引自【读懂通信】网站的特稿专栏
1 f/ f$ M5 t$ U; i+ O6 I' P 1. 什么是噪声与干扰
( Z! b$ @+ V4 V& F1 { 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。
0 L% e# r( ]: o( B& F$ t 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。
6 P/ a* t1 @1 A! ` 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。 - d- b" g+ ^, _9 O; @6 r
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。
# [4 ^: y3 K. X% d5 ?6 [ 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。
: G" v* `4 m- W/ Y/ X 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。
% _+ x5 M4 y- c6 F' U 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, i. p- E6 V: @, f- u, Q
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 C9 i' Z9 Y! R0 n( I6 s 2. 如何抑制噪声
) a8 [' I2 S9 P& ]1 b- I 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。
/ s* }$ {) X0 d 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。
/ K- w$ R1 s7 g, z) h 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。 & p9 N% a: s8 ?7 A3 z \+ r
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" Y, H2 P7 @! O; {& z% C; Z
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。
: V/ B. H0 L$ t3 [8 ^ 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 p" H9 {& `! e7 L& U3 q: J 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。
; C, Z+ {; Z3 t* S/ L$ ` 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。
" }* }3 I* c3 I8 C, M' l 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。
+ ]2 v5 M' @" J4 y; ]: q 3. 如何对抗干扰( R& R, v" A5 N" D
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。
1 v" M; E, n5 V, L 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。 : p! Z; E8 z3 \+ x2 E- j$ K% a9 ^6 X3 E
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。 8 j+ L+ g0 W4 Q6 `9 c
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。
* M' W T- Z+ K* Q( V 解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。
* V2 }( q6 |, r) U k1 M 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 K Y) p# z1 \3 W [. L& b! v
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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。
1 Q, u9 C8 ^/ y" S7 ] 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。 , Z1 s& n0 p! b2 O
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。
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' E/ h3 V7 z! d1 e; V9 [ 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。 & z) B! K" y" A z4 q
4. 什么是扩频技术
' q/ [7 x* Q" L2 V ~3 k0 S 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。
( R" t+ y! o2 z) `# u$ {; D, w' E 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。
: Z0 c% }0 A, m4 O8 E, Y# y 这样大费周章，目的是为了对抗干扰。
* Z1 [! R/ A# r- ], S 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。 0 S" ~3 _/ ?, b# ?9 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？
8 c- p7 l5 H* x! O0 V3 u 这就是扩频技术的出发点。 4 p( v' A! 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。
) y9 L% r D, U 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。
; |4 t% d- c2 v0 M4 J3 x* R9 x! O, 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。 ( T4 J2 g5 v+ r' z' M7 L8 }
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 r6 T% r! k. `; L
/ _% W- e- O4 Y! W 5. 为什么说扩频无助于抑制噪声
% P! `- p" @ D7 B& `, F7 l 扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？ % L6 x5 E% Y- U! P, V- d* m* \) ?
很遗憾，不能。
7 O. J% f: N" s5 ^ 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？
6 s# \/ p7 K. d 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？
T$ F- [0 E. k' r% S; Y2 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。
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