原创 Helen 罗博深数学

编辑 | 罗数君

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导语

4G改变生活，5G改变社会。就在上周，堪称科技界“春晚”的苹果发布会推出5G iPhone。关于5G，你一定还有一些不知道的事。

10月13日，苹果发布会比往年晚了一些，却没有缺席。新推出的iPhone12又换回了乔布斯时代的直角边，mini版甚至回归了iPhone5的大小。更令人不解的是，5G都出来好几年了，这边华为三星都开始打起擂台了，苹果怎么今年才想起来5G 这回事？

和我们常听说的3G、4G一样，5G代表的是Fifth generation wireless system，第五代移动通信技术。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。5G网络是数字信号“蜂窝网络”，在这种网络中，供应商覆盖的服务区域被划分为许多被称为“蜂窝”的小地理区域。蜂窝中的所有5G无线设备通过无线电波与蜂窝中的本地天线阵和低功率自动收发器（发射机和接收机）进行通信。本地天线通过高带宽光纤或无线回程连接与电话网络和互联网连接。

5G网络的主要优势在于，数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10 Gbit/s，比先前的4G LTE蜂窝网络快100倍。另一个优点是较低的网络延迟（更快的响应时间），低于1毫秒，而4G为30-70毫秒。5G并不属于某一个公司或者个人，目前为止给电信运营商提供5G无线硬件与系统的公司有：华为、三星、爱立信、高通、诺基亚、思科、中兴、大唐电信。

5G的实现主要依赖于OFDM（分离复频调制技术）。简单来说，OFDM利用多个载波在频率信道中进行传输，从而同时并行地传输多个比特的信息。这种技术能够将一个高速数据信号，分割成数个并行的低速子数据流，并将这数个低速子数据流同时调制在数个彼此相互正交载波上传送。由于每个子载波带宽较小，更接近于相干带宽，能够有效对抗频率选择性衰弱，因此大量采用于无线通信。

5G网络通过在30至300 GHz的毫米波波段内或附近，使用更高频率的无线电波来实现这些更高的数据传输速率，而以前的蜂窝网络使用700 MHz和3 GHz之间的频率。由于毫米波频段的带宽更为丰富，5G网络将使用更宽的频道与无线设备进行通信，带宽最高可达800 MHz，而4G LTE的带宽为20 MHz，可以每秒传输更多数据。

提到5G，想必大家都会想到华为。在很长一段时间里，大家可能都认为5G是“华为的5G”。实际上就像我们说的，世界范围内还是有很多美国，日韩的通讯公司提供5G无线硬件与系统，这次苹果的5G手机就是和美国高通合作的。

之所以我们常常听到华为的5G，是因为华为在5G技术上的特殊。华为的5G通信编码采用的是极化码技术方案，和传统通讯公司采取的方法大有不同，其灵感来源于十多年前土耳其的阿勒坎教授的一篇数学论文。这篇论文叫做Polar codes: A pipelined implementation。

极化码来自于信道极化理论。我们可以简单地理解为Ｎ 个相互独立的信道经过信道集合和信道分解之后，变成Ｎ 个相关的信道。这Ｎ 个相关的信道中的一部分信道容量接近于１，另一部分则接近于０。随着Ｎ 趋向于无穷大，这种极化现象会趋于明显。即信道容量趋近于１或者０的信道越来越多。在信息传递时，我们就可以选择那些信道容量较好的信道来传递信息比特，剩余的信道则默认传递零比特。这样就可以提高传递信息的效率。极化码是目前为止唯一被严格证明逼近香农极限的编码方式。

这里解释一下香农极限（或称香农容量），在信息论里，尽管噪声会干扰通信信道，但还是有可能在信息传输速率小于信道容量的前提下，以任意低的错误概率传送数据信息。香农极限就是指在会随机发生误码的信道上进行无差错传输的最大传输速率。

相比于其他通信编码，比如高通推崇的LDPC低密度奇偶检查码，极化码的优势是计算量小，用小芯片就可以实现，且成本低，市场竞争力也强。另一方面，极化码处理长度为N的数据块，它的复杂度是O（N log N），学计算机的同学可能知道，而根据信息论创史人香农（Claude Elwood Shannon）观点，这已经是了5G编码的最优极限。

因为这项技术还很年轻，需要更多的时间来测试，被行业接受也是理所应当的。但是华为在5G技术上是具有一定优势的。

苹果的5G

想起小时候，总有一些回忆是有关于苹果产品的。谁买了最新的iPhone, 谁的随身听是nano，苹果产品就像父母那个年代的“的确良”衬衫，“布拉吉”连衣裙一样，是时尚的代名词。一直以来，苹果新品发布会就像是科技界的“春晚”，万人空巷，每年的新iPhone就是业界风向标。这次苹果的5G，能让iPhone回到那个黄金时代吗？

2010年6月8日，iPhone 4发布，是一款称得上“改变世界”的产品。2020年10月13日发布会之后苹果的股价下跌2.65%，风光不再。不过话说回来，谁不是一边骂苹果，一边“真香”呢。我们还是言归正传来讲讲苹果的5G。

在2018年全球手机厂商竞相宣布即将推出首部5G手机时，苹果却选择隔岸观火，不参与2019年的5G抢跑，其中有各种各样的客观原因，比如与高通发生法律纠纷，而苹果选用的英特尔未没能提供具有竞争力的5G技术等等。官方的说法是“我们将等到5G网络更加成熟，消费者需求更高使才会推出自己的设备。”

相比于安卓手机一年一个花样的推陈出新，苹果用户更多的是在追求稳定的用户体验，每一次更新换代都有据可循，买一个安心。对消费者来说，5G并不是一场战争，就像苹果和高通这次和解，企业之间有合作，我们才有好的产品。

值得注意的是，目前毫米波 5G 只能在美国版本上使用，并不是说苹果刻意针对海外用户，是因为美国中低频的 6GHz 以下频谱被军方占用，所以导致以高通为首的美国系厂商，只能在超高频的毫米波上做文章，这与中国的部署策略是不太一样的。毫米波 5G 的优势是带宽大，但是覆盖能力特别低，所以不太适合大面积铺设，也就是说，目前中国的铺设策略，其实对于用户体验 5G其实是更有利的。

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原标题：《苹果的5G，到底什么来头？》

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