引自【读懂通信】网站的特稿专栏3 Y i& H7 D0 i7 }+ y! i3 b
1. 什么是噪声与干扰: g$ E0 ~4 l- [: Z/ _8 T
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" X6 A( N8 z! _% | 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。
! Y4 }% i/ O4 c/ s% }0 `! C9 d 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。
9 X, J$ I) l& v3 M1 F: { 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 t9 o" Q; {4 {8 k/ g% p 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 [7 x* \4 Q E0 a$ |
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。
" m( C" n2 l5 ^) h6 { 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 N8 e0 x8 p! O5 r
显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。
" t, _/ U! H% a2 [' w 2. 如何抑制噪声
: T. D) |9 d: v 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。 . y# |( G/ w- z/ F. V
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。 $ W8 J+ \0 P; Q8 s1 b2 M; b
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。
. Z3 ^" m6 P5 i 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。 ; r! u, t; d1 `, n J9 r9 F
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。
7 i0 H3 z3 W0 W7 w! n& x n e 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。
, _- I% H: { u# @. _ 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。 * p7 o4 A2 L% p& D/ h( M1 b
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。
: [8 l8 \' m0 z p 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。 6 d% k9 [+ h* }6 @& l8 S
3. 如何对抗干扰 Y: [. [/ I. J% Y' n
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。 . m0 G5 [1 {# t d) P' V' i
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。
/ @6 H, l0 c6 H, L; y 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。 9 L2 ~/ T6 g. H7 Y- @9 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。 9 N9 A& O$ c O+ b
解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。 % ?" B4 g1 I8 a/ S+ A; n' b
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。 ; o j+ T: r. C# K2 K% N7 k
* E! o) A& _ J0 E9 y 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。
* h5 o: _9 R% [4 l, T8 Q 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。
9 t! Z' ]9 b* }6 P A* ` 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。
- W- k* d4 B$ m0 z/ r
9 ^8 {3 v1 E# {: k 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。 3 T0 M% ^- w; G& @+ k
4. 什么是扩频技术
7 z/ P. H/ B, a8 D- f8 T 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。 0 S, j5 B2 ?* ] X1 Z0 M
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。 $ o& R: z) d1 d8 C% j$ `% E
这样大费周章，目的是为了对抗干扰。 ( k+ H( D/ r) j" s. J% B c( n1 O& `6 V
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。 6 e% P' Q4 |& l0 G- b* _5 P2 B
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？
1 v0 Z3 D: L- h+ ^0 e/ @' x$ t 这就是扩频技术的出发点。 * J- R0 }: p, M+ U" F
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。 % Y; [: ]. D* N" B2 P8 o" I! h
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。
* @0 s0 E8 k: C$ u5 ? 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。
8 t* G9 n8 f: Y$ p" m 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。
8 r: y6 r2 t- q& H: M 9 d8 R+ K+ A- Q: N5 i' Y0 g6 T5 | c
5. 为什么说扩频无助于抑制噪声
% ^% I2 N" u+ R1 f0 N. F 扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？
( c. n( f3 d# s+ Q( C5 W1 W 很遗憾，不能。 ! a5 ^, z4 W8 W0 q
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 X E: O- Q# V& a u
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？ ) ~ h9 H# Z- q/ ]$ u5 x
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。 ; q1 R/ B3 x& O& n h
. V- t z: g5 d8 W2 E/ d
# c1 z, O ]. h# Z" I8 n- q( c% T' C" d: S' r
, U$ M1 i5 t5 Y+ y2 v- H% U1 j
| 
