噪声与干扰

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。

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。

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。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。

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。

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。显然，这些比值越大，噪声和干扰的影响越小，接收效果越好。

噪声分类

按照来源分：噪声可分为人为噪声和自然噪声。人为噪声又可进一步分为无线电噪声和工业噪声，总而言之，人为噪声就是由人类的活动产生的。例如电钻和电气开关瞬态造成的电磁波辐射、汽车点火系统产生的电火花等等。自然噪声是自然界存在的各种电磁波辐射，例如闪电，大气噪声和来自太阳系和银河系等的宇宙噪声（这不是干扰吗？）。此外，还有一种很重要的噪声——热噪声（也被称为内部噪声）。

热噪声

来自一切电阻性元器件中电子热运动。例如导线、电阻、半导体器件等。
热噪声的频率范围非常广，它均匀地分布在0～10＾12Hz。因此在一般通信系统的工作频率范围内热噪声的频谱是均匀分布的，好像白光的频谱在可见光的频谱范围内均匀分布那样，所以在信道噪声的分析中热噪声均被视作白噪声。
由于热噪声是由大量自由电子的运动产生的，其统计特性服从高斯分布，热噪声又称为高斯白噪声。

按照性质分：噪声可以分为脉冲噪声、窄带噪声和起伏噪声三类。

脉冲噪声是突发性地产生的，幅度很大，持续时间比间隔时间短得多。由于其持续时间很短，故其频谱较宽，可以从低频一直分布到甚高频，但是频率越高其频谱的强度越小。电火花就是一种典型的脉冲噪声。（举个例子，可以类比于冲激函数，时域上持续时间很短，但它的频谱等于1）。脉冲噪声不是普遍存在的，对于话音信号的影响较小，但是在编码信道中，这类突发性的脉冲噪声会给数字信号的传输带来严重的后果，甚至发生一连串的误码。
窄带噪声可以看作是一种非所需的连续的已调正弦波，或简单地看作是一个振幅恒定的单一频率正弦波。通常它来自相邻电台或其他电子设备，其频谱或频率位置通常是确知的或可以预测的。窄带噪声也是只存在于特定频率、特定时间和特定地点，所以它的影响是有限的。在适当选择工作频段的情况下，这类干扰的影响也是可以防止的。
起伏噪声是遍布在时域和频域内的随机噪声，热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等都属于起伏噪声。起伏噪声无处不在，所以，在讨论噪声对通信系统的影响时，主要考虑起伏噪声，特别是热噪声的影响。

如何抑制噪声

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。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。

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。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。

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。

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。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。

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。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。

如何对抗干扰

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。

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。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。

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。解决这个问题，需要借助通信技术中的核心技术——正交。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。

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。

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。

什么是扩频技术

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。

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。

这样大费周章，目的是为了对抗干扰。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。

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？这就是扩频技术的出发点。

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。

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。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。

为什么说扩频无助于抑制噪声

扩频是对抗干扰的好办法，那么扩频能抑制噪声吗？很遗憾，不能。

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？

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？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。