引自【读懂通信】网站的特稿专栏% M! v- X( t& o3 U( g8 Q
1. 什么是噪声与干扰
1 |7 e$ w( P6 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。
. u+ {, h; C8 `, Q/ k 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。 5 N, N& a* X2 I [5 M
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 O- F9 [$ v; ]0 a) t& u: ] 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。
& j2 s: s2 {) a 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。 ; e q7 G) p' q) @. S
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。
8 y) [& A; w5 P h! W- k! E7 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。
. i, [8 [. x; W9 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。 : T6 e# {- m. O' p7 {
2. 如何抑制噪声4 B" F) l! p' o: D4 N; H$ F: T
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。 * {4 Y0 Z" H3 o- q% c
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。
7 ?$ `9 ?1 \: O, w! d 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。
' y2 ~$ R7 Y W* L3 H1 b- s 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。 * h& e7 `* \, ]" i; w' W
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。
5 E7 c z8 h' M/ h0 _ 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* u" u; P! a
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。
7 B9 A# F3 o2 I0 i 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。
- k5 M2 c, L0 A5 T& m+ f" e 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。 8 K& |2 V$ R) ^+ ]3 w: l$ H
3. 如何对抗干扰- y* u7 }. w4 r7 Z$ s0 l
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。 - J6 i7 Q4 E \1 O7 E* j* K3 \2 V% z$ W
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。 ) a6 @1 Z& m) |" r/ o, a( {* v# m
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。
/ p+ d% e3 a7 j; N: Q+ U% b) z! h 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。
" ^, t1 j, O& |9 n6 M; h 解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。 * n( A. J- S5 m8 Q0 D
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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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。
/ J+ Z% p0 J0 m; ~ 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。
/ D: m4 Y# m+ u( a' m6 H( v1 z: L1 x 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+ }6 o. Q! n/ x* \, j. Q
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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。
0 ?( c# ]5 }- {+ B! d1 s# ` 4. 什么是扩频技术
- G: e& K- x; |. |1 l( P3 U7 g 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。
D, a1 \! n. w+ A/ w# _ 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。 - u! Y" m4 d `6 ~/ [; p
这样大费周章，目的是为了对抗干扰。
% V' a8 c8 Q7 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。
; S' r* |) r5 n) Z. ]. A' ~ 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？
4 Z& R8 k2 ^1 v8 ]4 W. d; Q 这就是扩频技术的出发点。 F. W# X3 ]' N; G
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。 ! s4 y9 V$ ~/ @
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 v# {' B8 P' S. j8 k- E' t5 k4 T+ S+ d
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。
" b# J! y8 z# `5 ^ 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3 \& S, G8 v1 f( M. Y
扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？ 5 i, d3 F$ f; `* Y G) }2 B
很遗憾，不能。
0 X" @7 k: O8 X4 b0 s 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？
) E" W2 t+ V2 [7 b$ h* _- R9 C 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？
% j$ _5 E! _6 T4 @ 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。 8 u3 c5 h( P S$ t4 l l1 |
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