引自【读懂通信】网站的特稿专栏% ?' D; `% I; i( W) J
1. 什么是噪声与干扰% |) @# j/ N7 X& K" y% _1 d; [/ X
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。
# b* X6 }4 U& Q( J 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。
! c" Q- |8 M) C8 _9 q% s6 i 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。
4 V0 Y+ }# G9 ?5 R& L 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。 ) R5 o. O( M- J) P6 q3 p# n6 H
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。
0 B9 S% a! H i- n 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。
! U; K/ Q( K" A! w 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。
' M+ G7 g5 S1 f( Z7 l# s 显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。 & }/ g/ F, s* S; T
2. 如何抑制噪声. z2 \4 `0 I: b5 a1 S. b6 w
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。 $ Z4 Z. R% V" B# _; D% _5 n
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。
8 q! f; j& B: [0 T! }6 L5 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。 " b5 z' U& V0 o; K0 H& e: |; o
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。
+ X& ?" r& ]. [4 D4 P 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。
' e5 ^' z% J2 W- \3 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。 ' _$ P9 o$ r# P% s1 V$ B- ~. m# ^
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。 + @# ]* F( ^" t' A3 P
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。 5 X+ m! I& a9 R, d 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。
I5 w5 n( d3 @; o$ j: n/ ` i 3. 如何对抗干扰3 e5 Z5 v) d. P) i
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& L" _! V, q) X8 ?: 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。
8 { S9 O# A1 Y 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。 , b& @" O& y' o$ }0 D- J
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。
* @4 t! \7 ?% T7 O* T 解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。 ( O$ ^) J. J, f* }8 m+ x) r9 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。 0 A& V; l6 m' a9 B7 t
6 u) |5 m$ s$ H6 Y& a: P/ M A7 s 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。 0 X9 n9 u+ q+ s% L) K6 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。
) m: f, F8 G p% n 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。 ! A' g( i+ z5 H! H1 k) G4 B- l
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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。 2 b' T P1 o, y1 K6 ^. ^9 A" H; T$ E
4. 什么是扩频技术$ W6 k9 V# ]8 s" C
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。 % ]( T- C, o# }( H2 o% { L
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。 9 j: W3 K: D7 X9 X0 a& J
这样大费周章，目的是为了对抗干扰。
( z4 {$ e& `; ?. Q2 c5 @7 c9 U 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。 * d! w5 `& s6 f" X: ^2 h6 J) U
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？
, ^$ H3 o# ~% D9 Z* o8 f 这就是扩频技术的出发点。 : d/ j: ^6 {; z, a. Y; [
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。 4 F+ M! m i/ ^* ?* \
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。
6 T& ^ }4 n& Y! r- L9 I& R 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。
+ F3 p! J; l7 y9 p J0 k2 Q 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。 $ T L8 t' D) p9 y, m
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5. 为什么说扩频无助于抑制噪声
9 v* i" s- `" _' D2 C5 M 扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？ . d, x I9 t; o$ O: D
很遗憾，不能。
9 L* z6 a5 @' y! J) I. i 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？
/ i2 X" ~ w. g0 Z) e 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？ # N5 M- Y3 U+ Q2 q( 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。
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