引自【读懂通信】网站的特稿专栏+ S* _9 |( ~# Z
1. 什么是噪声与干扰
% M0 S' e( e( r0 g4 h' [ 这两者非常容易混淆，因为有太多类似的地方，一句话，都是通信过程中极力避免的信号，都是接收有用信号时最不想收到的信号。 / U- S7 n3 l7 P
接收机接收信号时，基于一定的频段，有一段带宽。只要一接收，除了有用信号，噪声与干扰信号就不请自来。这就好像家里打开门窗，想让新鲜的空气进来，结果尾气、油烟什么的也跟进来了。
* C% u1 B/ `9 r' y! ` 虽然对有用信号的伤害是一致的，不过两者还是有很明显的差别。简单说一下，噪声是内在的，而干扰是外在的。 7 E/ ?5 D2 ?* [* R# _
因此，假设有一天停电了，这时我们还能收到的信号就是噪声；而正常情况下，总是又能收到噪声，又能收到干扰信号。
( a K- w8 v6 n4 P% q$ q# e 噪声是内在的，全向的，无时无刻不在，无差别的；而干扰是外在的，不同时间、不同位置上，干扰是有差别。
% e# }' ~- W* v- |% d& N 附带说一下，我一开始也是把噪声和干扰混为一谈的，后来才区分开来。 8 y m7 @ ?* B8 F$ C; Y/ N4 y5 N
衡量噪声、干扰的大小用SNR、SIR以及SINR，分别代表有用信号与噪声功率比、有用信号与干扰功率比以及有用信号与噪声和干扰功率比，分别简称信噪比、信干比和信噪干比。
9 v* r" {* l5 \( s 显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。 5 v( K. u- E& F7 g# X$ T
2. 如何抑制噪声
$ M$ `- L* a8 h5 a( Z. g 前面讲过，噪声是内在的，因此也是必然存在的，绕着走的想法就可以不用考虑了。
- Q! F1 F6 z# b3 A 虽说要与噪声共舞，不过我们还是可以控制噪声的大小，从而来抑制噪声。
; g$ z9 y/ w1 o0 [ 首先，噪声分信道噪声以及器件噪声两部分，主要是电子的热运动造成的，因此，利用温度去抑制噪声是一个非常重要的途径。 : x4 l6 f- h" S% w, y) @9 H
其次，信道噪声的特点是高斯加性白噪声AWGN，频谱上是均匀分布，因此接收机的带宽越大，收到的信道噪声就越多。
1 l+ J/ D" g2 C$ S V3 E5 U 综合这两个因素，要想信道噪声低，显然工作温度越低越好，信道带宽越小越好；要想器件噪声低，器件的选材很关键。
: {+ U2 U2 p5 k! C; w8 Z7 a 通常通信系统中信号带宽是确定的，为了降低噪声，只能把工作温度降低，例如低只有十几K，利用超低温，获得超低噪。 8 Z) v( c# q! |* h
什么时候需要用到超低噪呢？就是深空通信了。由于探测器距离遥远，而且发射功率也是受限的，即使采用几十米口径的抛物面天线，有用信号的功率也微乎其微，这时噪声就成为大问题，需要采用超低温来接收。 [, ~! @8 b8 J+ B% t- t; Q
不过我们常用的移动通信系统没有这个问题，终端与基站的距离再远，比起深空中的探测器，那是零头的零头的零头，所以噪声根本不是问题。 H7 l7 G% M' p+ H
虽然噪声不是问题，但是干扰就成了大问题，接下来我们来看如何对抗干扰。
& l! G6 Q. k, \& f 3. 如何对抗干扰
; x; u% T" t# Q A 干扰其实种类非常多，通常可以分为系统内的干扰和系统间的干扰。 ' X/ R1 ~1 }1 a: `+ k& Y
系统间的干扰处理比较简单，大家各行其道，各有各的工作频率，比如GSM、WCDMA、LTE就定义了不同的工作频段，互相错开。 8 q G, z& g( a* S5 m1 r$ n
当然，如果大家硬要挤在一个频段里面，比如GSM1800与LTE，PHS与LTE，TD-SCDMA与LTE，就需要建立一个频率的保护带，类似三八线这样的非军事区，将两种系统隔离开。 @- s; V9 f0 v& W* \6 n
对抗系统间的干扰不是今天我介绍的重点，今天我介绍的是对抗系统内的干扰，更明确地说，就是同一运营商同一系统内设备间干扰。 ! F" ^* X$ Q- c& e
