ajaühiku jooksul edastatavate või töödeldavate bittide arvu sekundis, tähis (sümbol) bit/s.

Suuremad ühikud – kordühikud – moodustatakse kümnend-detsimaaleesliidetega, näiteks kilo (1 kbit/s = 1000 bit/s), mega (1 Mbit/s = 1000 kbit/s), giga (1 Gbit/s = 1000 Mbit/s) või tera (1 Tbit/s = 1000 Gbit/s). Standardse sümboli bit/s kõrval on kasutusel ka mittestandardne lühendit bps, nii et näiteks 1 Mbps tähendab miljonit bitti sekundis.

Bitikiiruse kordühikutes kasutatakse mõnikord kahend- ehk binaareesliiteid. Rahvusvaheline standard (IEC 80000-13) määratleb binaar- ja kümnendeesliidete jaoks erinevad tähised.

## Bitikiirused andmesides
### Brutobitikiirus
Brutobitikiirus on sideühenduse kaudu füüsiliselt edastatav bittide koguarv sekundis, sealhulgas kasulikud andmed ja sideprotokolliga seotud bitid.

Jadaside korral on brutobitikiirus seotud bittide edastusajaga T_\text{b} järgmiselt:
: R_\text{b} = {1 \over T_\text{b}}

Brutobitikiirus on seotud sümbolikiiruse või modulatsioonikiirusega, mida väljendatakse boodides (ingl *baud*) ehk sümbolites sekundis. Siiski on brutobitikiirus ja boodi väärtus võrdsed ainult siis, kui igal sümbolil on ainult kaks taset, 0 ja 1, mis tähendab, et iga sümbol kannab täpselt ühte bitti; näiteks ei kehti see tänapäevaste modulatsioonisüsteemide puhul, mida kasutatakse modemites ja LAN-seadmetes.

Konkreetsemalt võib joonkood (või põhiribal edastuse skeem), mis esindab andmeid impulss-amplituudmodulatsiooni kasutades, edastada 2^N pingetasemega N bitti impulsi kohta. Digitaalne modulatsioonimeetod (või edastusriba edastusskeem), mis kasutab 2^N erinevat sümbolit, näiteks
2^N amplituudi, faasi või sagedust, saab iga sümboli kohta edastada N bitti. Selle tulemusena
: \text{brutobitikiirus}  =  \text{sümbolikiirus} \times N
Erandiks ülaltoodust on mõned isesünkroniseerivad joonkoodid, näiteks Manchesteri kodeerimine ja RTZ-kodeerimine, kus iga bitti esindab kaks impulssi (signaalitaset).

Teoreetiline ülemine piir boodides, sümbol/s või impulss/s, teatud sagedusribas hertsides on antud Nyquisti seadusega:
: \text{sümbolikiirus} \leq \text{Nyquisti kiirus} = 2 \times \text{ribalaius}

Praktikas saab sellele ülempiirile läheneda ainult joonkoodide ja tagakülje digitaalse modulatsiooni korral. Enamus teisi digitaalseid kandjate-modulatsioone, nagu näiteks ASK, PSK, QAM ja OFDM, võib iseloomustada kahe külgriba modulatsioonina.

Paralleelside (või rööppordi) korral on brutobitikiirus antud valemiga:
: \sum_{i = 1}^{n} \frac{\log_2 {M_i} }{T_i}
kus *n* on paralleelsete kanalite arv, *M<sub>i</sub>* on sümbolite või modulatsiooni tasemete arv i-kanalis ja *T<sub>i</sub>* on i-kanali sümboli kestus, väljendatuna sekundites.

### Teabekiirus
Füüsikalise kihi netobitikiirus, kandevõime määr, teabe kiirus, kasulik bitikiirus või traadita kiirus (mitteametlik terminoloogia) digitaalses kommunikatsioonikanalis on maht, välja arvatud füüsilise kihi protokolli ülekoormus, näiteks ajajaotusega multipleksimise (TDM) vormingubitid, üleliigsed edasikindlustuskoodid (FEC), ekvalaiseri treeningmärgid ja muud kanali kodeerimine. Veakorrektsioonikoodid on tavalised eriti traadita kommunikatsioonisüsteemides, laiaribalises modemistandardis ja kaasaegsetes vasepõhistes kõrge kiirusega LAN-des. Füüsikalise kihis on netobitikiirus andmeedastuskiirus, mõõdetuna viitepunkti juures.

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, teistes netobitikiiruseks.

Brutobitikiiruse ja netobitikiiruse suhet mõjutab FEC koodi määr järgmiselt.

netobitikiirus ≤ brutobitikiirus × koodi määr

Tehnoloogilise 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 megaboodi, 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 megaboodi.

V.92 häälriba modemite "ühenduse kiirus" viitab tavaliselt brutobitikiirusele, kuna lisaveakorrektsioonikoodi pole. See võib olla kuni 56 000 bit/s allavool ja 48 000 bit/s üles. Ühenduse loomise faasis võib valida madalama bitikiiruse, kuna adaptiivne modulatsioon - aeglasem, kuid tugevam modulatsiooniskeem valitakse, kui signaali-müra suhe on halb. Andmekompressiooni ehk andmetihenduse 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.

### Andmeedasusvõime
Arvutivõrkudes viitab andmeedastusvõime (ingl *goodput*) rakenduskihi keskmisele saavutatud netobitikiirusele, väljendades kasulike teabebittide arvu, mis võrk edastab teatud sihtkohta ajaühikus. Arvesse võetud andmemaht ei sisalda kogu protokolli üldkulusid ega uuesti edastatud andmepakette. Näiteks failide edastamise korral vastab andmeedastusvõime saavutatud failiedastuskiirusele. Failiedastuskiiruse bittides sekundis saab arvutada, jagades faili suuruse (baitides) faili edastamise ajaga (sekundites) ja korrutades kaheksaga.

### Näiteid
**WAN modem**
* 1972: Akustiline sidur (300 boodi)
* 1977: Vadic and Bell 212A modem (1200 boodi) 
* 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**

## 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
Kadudega helitihenduse vorming. 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 saavutatav kõrgeim helikvaliteet

### Muu audio
* 700 bit/s — madalaim Codec2 avatud lähtekoodiga kõnekodekiga kasutatav bitikiirus; hääl on vaevu äratuntav, 1,2 kbit/s bitikiirus 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 bitikiirus
* 6 kbit/s — Opus avatud lähtekoodiga kodeerija minimaalne bitikiirus
* 8 kbit/s — tagab kvaliteetse telefoniheli, kasutades kõnekoodekeid
* 32—500 kbit/s —kadudega tihenduse bitikiirus, kasutades Ogg Vorbis
* 256 kbit/s — bitikiirus digitaalses heliülekandes (DAB) MP2 jaoks kõrge kvaliteediga signaali edastamiseks
* 400—1411 kbit/s — kadudeta helitihendusvormingu bitikiirus, näiteks FLAC, WavPack jne.
* 1411,2 kbit/s — LPCM formaadi bitikiirus, mida kasutatakse heli kodeerimiseks audio-CD-del
* 5644,8 kbit/s — DSD helivoogu kasutava Super Audio CD bitikiirus
* 6,144 Mbit/s — E-AC-3 (Dolby Digital Plus) bitikiirus — täiustatud AC-3 kooderi baasil
* 9,6 Mbit/s — DVD-Audio bitikiirus — kõrgkvaliteetne heli digitaalses DVD-formaadis. DVD-Audio ei ole mõeldud video jaoks ega ole sama mis DVD-d koos kontsertide või muusikavideotega; 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 bitikiirusega)
* 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 bitikiirusega)
* 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

## Viited