引自【读懂通信】网站的特稿专栏
& F, _, u+ q) N. z- _3 F 1. 什么是噪声与干扰
! R+ U& s7 I9 N( H 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。
) s4 s9 V7 j H* B 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。
0 Z% g, G# W2 X4 C# r 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。
! U. ]2 ^+ I" Z! U5 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。 6 L; u3 M" p* I9 W" {6 z' 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。
: ~. ~9 J" T* J) F% G 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。
. o5 |2 H! y) F 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。
/ I- `$ m8 J9 G2 ]; \' q8 w 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- L# b8 g5 u1 k9 A 2. 如何抑制噪声! o' |# F( Z# v6 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。
$ V% u9 D3 s3 O3 p* j5 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。
: g7 a, g. T( [: v 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" e1 V" K6 `2 ?7 X 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。 4 B- Z! _5 k+ s- ~/ f
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。
# v$ o$ i, x- n* I3 q9 B* D f 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。 . h* N, Q7 d/ p# W4 P( `
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。
( z7 I4 J7 B: ?; f4 j 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。
# \& C' [7 W" ^7 R; d 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。 , S) z9 Z) B" V7 D' A1 S- T
3. 如何对抗干扰
) d, k( {2 E6 E, m' K6 m2 z; c 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。 ! k. M4 L& e, O1 e/ }( o
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。 ) e- G1 h; h4 U- v$ ~
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。 ) n# R; z4 ^7 e9 Z, C6 G
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。 ( F. V* _" d, x
解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。 ~. J) B- N5 {: f: O
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。 2 [( {. X4 r; w$ `/ C: z
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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。
+ T2 v5 N1 ^/ u) o! E# q 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。 1 H* k5 j* r0 e) I
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。 - o, n7 n+ R8 m
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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。
* v" b. [- o. E 4. 什么是扩频技术5 a8 K% Y3 ~$ K, }0 F2 d% _+ 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。 6 p* D N. D5 X( D/ B
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。 ! |2 i# G z. M( o7 ~5 U% i
这样大费周章，目的是为了对抗干扰。 7 T8 J7 d3 r2 T5 _: i7 v0 e0 `. }2 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。
) R: F( w' p5 l' |7 W 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？
. m) q! ]* y! V3 j& I 这就是扩频技术的出发点。 3 [3 q9 V0 s, F5 z
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。 0 v( c q* B' H3 a- \
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。 9 }+ |; ^- Q5 u, d7 A' j( i
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。
3 O. Y ^; e) B' N2 J3 j 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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5. 为什么说扩频无助于抑制噪声
k) q( L% {, Z6 ]& l/ K& g 扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？ 7 X! ?9 a/ f4 ~. o$ N* w
很遗憾，不能。
+ B! \9 G; R3 B+ s. H' \$ b# 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？
& Z" i$ X/ k- t% k& {2 [+ W 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？
/ M; ]- L3 f6 I( Z/ b' l6 b 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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