噪声与干扰：影响通信的哼哈二将

引自【读懂通信】网站的特稿专栏

1. 什么是噪声与干扰

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。

; p% h1 ]3 N5 A" W% q' S0 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。

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。

% w( H# ]- [7 @2 y

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。

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 v& |3 S1 y ^

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。

0 T8 o2 ?: f) R$ l: ]% Z; ]

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。

显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。

2. 如何抑制噪声

: W5 E" k( O0 t- `8 ~' J

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。

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。

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。

( ] i/ Y' N, h

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。

+ u* J+ z* V c/ ]8 O2 o+ j+ Q3 A

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。

6 b/ E% k1 N" Q

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。

. Z: j5 E+ v' _8 P; j6 p! a9 e

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。

/ ^. _8 u1 G& C7 C$ c

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。

# p4 r2 m# a0 \

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。

3. 如何对抗干扰

' B2 G: m l2 ?8 Q5 p. A0 S* {

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。

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。

. k C- Y; ~8 K9 w5 o) w) B; ?% `

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。

3 n: G. L& r' N! M9 I

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。

解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。

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。

( e0 G: O) l! Y$ {. k+ n

空中接口学园--[连载]正交面面观​www.pch.com.cn/bbs/dispbbs.asp?boardID=30&ID=2602

" x- G! Q0 U% O1 c& A7 ?+ D

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。

( O6 I. p, }5 P% R

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。

' o. C p! |+ K5 {

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。

孙宇彤：移动通信系统如何对抗干扰5 赞同 · 7 评论文章

% P5 G( Q, _0 j7 G+ E: x

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。

4. 什么是扩频技术

! s2 T7 { F) C/ e9 A

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。

$ c+ f: H# N% s' B; l& t

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。

这样大费周章，目的是为了对抗干扰。

3 V- M6 p5 o% D1 ~4 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。

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？

这就是扩频技术的出发点。

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。

! t9 Q+ G/ d7 K8 S

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。

# A* g; e+ d- V: ?

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。

- f- b( f7 S6 h

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。

; A6 @4 A; @# S A* v: d0 R/ f

【读懂通信】- 什么是扩频？​www.readhere.cn/page.php?id=1654

5. 为什么说扩频无助于抑制噪声

/ ^9 r* J7 k2 g- M

扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？

很遗憾，不能。

0 P2 Q9 K0 P3 K! w, 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？

: u U4 Y& [4 i- e; 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？

% F$ @8 e* y8 U4 W3 ]9 ~: I

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。

* I u8 L$ x+ k m1 N $ w }$ _* Y* w& T) Y9 l ( t- S$ s4 A# _' ?2 H7 r