什么是CDMA技术

码分多址技术是一种通过为每个通信信道分配独特的编码序列，允许众多用户在相同频段上同时进行通信的无线通信核心技术。它并非简单地划分频率或时间，而是利用编码的正交性来区分信号，从而在抗干扰、频谱利用率和系统容量方面展现出显著优势。本文将从其基本原理、技术演进、与其它多址方式的对比、在移动通信史上的关键角色，以及其技术遗产与未来影响等多个维度，进行深入剖析，为读者提供一个全面而透彻的理解框架。

       在探索无线通信技术的浩瀚星图时，我们总会遇到一些奠定了现代移动通信基石的关键技术。其中，码分多址技术无疑是最为璀璨和具有革命性意义的星辰之一。它不仅仅是一项技术，更是一种独特的通信哲学，彻底改变了我们共享有限频谱资源的方式。今天，就让我们拨开历史的迷雾，深入这项技术的核心，去理解它的运作机理、辉煌过往与持久影响。

       一、 多址接入技术的基石：从“分”到“编”的范式转变

       要理解码分多址，首先需要明白“多址接入”这个概念。在无线通信中，如何让多个用户共享同一个基站或同一片频谱资源，同时又能清晰地区分出彼此的信息，是多址接入技术要解决的根本问题。在码分多址技术成熟之前，主流方案是“划分”的思路。

       第一种是频分多址技术，其原理是将总频带划分成若干个互不重叠的较窄子频带，每个用户独占一个子频带进行通信。这好比一条宽阔的马路被划成了多条独立车道，每辆车行驶在自己的车道上，互不干扰。第二种是时分多址技术，它将时间轴划分成周期性重复的时帧，每个时帧再细分成若干个时隙，每个用户在规定好的时隙内使用全部频带发送信息。这就像所有车辆共享同一条车道，但被严格规定了通行的时间顺序，轮流通过。

       而码分多址技术则跳出了“划分”的框架，引入了“编码”的维度。它允许所有用户在同一时间、使用相同的整个频带进行通信。其奥秘在于，系统为每个用户分配一个独一无二的、具有特定数学特性的编码序列，称为“地址码”或“扩频码”。发送端用这个编码序列对承载信息的信号进行调制（即“扩频”），接收端则使用完全相同的编码序列进行解调（即“解扩”）。由于不同用户的编码序列之间具有“正交性”或准正交性，在理想情况下，接收机可以完美地从所有叠加在一起的信号中，提取出目标用户的信号，而将其他用户的信号视为背景噪声滤除。这就好比在一个嘈杂的鸡尾酒会上，每个人都在同时说话，但你能专注于与你对话的那个人，因为你熟悉他声音的“编码”特征。

       二、 扩频通信：码分多址技术的物理层内核

       码分多址技术的实现，深深植根于扩频通信原理。所谓扩频，是指将原始信息的频谱宽度，通过某种方式扩展到一个远大于其自身所需的频带上去进行传输。这个过程主要带来两大核心优势：抗干扰和隐蔽性。

       在码分多址系统中，扩频是通过将用户数据与高速率的伪随机码序列进行相乘（或模二加）来实现的。伪随机码的速率远高于用户数据速率，这使得信号的频谱被极大地展宽。在接收端，用相同的伪随机码进行相关运算，可以将扩频后的宽带信号重新压缩回原始的窄带信息信号。而任何不匹配该伪随机码的干扰信号（包括其他用户的信号、自然干扰或故意干扰），在解扩过程中反而会被进一步扩频，其功率谱密度降低，从而被后续的窄带滤波器大部分滤除。这种“变干扰为噪声”的能力，是码分多址系统强大抗干扰性和高容量的物理基础。

       三、 正交性与伪随机码：区分用户的“密钥”

       系统能否成功地区分不同用户，完全依赖于分配给各用户的编码序列的特性。理想的编码序列集应具有良好的“自相关性”和“互相关性”。自相关性是指一个序列与其自身时移后的序列之间的相关性，理想情况下，只有在完全对齐时相关性为1，其他时移下为0，这有助于接收机精确同步。互相关性是指不同序列之间的相关性，理想情况下应始终为0，即“正交”，这保证了用户间的完全隔离。

       在实际系统中，完全正交且数量庞大的序列集难以获得。因此，广泛使用的是“伪随机噪声码”，例如在第二代移动通信的码分多址标准中使用的沃尔什码和长码。沃尔什码是一组完全正交的序列，用于前向链路（基站到手机）区分信道。而长码是一种周期极长的伪随机序列，具有良好的自相关和互相关特性，用于反向链路（手机到基站）区分用户，并通过不同的时间偏移来产生大量准正交的码型。

