引自【读懂通信】网站的特稿专栏
+ V" @; o) v- |1 I" r% m4 q 1. 什么是噪声与干扰
4 S9 ?- f% H6 {' O- @ 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。 % u8 K* f4 f6 [2 V) T
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。 ! _9 }8 e3 X3 Y; V% F
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。
5 b; z9 [9 c. Q1 T& i( @' { 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 q3 A* E- W& R) z3 ?1 r
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。 3 T3 |1 S e5 W- ^2 M8 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。
1 ?# Y/ n, E+ R' t 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。
% R& ~) ^3 I$ } U }; \( e 显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。
% W' j" q6 r3 n# m; ]* r' T 2. 如何抑制噪声
% k( V5 c# y% p$ @( z! d5 m 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 z' S3 `' {' `' X 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。 , A1 [- {8 ^* b; k' o
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。 : D7 Q" n8 d% e
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 M7 l) p+ k( b$ 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。 + R7 g5 C" w T$ T9 Y
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。 8 T9 e. c% F' x S2 A/ b$ @9 Y
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。 5 K X1 |; u7 |. ?2 q) [
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。
j2 `$ ^. W) W: c 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。 - O' ^! M! T* t& G
3. 如何对抗干扰
, q4 j& ?+ E, f2 u5 U 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 I F5 u& r. ^ 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。 3 O) U0 Q7 |% H Z4 n
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。
* E9 h3 s6 |0 x% @7 Q/ R* N/ A" j( b 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。 & c3 z) ~$ g: @; H% c& U0 ~
解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。
, K, J9 y+ a. U; w6 I 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。 - p! H' W1 Y. o. w
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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。 1 T, F( a+ p4 q% e% v4 K. K$ B
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。
+ p0 e" [ Z5 v 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。
, d" r% z9 k% S! V/ I C 4. 什么是扩频技术4 i6 V0 N6 o9 r6 ~% T* Z4 z
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。 , p7 p% @& y6 a) K" ^
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。
% M( n k7 Z( N/ r8 X3 w* J4 _+ _ 这样大费周章，目的是为了对抗干扰。
3 I0 ]1 X! S8 x) c3 M; 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。
2 t1 s6 H3 K) y: n 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？
- f. a; H# k8 G, P' P. o 这就是扩频技术的出发点。 $ h0 k! o" F! R/ U
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。 ) l4 Y& y0 i9 `4 k+ Z8 v, K! n
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。
( k4 L$ X7 a% a) ~# V2 U 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。 ; L2 u: y1 e" m5 f8 @1 O. }
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。 . v3 ^& Z" Z6 o1 r7 r2 Z5 N w1 i' w
* S/ x2 `5 ]* f( K4 @ D7 e 5. 为什么说扩频无助于抑制噪声
5 w" K( F' E& ?0 O% i 扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？
$ E) \. c1 T" T6 C 很遗憾，不能。
4 q; g9 b r+ b1 _ 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 l! R: X3 w& 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？
; Z8 J& o& q2 v$ p 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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