主题：【原创】科普无线通讯 之 香农极限 -- ragtime

说到通讯，谁的贡献最大？我认为当之无愧是香农（Claude Shannon），山而王的前同事。AT&T和朗讯分家后，AT&T分得的那部分研发部门不能再使用贝尔实验室的名字，改称AT&T实验室。而AT&T实验室里最核心的研究部门的名称，就是“香农实验室”。香农的贡献有多大，由此可见一斑。

香农干了一件事，就是奠定了通讯工程的理论基础，信息论。信息论艰深复杂，咱不说那么多，单说他的香农容量定律。凭这一个简单的定律，香农就理清了一切通讯系统内各主要参数的关系。由此公式推出的通讯容量，被称为香农容量（Shannon capacity），也就成了一切通讯系统不可超越的极限。

早期的无线通讯对信道使用效率很低。但是自从进入数字通讯以后，编码技术突飞猛进，现在已经进入了香农极限时代。也就是说，过去大家还可以通过改进编码等等手段来提高信道使用效率从而提高传输速度，而现在的编码技术已经差不多把此发挥到了极限，可以实现的传输速度已经很接近香农容量了，再往前走，就必须按照香农容量定律办事了。

在香农容量定律里，香农容量，也就是最大可能的数字传输速度，和另外三个参量有关。一个是信道带宽，一个是接收到的信号强度，还有一个就是噪声。具体公式就不说了，感兴趣的朋友可以看这里：外链出处。以这个公式做出发点，去了解各式各样的无线通讯技术的发展情况，就像站在高山顶上看山下的公路网一样一目了然。

把香农容量公式再往前引申一步，接收信号强度和什么有关？一个是发射机的功率（越大越好），一个是传输距离（越近越好），还有一个是发射和接收天线的性能（增益越大越好）。好了，无线通讯里的所有基本参数都在我们掌握之中了。

简单的说，如果要增大通讯容量，也就是大家熟知的每秒多少千或者多少兆数据传输速度，只能从以下4个方向着手：加宽信道宽度，加大发射机功率，改进天线，减小传输距离。不要管他3G4G，只要问清楚这几个方向怎么做的，对系统的能力就清楚了。

现在就很好理解为什么无线局网可以达到几十甚至几百兆的传输速度，而3G最多只有2兆这个问题了。无线局网信道带宽很宽，有20兆赫兹；而3G只有5兆赫兹。另外无线局网通讯距离近，最多几十米；而3G则要几公里。那么为什么3G CDMA又比2G CDMA快呢？都是手机网技术，使用模型差不多，编码又是一个系统的，一个重要原因就是2G的信道带宽只有1.25兆赫兹，这样就算其他条件都一样，3G的香农容量就已经是2G的4倍了。

同样道理，香农容量定律也可以是科技打假的利器。比如WiMAX当初吹牛说可以距离30公里速度70兆位，这种话骗外行还可以，懂香农极限的一眼就可以看出是在吹牛了。当面再仔细追问一句，WiMAX的人只好脸红一红，把你拉到一边小声说：是可以做到30公里的，也是可以做到70兆的，不过不同时。30公里处大概几十K，70兆是在离基站几十米的地方。。。