引自【读懂通信】网站的特稿专栏
+ `0 h: k( v% z$ R8 O$ P; Y 1. 什么是噪声与干扰
/ J; s( L5 l& c" B1 B" G 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。 6 X) s% M8 |8 g8 Q
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。 ( I' |% ?) g/ ~) P) F" A4 u# C* Z
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。 , U5 Y* A( v4 r" M; ^& X4 }
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。 1 w" H4 c8 c0 }1 m' t6 r& a" P
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。 7 q& A. e) U- |
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。 5 |/ C0 ~2 ]* I6 \. _) O2 |
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。 4 y/ _* S& \; G( a7 ^* I
显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。
! j2 q' `* Z/ a- `7 ] 2. 如何抑制噪声
2 {- Q6 L& P; O2 e, Z 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。
8 }/ r4 \6 `" ~ 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。
( Y5 e/ Y U7 r. P. x 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。
z4 V3 E& _1 k' o 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。 2 {3 e: q8 J+ o0 a- R
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。
' d \, n L% d! R 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。 , |2 P3 c7 f' C5 L4 b6 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。
- ~& s0 x, v1 U* E0 _; ? 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。 - h1 X3 c* ~# |: O, Q
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。 ( k' _' b" D' n/ ?. @0 o
3. 如何对抗干扰+ e5 y% A) R* Q, o
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。
. W `; d$ H* @5 G 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。 ) p5 [5 ^& S! s" C9 h$ c2 E
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。 ( Y1 B& t2 s6 ?6 M
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。 p4 @% t2 x- h) N
解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。 4 M) C* I6 d3 w& q
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。 9 { D& _! N3 f5 u, |+ A. |' Q0 g* {9 l
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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。 . F4 z% E3 Y/ Y+ O2 l" P
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。
& j8 B2 e6 D7 d1 a B C 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。 % W; _ Z7 k" C5 P H% \7 l+ a
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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。
: Z& j Y% d4 p" l t. v# |& ] 4. 什么是扩频技术
' q% I" U0 r' g- P 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。 1 w. M4 u& @+ O- S8 w/ d9 s3 x( s- Q
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。 ; ~& T- O" R0 X
这样大费周章，目的是为了对抗干扰。 7 D" g& `9 s6 _
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。 % w( o( ^. n" v6 Q2 d4 a1 E$ a9 I
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？ ' }+ q$ K! Q6 L$ X* R
这就是扩频技术的出发点。 , q' m/ q3 w% k- ^5 a$ Y. A8 k
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。 3 g6 p4 o9 B9 r* y+ P& v
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。 & F9 _+ ~* D8 t# l7 X6 L! e. ^
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。 : G/ @1 T; y: j' I
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。 ; {4 J: z1 M1 t+ W: S
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5. 为什么说扩频无助于抑制噪声
& _+ y, i1 z# R 扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？ 0 b) f3 J$ R3 L: A& J$ W
很遗憾，不能。
2 W+ I0 k. H% I# t) I8 }# A$ w! _ 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？ 7 i" H5 [8 i5 C0 m3 E5 @ q
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？
# w, X( O; S/ c* A& { 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。
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