来源：返朴 ID：fanpu2019

撰文 | 徐晓(华南理工大学物理与光电学院)

2019年6月6日，工信部正式发放5G商用牌照，标志着5G即将迈入商用阶段。中国的通信行业在经历了“1G空白，2G追随，3G参与，4G并跑”的阶段后，终于在5G时代成为了领跑者之一。但对于大多数普通用户而言，5G仍是一个模糊的概念。5G究竟是什么?在带宽资源有限的情况下，如何做到传输速率的大幅提升?

5G相当热。

从英国首次5G电视直播，到5G牌照的发放;从对华为的制裁，到美国议员说要赖掉华为的专利，近一个月的新闻实在是让人目不暇接。

但是，5G究竟是什么?有什么关键技术?背后又有什么故事?为了做一名合格的“吃瓜群众”，我们最好还是来了解一下。

了解了这些概念，至少在茶余饭后吹牛的时候，你会显得比别人有档次。

从香农公式说起

作为一个老司机，你一定清楚，车要跑得快，路要宽，路面要平，油还要给足。同样，上网速度想提高，信号传输的通道要宽，噪声要小，信号功率还要大。

但是，1948年以前，没有人能清楚地描述信号传输速率和通道宽度、噪声大小以及信号功率的关系。直到香农提出了信息论，给出了香农公式：

这公式形式简约，含义深远。

C是单信道的信道容量，是指我们建立了一个单点输入、单点输出的通信通道(我们称为信道)后，这条通道每秒最多可以传送多少bit的信息量。B是信道的带宽，可以简单理解为分配给一个信道可用的频率范围的一半;S是传送信号的平均功率，而N则是噪声或者干扰信号的平均功率。

从香农公式可知，对于单信道而言，要增加信道容量C，无非三种方式：或增加带宽B，或增加信号功率S，或减少噪声或干扰信号的功率N。

八卦一下

新浪大V王小东引用别人的说法，认为中心频率越高，带宽就越大。翻开科普书，你也会发现上面写着，光纤之所以比电线好是因为带宽大。其实，现代无线通信技术使用的频率都已经相当高了。所以中心频率的高低，除了极限情况(比如需要非常宽的带宽，到达奈奎斯特频率对带宽的限制)之外，一般不会构成对带宽的限制。

所以现在，“频率越高，传输的信息量越大”这一观念并不完全正确。实际上，信息量只关乎带宽，不关乎中心频率。这一点，香农公式已经告诉你了。

随着无线通信的发展，带宽也好，功率也好，这些资源只会越来越紧张，而空间中无线电的相互干扰也只会越来越大。

怎么办?

天无绝人之路。对于有多个输入和多个输出的信道而言，即使不改变以上三个条件，只要能保证该系统中的各输入源或输出源的信号可以彼此区分，就可以提高总的信道容量。

比如，假设有一个单输入双输出的信道，并且，我们可以通过某种方式区分每个输入信号到底是该到达输出1，还是该到达输出2。那么，这个系统就可以看成两个独立的信道：一个是从输入到输出1，一个是从输入到输出2。

图1 单输入双输出信道