最近大家热议的5G技术，给我们最直接的感受就是上网速度的飞速提升。实测数据显示，5速几乎是4G的20倍。那么，为什么5速能如此之快呢？这背后的原理，与香农公式息息相关。
回溯到19世纪初，电磁学的发展催生了电报、电话、无线电广播等通信方式的涌现，远距离通信首次实现了飞跃式发展。关于信息传输载体本身的研究却进展缓慢。直到信息论创始人香农定义了信息的相关概念，并引入了信息熵的概念，才解决了电报、电话、无线电等传输载体计量信号信息量的问题。
那么，如何在远距离通信中进一步提升信息的传递速度和信息量呢？香农在1948年的论文《通信的数学理论》中，提出了著名的香农公式。这个公式揭示了信道容量的极限值，即单位时间内信道能够传输的最大信息量。信道的带宽、信号的平均功率以及噪声或干扰信号的平均功率等因素，都会影响这个极限值。
对于5速的提升，香农公式为我们提供了重要的理论依据。在信噪比相同的情况下，5速的主要决定因素是信道带宽。5G载波的工作频率分为厘米波和毫米波两种。厘米波的信道带宽最大可以达到100兆赫兹，是4G的5倍；而毫米波的信道带宽更是高达400兆赫兹左右，是4G的20倍。这就是毫米波5速能提升20倍的关键原因。
虽然提高信噪比也能提高网速，但在实际操作中，这会增加基站的信号发射功率，从而消耗更多的电能，导致成本上升。我们也不能无限地增加带宽，因为带宽与信噪比是相互关联的。过大的带宽会导致噪声增大，反而降低信噪比。我们需要找到一个最佳的平衡点，使带宽和信噪比达到最优匹配。
从1G到5G，通信技术的飞速发展令人惊叹。依托香农公式建立的通信系统和理论，让我们从模拟时代走向数字时代，从语音时代走向数据时代，现在更是迈向了万物互联的时代。5G技术的出现，无疑是通信领域的一次重大突破，让我们拭目以待，看它能带来怎样的未来。（灵歆）
