引自【读懂通信】网站的特稿专栏
6 K8 f* G# l8 Q4 R( i- F% j3 A 1. 什么是噪声与干扰
3 @& S N* y8 g S' c% ~! b 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。 9 t7 o3 Z6 n9 w7 L8 R8 }
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。 ; o$ u) r6 F7 k. p
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. g' o2 F6 \1 L$ D 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。
9 \' J l l9 U, 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。 ; @# B! A1 H, \1 k
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。 . Q/ P3 c& H" k0 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。
+ K) F6 G+ ~) ]+ S7 P0 H 显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。 4 o* m7 c) `* [! i" {
2. 如何抑制噪声, z# ^1 O/ u1 [9 ^- w/ \4 N4 t
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。 " W/ @! \" y' _' I
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。 9 [9 n+ @: A$ d, O" |- ~
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。
& k( H; a' N/ ?8 W \ 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。 * n. d, c+ P4 I1 @5 a$ D
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。 " k4 u! Z/ r* 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。 , ]6 E: }. p: }
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。 " E1 S3 b" i- p: [/ w7 U. F
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 k% G: H) ?( E w: I/ c
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。 / K8 m' S# r& c# J# L; W9 S+ E
3. 如何对抗干扰, S: l: @6 i. r
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。 7 m/ ~4 j9 h' O5 H8 e
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。 ' i5 [$ d. S4 ~ x
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 U2 K" j4 w1 ^8 ?% } 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。 + j6 l. B+ m; j# V' b* l) q
解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。
& ]" X' G7 `3 f2 [+ N5 W, V0 c 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。
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a# E" G6 w7 {# T/ s' o1 \ j9 c9 ~ 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。 . E4 }& d" X/ G6 B6 E0 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。
, D! ^/ a5 H5 B9 | X' i 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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! H3 u; {; P: M# g' G3 S; ~ 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。 # M" ]3 E' t" F! T! g2 d
4. 什么是扩频技术8 b G, O8 m, X7 Q* y5 Y! j6 j* ^4 q 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。
% I/ k( B% `: r0 N [ 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。 " C4 g; v6 D% p2 E _
这样大费周章，目的是为了对抗干扰。
7 N4 B9 |# E1 o+ a* ] 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。
* Z J6 S/ i( M/ P! o0 K8 [& N 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？ / H8 f m3 r% A( E. d0 a l
这就是扩频技术的出发点。 & K( h6 l! g8 m7 c2 T! Y: M& r, E
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。
1 h q" r; U- y2 R& L! P* ?9 x 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。
" W# f5 j8 h: n1 [/ F 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。 9 H. O/ A# D/ F u
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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5. 为什么说扩频无助于抑制噪声# I* j% S2 W5 m Z: B5 d
扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？
: S: n- \/ h( l6 ]) R( E 很遗憾，不能。
7 D* M: y: C& Z `2 J6 ` 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？
8 ]6 a2 C! e* H. D' M 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？ # w& S0 t, e @% Q6 }* J% y' z: 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。
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