引自【读懂通信】网站的特稿专栏$ J* G; i* g6 l) z! f
1. 什么是噪声与干扰% l. c" _" N# A8 D$ x3 U
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。 8 j* a. k4 x o0 c
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。 1 C! Q! T& J a8 Y% W
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。 ; M2 N. b) w* y% @6 V7 j
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。
2 v8 ]: ` a( d# B- _2 c4 t2 J 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。 / F/ q: c* Q) B' B
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。
4 Q3 J9 p$ {' i6 X. z& b 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。
0 i- h7 u1 C) V 显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。
0 w( `1 }. X, T/ O9 P 2. 如何抑制噪声
) i/ W/ y2 }% O( t2 Q& J! D 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。
9 f( o, i: s5 B$ W4 z. U 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。
! `! R0 v2 j0 h3 h8 B0 d 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。 / R5 k0 }# ]; x) `
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。
$ G, A3 F% C# j 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。
. H0 K& O7 A9 x" ~' b 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。 $ l% L, L: {+ m( {: i% 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。 4 W! ]) R6 K7 u0 v! N
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。
+ m' J* }( [; m+ y$ C' v 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。 1 y. |6 S7 f& h3 @9 C8 k
3. 如何对抗干扰5 {3 W% F( v8 @ ]) i: j+ R6 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。 $ @& T# l5 w" m( W
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。
% y% i4 [+ s, t 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。
' P, a/ g c8 m: j2 y 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。 2 T& \1 _8 ~. x9 s0 F; b
解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。 4 B: v0 F9 E- V
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。 3 |! u& M! V+ M6 K7 ^! @
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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。 " n# o% H' L. Z+ c7 @* ]6 ^
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。 , c/ h' i0 m2 u* k
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。 ' q% Y0 U& R v
5 K6 V. y/ t4 G; F1 b; _ 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。
2 O8 d. N; \! e2 K( H4 B 4. 什么是扩频技术1 }' o0 p! k# p, i" q
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。 ) E5 P- y0 c: q" L' S2 p( W" [$ g
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。
. B5 p, l5 I M( {' d 这样大费周章，目的是为了对抗干扰。 b5 M2 I7 i; G8 n. y
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。
0 H$ \% o: K) `& L7 [: ^' _! \3 W6 q& l 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？ * i) I E2 e: e3 g( [
这就是扩频技术的出发点。 ) F2 u1 n9 Q+ s4 T
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。
5 X' f8 \2 J4 @ 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。 / c5 \. C' X8 h1 Z. ^ j' @6 s
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。
! a7 D1 R/ @ C+ S1 d* ^* o! a9 l 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。 + v# N& U; k+ L4 f5 E n+ j
/ r& l: l9 [4 K- o' U$ m8 o 5. 为什么说扩频无助于抑制噪声
5 \- ^' b) p6 @9 j5 c 扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？
/ d! n. J, q) P. F7 J9 Z 很遗憾，不能。
& @9 Q7 V( @/ [1 d 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 L6 T* X$ f1 O% u3 I' ^ 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？
2 ^' p! x4 W* M% [' p! y' l/ } 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。 ) j! [8 D- N8 X/ ?$ F9 N$ Q) {6 y/ m- B
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