引自【读懂通信】网站的特稿专栏
# ?: b# R& L1 t$ I- I! g 1. 什么是噪声与干扰
: j. j4 i4 I% ~2 t& n 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。
& _4 V% n6 m4 ^" i( m4 g 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。
/ c7 ^: @6 l' i! \' c, G 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。 ; K: T: U: B/ E* H& d5 q
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。
0 _+ V" R" k: o4 T/ k- }% `/ | 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。
7 C- m2 |/ a0 P# | 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。 2 b8 c o* Z; V$ I
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。
# X6 F+ X7 t) K 显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。
- h5 R g) @3 P# M0 p! m) {7 y 2. 如何抑制噪声2 X' _, F# j2 D& i C; 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。
9 d }( M9 h* {- [! a3 g' R" W 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。 ; H0 h& ^- w- R/ I) t C% `3 q
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。
0 n# u0 ~' \; L: h( j/ S 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。
# C; p2 d2 j( v) r# V4 R 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。 # a% s3 J$ y/ |. k% 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。 2 j) I1 F/ e, l
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。 5 s9 J+ ?" i, z @
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。
d3 U2 [- t8 z0 t6 u0 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。 - ^- j+ B: C9 D& w+ J4 ?
3. 如何对抗干扰
9 o7 ]8 n" i- _; K7 S6 {: _ 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 H) n1 @9 w7 P' w- w$ o: s
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。 % U) G) P4 w, A$ c
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。
+ g6 b# x6 Y- m1 B/ ~4 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。 ) c: t) X; t9 P) o, f
解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。
0 I8 [* ]8 E. f& Y' }2 r 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。 7 l, Q. c4 [% ^, Q D! o$ _" u6 C! g
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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。
: A5 z: o! U% v- w' b- t 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' z$ U. }1 R. h9 Y, [8 N 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。 + g6 y3 W8 t5 E1 B g! l' a- D" B
4 T' P, l, f, i( 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。
9 c8 H8 t7 \& y) S2 U% G. t! M 4. 什么是扩频技术
. K! d2 @- F) t* z6 f4 [ 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。
: H( l: d' d0 @( n3 F! B 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。
" G: p7 R+ i8 G 这样大费周章，目的是为了对抗干扰。
. G0 K! j$ n. 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。 : q; x* E M7 W4 e( W$ B8 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？
9 U0 D' [! {4 u V9 k1 G8 L. F7 x 这就是扩频技术的出发点。 3 v* A4 z5 [5 H* {+ f% U
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。
! e3 |( R3 N" e 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。 3 T, G3 G8 i) E! z3 w# U4 z# a" 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。
; j% c* A; ?& Y1 o 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。 o0 r# K6 r ~2 j$ w8 ]
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5. 为什么说扩频无助于抑制噪声( {: F$ i) b- ^! g9 ^4 j, ?+ N
扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？
% M* ]* t0 U: Z 很遗憾，不能。 2 r. X' e7 a" U3 A; z
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？
; Y$ J" K9 n0 H9 l 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？ $ p2 V s9 B5 z$ W9 N; 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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