解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。 ( x( o: }4 ~/ b! z' E5 F8 d
正交是我最推崇的通信关键技术，我认为正交是通信网络之魄。 ' Y2 g- y) i8 Z* N3 Q- ]1 ?* s7 a: ~) {
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有了正交，我对其他人以及其他人对我，就不存在干扰了，于是天下太平，一派祥和。 7 L i& @& w# `9 t: V4 G
可惜天下没有这么简单的事，正交好是好，但是实施的条件太苛刻，一旦用户数量上来，无论是功率正交还是能量正交，无论是TDM还是FDM，都会陷入捉襟见肘的境地：可正交的资源太有限了。
4 i- c `( v( y) h- i& D9 u& ~* G1 e 这篇文章介绍了除了正交，各种移动通信系统对抗干扰的方法，也可以参考一下。 * S# |8 B, |( ^! i, B Q& Z+ v
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这其中，扩频技术就是对抗干扰的佼佼者。扩频技术又可以看成是一种准正交的技术。
: R* o1 i8 z" q- h 4. 什么是扩频技术* y, n8 V6 R$ Y
扩频技术就是用远超过信号带宽的带宽来传信号，实施的方法也很多样，常见的有直接序列扩频和跳频。 3 K* \. I5 X$ _1 m3 Z: K
那么为什么要用非常大的带宽来传信号呢？关键在于，原来的窄带信号经过扩频处理后，频谱发生了根本性的变化，从窄而高，变成了宽而扁，类似于用锤子，把金属锤薄了，使得信号的功率大为降低。
7 t4 U9 A$ W& k. |! F* e& X0 G 这样大费周章，目的是为了对抗干扰。
. M5 P: g5 p4 u/ e 在准正交系统中，信号之间由于不正交，必然是相互干扰。前面也讲过，干扰信号的特点是差异性明显，SIR时好时坏，这样接收机处理起来难度太大。
# ]) {6 \/ L( r8 C' c 如果干扰无法去除，那么退而求其次，把干扰转换为噪声的特性，比较均匀，行不行呢？ ! D- A: X! t1 G' F0 n
这就是扩频技术的出发点。 ; ?8 U% k2 ^+ F$ V9 h1 M3 j2 }. ~4 M5 |
在扩频技术中，直接序列扩频就是利用伪随机序列，实现了信号在时间上的噪声化，这样虽然还是有干扰，但是已经可控了。而跳频也是类似的，实现了干扰在频率上的随机化。 2 W1 t' l; T4 r4 K+ M, W: \
当然，扩频技术能够成功，还在于覆水能收：宽带的摊薄的信号，经过处理后，还能收拢还原为窄带的峰值信号。 ) b3 `* q8 i' w
这样，很多窄带上的强干扰，被扩频成了宽带上的噪声，接收机处理起来就稳健多了。 - \; F* }5 Q5 @
附带说一下，这里有扩频的相关深度阅读文章，涉及比如扩频能不能省功率、扩频增益越大是不是抗干扰能力越强等等问题，还是值得认真一读的。
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5. 为什么说扩频无助于抑制噪声 w* @5 L% Y( Y1 G+ G1 E6 A9 Q$ k
扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？
; W: h9 H% O' ^3 B. H; ] 很遗憾，不能。
( T# ~2 C, [3 @6 [- | 前面我们讲到，噪声是均匀的，接收机的带宽越大，收到的信道噪声就越多。因此，采用扩频技术后，原来1MHz的带宽扩到100MHz，噪声自然增加100倍，这不是与抑制噪声的目标南辕北辙了吗？ ; @- ?) L9 D0 P- c- L
因此，扩频不能抑制噪声。其实，扩频能对抗干扰已经是物有所值，何必一定要让扩频成为全能模范呢？ 0 I/ U& q) v% M' Q
由于扩频无助于抑制噪声，自然也算不上深空通信的关键技术了。 1 @6 |8 g7 r; y1 k
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