       四、 码分多址对比频分多址与时分的独特优势

       与频分多址和时分多址相比，码分多址技术展现出一系列颠覆性的优势。首先在容量上，码分多址是一种“软容量”系统。频分多址和时分多址的容量是硬性限制，频道或时隙用完就无法增加用户。而码分多址系统的容量主要受限于总干扰水平，增加用户会线性增加背景噪声，导致所有用户通话质量轻微下降，但不会突然拒绝接入，这提供了更灵活的容量管理和“呼吸效应”。

       其次在抗干扰方面，由于扩频增益的存在，码分多址系统对窄带干扰、多径衰落和其它无线电干扰具有天然的抵抗力。再次在保密性上，未经授权的接收者不知道所使用的伪随机码，很难解调出有效信息。最后在频率规划上，码分多址所有小区可以使用相同的频率，频率复用系数为1，大大简化了网络规划和扩容的复杂度。

       五、 从军事保密通信到全球移动标准

       码分多址技术的早期发展深深烙上了军事应用的印记。其扩频思想最初源于二战时期防止无线电导航信号被干扰的“跳频”技术。后来，好莱坞女演员海蒂·拉玛与作曲家乔治·安太尔受到钢琴演奏的启发，提出了“跳频”专利，成为扩频通信的重要先驱。冷战期间，因其优异的抗干扰和保密性能，扩频与码分多址技术被广泛应用于军事通信和导航系统。

       将其成功推向民用移动通信领域的关键人物是高通公司的创始人之一安德鲁·维特比等人。高通公司对码分多址技术进行了深入研究和实用化开发，并围绕其构建了强大的专利壁垒。经过激烈的标准之争，由美国电信工业协会制定的基于码分多址的暂行标准九十五，在二十世纪九十年代脱颖而出，成为北美和部分亚洲地区第二代移动通信的主流标准之一，与欧洲主导的全球移动通信系统标准分庭抗礼。

       六、 暂行标准九十五系统：第一代商用码分多址网络的架构

       暂行标准九十五是第一个大规模商用的数字码分多址蜂窝系统。它工作在八百兆赫和一千九百兆赫频段。其前向链路使用沃尔什码区分不同用户信道，所有信道由基站同步发射。反向链路则使用长码的不同相位偏移来区分用户，是异步的。该系统采用了语音激活、软切换、功率控制等关键技术。语音激活指不说话时不发射信号，减少干扰；软切换是手机在切换基站时“先连接后断开”，实现了无缝的“Make-before-break”，极大改善了切换掉话率；精确的功率控制则确保了所有手机信号到达基站时功率基本一致，克服了“远近效应”。

       七、 从第二代到第三代的演进：码分多址两千

       为了提供更高的数据速率和更丰富的业务，国际电信联盟提出了第三代移动通信的标准家族，其中基于码分多址演进的技术占据了重要地位。码分多址两千是暂行标准九十五向第三代平滑演进的标准。它通过引入新的无线传输技术，如前向链路使用发射分集、快速功率控制、以及更高效的调制方式，显著提升了频谱效率和数据速率。码分多址两千标准家族包括了多种演进版本，支持从语音到中速数据业务，为后续向高速分组数据网络的过渡奠定了基础。

       八、 高速分组数据网络的革新：仅支持数据演进与仅支持数据优化

       随着互联网的兴起，移动数据业务需求激增。在码分多址两千的基础上，衍生出了专门为高速分组数据优化的两个重要标准：仅支持数据演进和仅支持数据优化。它们的设计理念是“数据优先”。仅支持数据演进引入了时分复用和自适应调制编码技术，在前向链路上实现了时分复用码分多址，可以为单个用户在其分配的时隙内提供全部功率和带宽，从而峰值速率得到大幅提升。仅支持数据优化则更进一步，其前向链路完全采用时分复用，并结合了高阶调制和混合自动重传请求等技术，在理想条件下能提供媲美早期第四代移动通信的速率体验，成为第三代网络向第四代过渡期间重要的数据业务承载技术。

       九、 码分多址技术的核心挑战与局限

       尽管优势突出，码分多址技术也面临固有挑战。最核心的是“远近效应”问题。如果所有用户发射功率相同，离基站近的手机信号强，会淹没远处手机的信号。这必须通过极其精确、快速的闭环功率控制来解决，增加了系统复杂性。其次，码分多址系统是典型的自干扰系统，用户数增加导致的干扰抬升是限制容量的主要因素。此外，对同步要求高，尤其是前向链路需要严格的同步以保证沃尔什码的正交性。这些挑战在系统设计和网络优化中都需要精心应对。

