引自【读懂通信】网站的特稿专栏* _ q! K% H- a: c& @9 T; S& ?
1. 什么是噪声与干扰
, ~) |( V9 `, b5 C, z* v 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。 7 a- b* d$ ]% R, K7 l8 F$ L2 g9 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。 3 W1 U$ \, `) S# g6 Q9 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。
( A1 m4 T* p/ `2 s 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。 ) d! E) p) A: m8 N( t3 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。
4 E+ n- m% i" a0 |2 [% Q 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 V7 t. K! |) o' f0 c2 W: d2 ` 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。 ' J; H( A r7 W& V( 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。
7 F1 N9 u. V% G 2. 如何抑制噪声' n% `' }) i3 {. t2 H# S
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。 6 e8 L$ M9 Y( ~2 e3 C# U
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。 : i! o6 X% I! {& s- |! ?: T" p
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。
- S8 {9 i9 i- c* `$ i) E' Z7 a4 q* z9 y 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。 " g. n. J! B0 C! r- Z% F1 V# P7 O
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。 : z9 ~- D# m* F- F. {# ^2 x) Z
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。 ' S8 k3 W# Z5 k8 n
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。
( ~3 U7 W H$ _ f8 a 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。 4 q/ i6 V0 _3 O! r& J" `9 N
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。
d2 H4 h& y V% w6 [" C' p 3. 如何对抗干扰
4 Q T# ~4 j- _2 ] 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。
) a3 {& ?+ ]9 r O5 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。 " b7 ^$ \. {$ j }6 i1 f9 Q
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。
, R; G4 ^1 F3 L8 l 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。 0 q% Z! I; s% z
解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。 * D6 u: M- f; u( `( u% N
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。 1 Y+ n6 X( p+ f( |( l
, @1 \9 N& o3 Z( @! E: e 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。
% u1 @7 w( ~, ~7 q) u% Q0 H 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。
( @ _* X0 J( G; a+ D! d) ?9 @ 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。 : T) z" d$ i: f) b
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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 b3 d# R, ]; W. |3 Q1 ]/ U$ z1 L
4. 什么是扩频技术6 S* C1 p F& H
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。 3 _# R% u( o) ^4 b2 p1 T8 Q
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。 & s/ }. u& ^1 x
这样大费周章，目的是为了对抗干扰。 3 A6 N$ }! ?* W1 O7 Q9 H
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。
) O" ^/ L; b/ w) }2 j 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？
, H; P) ^ A- O# [ 这就是扩频技术的出发点。
, t0 r+ i; A) P% M/ S$ i 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。 9 b; L0 y2 W' e4 c4 I0 V. m& l+ M
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。 1 ^2 h5 ? j0 G2 C# z L1 x/ 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。
7 k2 C- x" f+ F" E# } 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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3 \6 v( O- Q$ m& ^( A3 U3 g 5. 为什么说扩频无助于抑制噪声/ `( |" B# n" M# {0 E* f0 e
扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？ ; O2 J- N; W f, g$ Q$ j8 ^" O0 O
很遗憾，不能。
9 G; O: R) [7 C5 K& 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？ ( z, v, [. O) i3 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？ ! V- j1 C& k* | W* Y- [
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。 4 _ |5 I0 j0 W8 a2 t
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