引自【读懂通信】网站的特稿专栏+ l/ U' K. u, b y8 O0 B
1. 什么是噪声与干扰* S n6 z1 |+ d: K) e
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% h) |) Q6 l" G4 O 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。
2 m" Y' j9 p! V5 D3 E1 f7 H) k' m 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。 2 A. S: E" i' z5 r! v: t1 C
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。 & i* ?& J5 C+ C2 i, ^; `6 S' t9 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。
) x" q8 m/ H( E! M/ c3 U1 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。
5 J: q+ ?, V" g+ a3 w) 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。 p1 [' R6 v5 y
显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。
7 [" g. `( T- |% Z$ D: B 2. 如何抑制噪声- p& g2 {0 n+ V( A, y
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。
4 A1 ?* i g' K8 H 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。
# m8 x! y$ q" e, }9 v9 Y- T( s- b 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。
0 F; d. O. M0 m4 A 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。 " L' c4 }% }8 p4 `7 f" F8 X% K
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。
- g1 ~ F, C% V. ] 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。
+ P4 A, ~( a1 G/ a$ S% Q$ b 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。
! |/ i ]+ q% ^* p& z 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。
1 \( ^* [+ M8 x 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。 6 P z( v+ ]3 E8 E6 c5 A/ _
3. 如何对抗干扰6 R7 l" I8 F( s
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。 3 c- C& v0 d6 a! u
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。 0 t3 {( ]. T, q. C0 g, g$ j, p
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! Z/ C# C+ K' |/ B) E1 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。 1 ], M9 p7 p& z, X
解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。 , p9 }; Y0 V2 J2 C
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。 6 j& j: y1 d7 c& f$ T( P8 [6 O/ ~
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。
: I Y0 L1 G# o9 ?) o3 @ 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。
9 |2 J" o4 Q5 o, B2 n) t. E 4. 什么是扩频技术
" a: `$ l c4 S7 ` 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。 ; }/ _$ l g4 w& I
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。
5 h2 j6 c1 j" p; p/ v# ` 这样大费周章，目的是为了对抗干扰。
* ] S( Y N3 h* K 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。 ) E/ M6 f. I. g9 x+ }) e- 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？
5 K: B2 d. O( m9 S9 A) R5 m 这就是扩频技术的出发点。 0 R3 c! r% W9 X. Z; r
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。
9 S+ n% i" d# F Z7 A8 R/ Y 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。 # @1 m9 s- e; R, F
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。 4 }6 p% @3 O1 E7 b! M7 q8 x
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。 8 ?% z5 T0 w% t
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5. 为什么说扩频无助于抑制噪声
- V0 Q. `% e& w* P# d 扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？ 1 S* \& u+ v3 K* x2 l' P
很遗憾，不能。
- O% F2 G h; B( V( p8 f 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？
3 M: l, D1 d7 t6 X0 D 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？ * p: j! n" t" ]
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。 % H) ~* ^+ w( T9 C9 ~7 @
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