       十、 码分多址与全球移动通信系统的竞争与融合

       在第二代移动通信时代，码分多址与全球移动通信系统两大阵营展开了全球市场竞争。全球移动通信系统基于时分多址技术，凭借成熟的产业链、清晰的国际漫游和更早的商用部署，占据了全球大部分市场。而码分多址则在北美、韩国等地取得了巨大成功，并以其更高的频谱效率、更好的语音质量和软切换等特性证明了技术价值。这场竞争也推动了技术的快速进步。到了第三代，两者在一定程度上走向融合，例如全球移动通信系统的演进标准宽带码分多址，也采用了直接序列扩频的码分多址技术，但具体的实现方式和参数与暂行标准九十五系列不同。

       十一、 码分多址在第四代与第五代移动通信中的遗产

       进入第四代长期演进和第五代新空口时代，正交频分多址及其变体成为主流的多址技术，因为它更适应高频谱带宽和高速数据业务的需求。然而，码分多址的技术遗产并未消失，而是以更精妙的形式融入其中。例如，长期演进中用于区分小区和用户的扰码、第五代新空口中的部分参考信号设计，都运用了伪随机序列的思想。更重要的是，码分多址所代表的“通过编码区分用户”的理念，在非正交多址接入等面向海量连接的第五代及未来技术中得到了复兴和发展。非正交多址接入允许不同用户在功率域或码域非正交地叠加传输，在接收端通过先进的多用户检测算法进行分离，可以视为码分多址思想在新时代的演进。

       十二、 技术原理之外的产业与专利视角

       码分多址的历史不仅是技术史，也是一部深刻的产业和知识产权竞争史。高通公司通过早期洞察和持续研发，掌握了码分多址核心专利，并创造了独特的“芯片加专利许可”商业模式。这一模式使其在第二代和第三代移动通信时代获得了巨大成功，也引发了全球范围内关于通信标准必要专利许可是否公平合理的长期讨论。码分多址的案例清晰地表明，一项基础通信技术的成功，不仅取决于其技术优越性，还与专利布局、产业生态构建和标准推广策略密不可分。

       十三、 在卫星通信与专用网络中的持续应用

       尽管在公众移动通信网络中逐渐淡出，码分多址技术在其他领域依然保持着生命力。在卫星通信中，特别是低轨卫星星座系统，码分多址因其抗干扰能力强、无需严格同步（可采用异步模式）和灵活的容量特性，仍被用于部分馈电链路或用户接入。在一些对保密和抗干扰要求极高的军用、政府专用通信网络以及物联网特定场景中，扩频和码分多址技术因其固有的物理层安全特性，依然是可靠的选择。

       十四、 对通信理论发展的贡献

       码分多址技术的理论与实践，极大地推动了通信理论的发展。它使得多用户检测理论从学术走向工程实践，研究如何在存在多址干扰的情况下最优地检测目标信号。以维特比算法为代表的序列检测技术，在码分多址接收机中发挥了关键作用。此外，关于码分多址系统容量的理论分析，如基于干扰模型的香农容量研究，深化了人们对多用户通信信道极限的理解，为后续多天线、干扰管理等技术的发展提供了理论基础。

       十五、 学习码分多址技术的当代意义

       对于今天学习通信工程的学生和从业者而言，深入理解码分多址技术绝非过时。它是理解扩频通信、多址接入、功率控制、软切换等关键概念的绝佳范例。其系统设计中蕴含的“化干扰为噪声”、“通过编码实现多用户共享”的智慧，具有超越特定技术体制的普适性。在物联网、车联网等需要海量连接和可靠传输的新场景中，码分多址及其演进思想正在被重新审视和借鉴。

       十六、 总结：一项改变游戏规则的技术遗产

       回望通信发展历程，码分多址技术无疑是一项改变了游戏规则的伟大发明。它将通信从“划分”时代带入了“编码”时代，用精巧的数学序列解决了资源共享的根本难题。从军事保密通信的摇篮，到催生全球性的第二代和第三代移动通信产业，再到其思想在第五代及未来网络中的涅槃重生，码分多址的影响力持久而深刻。它不仅仅是一套技术规范，更是一种解决复杂问题的思维范式。在频谱资源日益稀缺、连接需求Bza 式增长的今天，重新审视码分多址的技术精髓，或许能为我们照亮通往未来更高效、更智能通信世界的又一条路径。