引自【读懂通信】网站的特稿专栏" E1 _* O8 A. z2 X; `. L( P: C3 S- }0 R
1. 什么是噪声与干扰
( l5 k& E# O/ V1 g a 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。 " E. H& l8 I6 U+ ?- `7 G9 \7 U
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。
* Z: w; J% k% D0 Z( E% ]- T 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。
0 W# f) y: S/ S. P7 f$ j 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。 3 a9 q2 {# d' H t3 ?: C2 u
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。
# J7 o c C8 W8 ] G6 d 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。
C6 j& F D6 N, m; b 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。
7 q+ r8 i& {5 v6 I1 F: [5 M- j$ u 显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。 0 B+ V! d: s. \5 g4 F- E5 M
2. 如何抑制噪声, ~7 h: F+ J9 b4 \; T: \9 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。
' z5 F3 l$ Q5 E3 L) B! y1 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。
& H5 L6 o9 a2 {6 |9 N4 |$ G 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。 4 w: c5 X u! }9 @ L
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。 ; p: R# X9 Q8 m
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。
9 S9 n) {$ G. t9 \0 G& V/ I 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。
8 B z" O- {: E9 S- D. {+ |% g, @5 x 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。 " j0 Q8 ~ u# a, 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。 w% B k5 d+ x/ o. c2 y
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。 . b; s4 p4 W' }, \
3. 如何对抗干扰5 ]; p* r \( k/ 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。 % I; c/ E, J. s3 X( M: b/ c
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。 ) A# q& _% g: b9 B8 i/ N
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。
- A Q& q* w& l3 P: y# v" z$ T, @ 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。 , r& j9 w/ v. |) T' r
解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。 & t5 t! D) i! w& |/ F" N3 M6 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。 2 s4 }( K4 p9 ^. b5 [" Z
. n. _* P N' C. s' }) D; F3 J 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。 % K2 v6 \/ ?* H, I' i/ g. Y( C! ~
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。 / |& b$ _) n# 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。 ) n' z1 M3 O/ m$ C8 O+ ~
0 M) S# G, j/ M2 }# E! ]- ] 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。 $ c; J9 F% D9 M# b3 f
4. 什么是扩频技术
/ E) Q0 ^2 e2 H9 X/ 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。
* u2 ^8 @. f6 R3 j( Z& V0 r 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。
( j5 P# g& M/ a0 O* l, \# r 这样大费周章，目的是为了对抗干扰。
+ v+ `. M5 L# ~+ ]- q: |7 S) W 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。
) c4 d/ e6 b# D" w. r 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？ 7 }% W7 `# d. R( e1 Y
这就是扩频技术的出发点。 ; H# s: B& R0 d/ J- A' J/ T
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。
( ?# a, s9 Z. }# q+ t 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。
. x5 P. _7 ~! o* x. G% @* R9 f! M 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。 ( g& U5 l4 B2 y
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。 6 D% Y( U/ G: b+ C* A& e
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5. 为什么说扩频无助于抑制噪声; f) n5 X6 H% B5 l
扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？
: m u" G) ^3 c e 很遗憾，不能。 & b1 E' V% y9 ^" H
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？ . _5 }$ [4 b, j0 q/ ?, W! t5 |
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？ + U, ~& p5 x1 Z
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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