Die Schrittgeschwindigkeit-Baudraten im Überblick

Die Baudrate ist eine Einheit der Kommunikationstechnik und stellt die Schrittgeschwindigkeit dar. Sie findet sich oftmals besonders im Zusammenhang zur RS232-Leitung. Hierbei handelt es sich um einen Standard, der die Verbindung zwischen der Datenendeinrichtung und der Datenübertragungseinrichtung aufbaut. Die Übertragung erfolgt hierbei in Wörtern und Bit-seriell. Ein Wort entspricht je nach der vorliegenden Konfiguration fünf bis neun Bits, in dem dann ein einzelnes Zeichen verschlüsselt ist. Die Bits werden bei dieser RS232-Leitung nacheinander übertragen, was im Gegensatz zur parallelen Datenübertragung steht. Hierfür wird jedoch eine Seriell-Parallel-Wandlung benötigt, die im Normalfall in den UARTs geschieht, bei denen es sich wahlweise um ein integriertes Modul in einem Mikrocontroller oder einen Einzelbaustein handeln kann.

Eine erste Begriffserklärung

Bei einer Baudrate handelt es sich um die sogenannte Schrittgeschwindigkeit, welche gleichermaßen ein Vergleichswert für die erreichte und zu erreichende Übertragungsrate während einer Kommunikation und dem damit zusammenhängenden Datentransfer ist. Entsprechend dem Sinn des Begriffes Schrittgeschwindigkeit, handelt es sich bei der Berechnung der Baudrate zunächst einmal um das Zählen der Geschwindigkeit der einzelnen Schritte. Unter einem Schritt muss an dieser Stelle eine Veränderung am Signal angesehen werden. Im Falle der RS232-Leitung kann sich dies dann auf eine Pegeländerung beziehen, die sich von +12V bis -12V erstrecken kann, sodass dann tatsächlich pro Schritt ein Bit übertragen wird. Anhand einer sechszehnfachen Quadratur-Amplituden-Modulation wird durch einen Schritt ein völlig neues Signal erzeigt, welches dann vier Bit umfasst. Dies bedeutet, dass pro Schritt dann ganze vier Bits übertragen werden, was zum Beispiel bei einer Baudrate von 2400 Baud eine Datenrate von 9600 Bit/s bedeutet. Ihren Namen verdankt diese Einheit dem Franzosen Jean-Maurice-Émile-Baudot, welcher im Jahre 1874 den Baudot-Code erfand.

Falsche Definition der Baudrate

Da es sich bei der Baudrate um einen Schritt handelt und bei einem Schritt Bits übertragen werden, kommt es häufig dazu, dass eine Baudrate fälschlicherweise mit dem Bit pro Sekunde, kurz bps, gleichgesetzt wird. Wenn mit zwei verschiedenen Spannungen gearbeitet wird, so lässt sich tatsächlich pro Schritt ein Bit übertragen, sodass 9600 Schritte auch 9600 Bits in der Sekunde mit sich bringen. Werden nun aber wesentlich mehr unterschiedliche Spannungsregeln verwendet, so können auch mehrere Bits pro Baudrate übertragen werden. So werden bei analogen Modems nach dem V.34-Standard durchschnittlich 8,4 Bit pro Baud verschickt, was bedeuten würde, dass beispielsweise 3429 Baud 28800 Bit in der Sekunde ergeben würden. Aus diesem Grunde müssen zwischen den Begrifflichkeiten der Baudrate und der Bitrate klare Grenzen gezogen werden, damit es nicht zu fehlerhaften Berechnungen oder Darstellungen kommt. Demnach sollte immer bedacht werden, dass die Bitrate die Menge der übertragenden Daten je Zeiteinheit angibt, die Baudrate jedoch die Symbole pro Zeiteinheit widerspiegelt.

Der Baudratenquarz

Quarze und die Baudrate lassen sich in einen Zusammenhang bringen, in Form der Baudratenquarze. Hierbei handelt es sich um herkömmliche Quarze, aus deren Frequenz sich mittels einer ganzzahligen Teilung die Baudrate errechnen lässt, die an einer seriellen Schnittstelle vorliegt. Wenn eine Baudrate nun nicht durch diese ganzzahlige Teilung aus der Quarzfrequenz heraus abgeleitet werden kann, so entsteht ein erheblicher Fehler, der zu falschen Abtastungen des seriellen Signals führen kann. Unter dem Begriff des Abtastens ist gemeint, dass bei einer asynchron verlaufenden Übertragung der Zeichenbeginn für den Empfänger nicht bereits im Voraus abzusehen ist. Deshalb muss ein Zeichen mit dem Startbit beginnen, sodass der Empfänger anschließend weiß, dass eine halbe Bit-Länge später das erste Datenbit abgetastet werden kann. Dies setzt sich dann für die Länge des Signals fort. Kommen Baudratenquarze zum Einsatz, so lassen sich Fehler in der Abtastung nur durch die Toleranz des Quarzes bestimmen.

Die Bestimmung der Symbole pro Zeiteinheit

Baudraten geben die Schrittgeschwindigkeit als Symbole pro Zeiteinheit an, wobei es sich bei der gewählten Einheit natürlich dennoch um die Baud handelt. Ein Symbol steht je nach Art der Codierung bei der Baudrate für die Anzahl der Bits eines einzelnen Datenstroms. Ein Beispiel hierfür wäre das Gigabit Ethernet 1000Base-T, welches eine Symbolrate von 126 MBaud aufweisen kann. Mittels der mehrstufigen Pulsamplitudenmodulation der Form 5-PAM lassen sich zwei Nutzdatenbits pro Symbol übertragen, wobei sich der Informationsgehalt dann auf rund 2,32 Bits pro Symbol beläuft. Zudem werden gleichzeitig vier Leitungspaare eingesetzt, sodass eine höhere Datenübertragungsrate erreicht werden kann. Für beliebig viele zusammengefasste Bits wird pro Satz die doppelte Menge an unterschiedlichen Symbolen benötigt, was bedeutet, dass sich bei jeder Bit-Kombination auch ein korrespondierendes Symbol befinden muss. Durch den exponentiell steigenden Bedarf an Symbolen erfolgt bei der Anzahl der zu übertragenden Bits pro Symbol meist eine Beschränkung auf eine Obergrenze von rund 10 Bit/Symbol. Die Limitierung ergibt sich hierbei auf der Seite des Empfängers durch die Problematik, die einzelnen Symbole voneinander korrekt unterscheiden zu können. Hierbei spielt beispielsweise das Rauschen als störender Einfluss eine tragende Rolle.