引自【读懂通信】网站的特稿专栏0 Y8 N6 }; ^) N3 K1 E' P: V
1. 什么是噪声与干扰
1 _1 ` @) r: o6 s1 f6 p1 K' \7 L 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。 ' Q0 n h& D' e) o' g9 J4 ~+ @
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。
, g w* m3 R& ?. W c 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。 , P2 V3 f+ F# `0 L V
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。
. }$ M3 ?3 U# ?, C 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。
5 H8 x* e k1 q& i0 g: V. P 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 @* T! h. W' K. q5 i
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 q4 p8 q8 u' f8 V* M 显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。
9 [2 e* a! g {7 h b0 W0 O 2. 如何抑制噪声
* `" A; {/ c0 R2 b 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。 / y8 y% I1 }7 `. o t a3 V: T
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。 9 [( f7 A& n( F+ y+ [8 \
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。 , H$ p& S& H4 M6 \; L) C
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。
- f; u. H9 R% N$ E1 s h1 M 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。 & j* Z) k( ?- ^. j5 M. l% h
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& F6 x8 x, p! ?3 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。
2 H+ g2 A8 h5 X& t! R7 U- l 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。 - d6 n4 M/ E( T, x+ n" s8 Z$ y
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。
/ \( G9 _, K3 T2 C 3. 如何对抗干扰
1 K8 p3 c# x1 U2 \ w; E 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。
% C6 l- z9 r" Q) o/ P9 D 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。
& ?7 l5 f9 M" M3 Q3 p6 ?& l 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。
}* ~* K2 k* H8 @% A 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。
/ H5 G2 ^- {( Q( g 解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。
$ I! o& S$ Z) Y 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。 ' G3 d; R3 S, h. L( I
0 ]' `2 T) i* \( O* [ 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。
8 ~. k+ f. i: z7 B9 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。 * s$ o x \ P" k% X/ f
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。 p& h6 F+ A: d# X4 z" @
! N }# V# ]5 I, c+ D" J 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。
+ b. c; ?& Z' K: f# c J v( c 4. 什么是扩频技术
7 h5 b4 U# G# Q+ r2 F* D; u2 m 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。
% n) v8 |) j4 e4 u" X% K' u9 n 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。 0 q4 |- E7 Z) D, j8 ]8 J6 j$ O
这样大费周章，目的是为了对抗干扰。 & G5 ?- a( I4 d
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。
. M* s$ t2 B4 m0 \( Z( c+ _$ M 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？
) E6 D- Q3 s" u6 B 这就是扩频技术的出发点。 , Q9 d. s: I8 D8 \/ G' w
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。 ) _' f! P2 t9 k( A$ K4 J9 d
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。
8 y% p+ ], J: r. J$ \! A" o 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。
R6 F3 c' T* k s# S0 t4 b 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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- l5 u6 S3 ^: Q5 E1 i! f 5. 为什么说扩频无助于抑制噪声
* Z ]6 E3 t. {/ B4 i0 s 扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？ ; b9 r) O# F+ r( a6 r
很遗憾，不能。 R* C- e+ s* {, X) M* p
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？
+ Y" `, r& n0 n8 J7 y 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？
- w; M Z5 D7 t6 {0 [) v9 y& d 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。 Z# v( i* T% p l V ?
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