引自【读懂通信】网站的特稿专栏
$ X. T; ?- N, U; w 1. 什么是噪声与干扰
0 [2 }& I0 L1 y* y7 h6 K3 @$ V+ I 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。 9 c& x- f8 |$ s+ a/ l- 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。 . |* e0 m7 u8 \. A3 n d5 h T: x9 _
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。 # }* c! O& W& M/ ^+ f$ g: s9 l* g
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。 . h. ]) g5 |3 p2 U' B
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。
* W5 _2 d" T! w! {5 g1 R( ^4 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 a3 t5 L! Y# S+ S. K2 G 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。
+ K8 ]; `7 {/ l" i# G, [2 { 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。 ' Z2 |9 A) P3 g' D
2. 如何抑制噪声
8 Y% b' M1 u2 I7 f# o. O! O 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。 7 ? v- x5 O* R( @/ W& l6 d$ D
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。
+ F5 N! k0 c6 U$ c$ P; _ 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。
- p% {1 P+ U6 m 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。
6 Z: C2 a" S( ] 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。 1 M9 V8 `# z) O
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。
, |7 ^( s! A0 n 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。 1 \9 w6 I: u. F% F
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( s* I9 Y; Q1 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。
1 Z( b1 [1 {2 a& j* ^ 3. 如何对抗干扰
0 m& b' D, f; T: q 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。 - z8 ^# w7 n% ]5 V+ [- u" l8 v" v S
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。 5 U8 `% v% a7 M1 ]. C
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。 + {( c+ L P+ n' ` {# k$ k- u" o
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。 . m4 Y0 B b" c* i8 Q, H- I
解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。 # Y" R8 \; E" q; s
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。
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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。
" s/ H0 V! A2 O; b1 o$ f, w 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。
+ f5 S4 r, d9 @7 i( o 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。
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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。
( \4 w9 @$ a7 K( f 4. 什么是扩频技术* P' _4 E/ ^ G7 c/ B
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。 ' P! ^4 y& m1 g; C2 k' j+ P. C
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。
/ L, Q- M+ O b8 w5 g! h: T 这样大费周章，目的是为了对抗干扰。
% _+ ]! G$ c+ K3 @2 a# t 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。
: z( f0 N0 L5 _- X3 m1 e 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？ ' X3 j% j3 g/ M4 Z5 D5 s
这就是扩频技术的出发点。
6 n: L' m1 w0 O3 T2 m 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。 $ w' u$ c9 A8 X& c: O' n2 K& M
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。
; Q- r9 u+ r% ?- M8 \ 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。
`# p# ?- A# B$ _* s 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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& `; T" o {0 R0 D# [: k* J 5. 为什么说扩频无助于抑制噪声
9 ~; j6 l z# U5 A! p4 y: p 扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？
8 |4 k7 c2 v! @" { 很遗憾，不能。 - d1 o5 ^% P) r. E& u' |
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 b4 @1 y' k) ~$ L2 \3 M+ o
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？
. j4 |0 Z$ m0 ~+ m6 ]6 w 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。 * W1 S, I# s( v1 n, B
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