引自【读懂通信】网站的特稿专栏. ?) \- i9 A) B) \8 c
1. 什么是噪声与干扰
1 u. N$ L$ P8 {. V+ Z, b 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 t, x s, J5 O- z' c+ ~6 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。
8 v& Y, j: G% t: f A0 R% D 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。
+ ?# s/ x+ v, H" Q; _ 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。
( x. o9 V" o/ z1 G% N1 x9 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。 * Y! p1 k# S Y( [* K# n' c
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。
% M. o$ n! {0 p% W4 z 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。 5 G: ]. j: [) u- Z7 Z
显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。
! }' e+ W$ o' A( z! r9 F 2. 如何抑制噪声& o' p1 E: B5 K; d4 f
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。 $ H9 [. H% D8 _% `! P% v) C& g
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。 ! Z; U8 f" H/ p# N+ a: E" _; z# w
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。 8 D4 p; P1 I: E. r% l8 k+ q
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。 7 E+ g% b0 v2 }/ v" m) I
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。 : Q3 t/ {5 @7 L7 T/ m
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。 1 U2 n- L# Q- i! @. h; c
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。
! z; }/ e1 k+ o! g' t' ^4 b/ T" g 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。
7 L+ e0 P; [( B* @ 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。 , E* s* Q, H, g% q- W/ _2 \
3. 如何对抗干扰$ l0 X' X& G, y D/ q8 x
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。 ( o# x! o' O3 H, x
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。 ' P; R! e: O* \* `: R
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。 $ Y9 B) L, m7 q" \& t2 f" S
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。 6 m7 c4 k" r( Q5 S- Z3 E
解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。
" f, Z5 i3 w+ T& O8 M. w% H 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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* | ~0 }( ?0 e" ^2 g9 H4 {3 |$ g 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。
" s1 C1 }( y+ D2 B; t 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。 ' A8 I. m( V8 c1 J: G: Q
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。
1 G% g$ R% D5 K) F8 e 4. 什么是扩频技术
! Z, W1 @0 a! v 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。
) b7 f0 W% k, Z- N5 o 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。 1 ?3 v3 F! }5 A( L! _+ O, e# \( c
这样大费周章，目的是为了对抗干扰。 7 P2 B4 K0 q* O
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。 @( A$ ?- ]3 N1 k7 }
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？ 0 E8 e/ B1 n) u- w% x+ Q
这就是扩频技术的出发点。 . A0 H3 m1 z! A+ p+ m" y1 e
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。 8 o0 T; A- u. r2 O
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。 & f5 j. Q/ y: A; j
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。
1 b a- i5 V. w8 ^/ m 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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2 x/ E1 w Y# S6 L; s 5. 为什么说扩频无助于抑制噪声
8 n$ E4 ?/ n/ \0 _# Q: o 扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？
- {" a* t& i @% h) ? 很遗憾，不能。
8 k5 F( K. i- Q8 ?8 r 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？
9 ?' p8 U6 o; E- E0 x8 @ 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？
& n+ H" ~# l' Y3 x 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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