什么是CDMA？
CDMA，全称是 Code Division Multiple Access，中文译为 码分多址。
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它是一种允许多个用户在同一时间、同一频段上同时进行通信的技术，与传统的FDMA（频分多址，如广播电台）和TDMA（时分多址，如GSM）将频率或时间分割给不同用户不同，CDMA给所有用户分配了同一个频率，但通过给每个用户分配一个独特的“码片”（Code Chip）序列来区分他们。
核心思想： 用不同的编码来区分不同的用户,而不是用频率或时间。
CDMA的核心原理：扩频通信
要理解CDMA，必须先理解它的技术基础——扩频通信。
扩频技术是指将信号的频谱扩展到远大于原始信号所需带宽的技术，在CDMA中，这个过程通过一个独特的数学工具——伪随机噪声码 来实现。
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工作流程分解：
- 数据准备： 每个用户要发送的原始数据（比如语音）速率较低，我们称之为“信息比特”（Information Bit）。
- 扩频码： 系统为每个用户分配一个独特的、预先设定好的PN码，这个码的速率远高于信息比特的速率，码的每个比特被称为“码片”（Chip），信息比特速率是 9.6 kbps，而PN码片速率可能是 1.2288 Mcps（兆码片每秒），这个比率（1.2288M / 9.6k = 128）被称为处理增益。
- 扩频过程（调制）： 在发送端，用户的原始数据比特与PN码进行模2加（一种异或运算），运算规则很简单：
- 如果数据比特是 "1",则输出PN码本身。
- 如果数据比特是 "0"，则输出PN码的反码。 经过这个过程，每个原始数据比特都被“拉伸”成了由128个码片组成的一个序列,这个序列的频谱就被大大扩展了。
- 发射： 所有用户经过扩频后的信号，都在同一个频率上发射出去,在空中叠加在一起。
- 接收与解扩： 这是CDMA的精髓。
- 对目标用户： 接收端知道目标用户使用的PN码，它会用这个完全相同的PN码与接收到的混合信号进行相关运算（再次进行模2加），由于码的自相关性,目标用户的信号会被还原成原始的低速数据。
- 对其他用户： 对于其他用户的信号，接收端使用的PN码与他们的码不匹配，根据码的互相关性，这些不匹配的信号在解扩后会被“展宽”成类似噪声的宽带信号,其功率谱密度会大大降低。
- 滤波与解调： 用一个窄带滤波器滤掉这些展宽后的“噪声”,目标用户的原始信号就清晰地被提取出来了。
一个生动的比喻：
- 会议室场景： 一个房间里，很多人（多个用户）同时在用不同语言（不同的PN码）交谈。
- 你（接收端）只懂中文（目标用户的PN码）： 你可以专注于听懂中文对话（解扩出你的信号）。
- 其他语言（其他用户的信号）： 在你听来，它们只是背景噪音（被抑制的干扰信号）。
- 神奇之处： 即使所有人声音大小（功率）差不多，你也能清晰地听到中文，但如果突然有人用中文大喊大叫（功率远大于你），你就会听不清了，这就是CDMA的“远近效应”。
CDMA的关键技术特性
a. “软容量” (Soft Capacity)
这是CDMA最神奇的特点之一，在FDMA和TDMA中，一个小区的容量是固定的（比如8个频率信道，或8个时隙），一旦满了,新用户就无法接入。
而在CDMA中，所有用户共享同一频谱，系统容量是“软”的，理论上，只要总干扰（用户数量）在系统可接受的范围内，就可以不断增加用户，但当用户数增多时，每个用户感受到的背景噪声会上升，通话质量会下降，系统可以动态地调整用户数量，以维持可接受的通话质量，这就像一个会议室，理论上可以容纳很多人，但人越多,交谈就越困难。
b. “软切换” (Soft Handoff)
在CDMA中,移动台可以同时与多个基站保持通信。
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- 过程： 当用户从一个小区移动到另一个小区的边界时，手机会同时与两个基站连接，旧基站的数据和新基站的数据会在手机或基站控制器处合并，只有当信号质量在旧基站上持续恶化时,才完全断开与旧基站的连接。
- 优点：
- 无乒乓效应： 避免了在两个基站之间反复切换造成的通话中断。
- 无缝切换： 用户几乎感觉不到切换的发生,提供了更好的通话连续性。
- 分集增益： 同时接收来自多个基站的信号，可以对抗信号衰落,提高通信质量。
c. “远近效应” (Near-Far Effect)
这是CDMA面临的主要挑战。
- 问题： 如果一个离基站很近的用户（近端用户）和一个离基站很远的用户（远端用户）同时发射信号，近端用户的信号功率会远大于远端用户，在接收端，近端用户的强信号会把远端用户的微弱信号完全“淹没”,导致远端用户无法通信。
- 解决方案： 功率控制，CDMA系统采用非常快速和精确的闭环功率控制机制，要求每个用户根据来自基站的指令，动态调整自己的发射功率，使得基站收到所有用户的信号功率基本相等,这是CDMA能够正常工作的生命线。
d. 高的频谱效率
由于所有用户共享频率，并且通过扩频技术提供了抗干扰能力，CDMA理论上可以比FDMA和TDMA容纳更多的用户,从而提高了频谱的利用效率。
CDMA的实际应用
- 2G时代： 美国Qualcomm公司开发的 IS-95 标准，是CDMA的第一个商用标准,也被称为cdmaOne。
- 3G时代： CDMA成为了3G的主流技术标准之一。
- WCDMA (Wideband CDMA): 主要由欧洲和日本提出，是 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 的核心技术，后来被3GPP采纳，成为全球最广泛的3G标准，注意，虽然名字里有CDMA，但其核心是DS-CDMA（直接序列码分多址）。
- CDMA2000: 主要由美国和韩国提出，是IS-95的后续演进。
- TD-SCDMA (Time Division-Synchronous CDMA): 由中国提出，是3G三大标准中唯一一个由中国主导的，采用了TDD（时分双工）模式。
CDMA的优缺点总结
优点：
- 容量高： 软容量特性,频谱利用率高。
- 通话质量好： 宽带传输具有天然的抗多径衰落和窄带干扰能力。
- 切换平滑： 软切换技术提供了无缝的连接体验。
- 低功率： 信号功率可以控制得很低,有利于延长电池寿命和降低电磁辐射。
- 通信安全： 信号在频谱上被扩展，如同隐藏在噪声中,不易被截获。
缺点：
- 复杂的功率控制： 对功率控制的要求极为苛刻,实现复杂。
- 对“远近效应”敏感： 如果功率控制失效,系统性能会急剧下降。
- 技术实现复杂： 对接收机的设计（如Rake接收机）和系统同步要求很高。
- 自干扰： 所有用户都是彼此的干扰源，随着用户数增加,系统性能会下降。
CDMA的演进与现状
随着技术的发展,CDMA技术也在不断演进：
- 1X EV-DO (Evolution-Data Optimized): 在CDMA2000基础上，将数据和语音信道分离，专门为数据传输优化,提供更高的下行速率。
- LTE/5G时代： 虽然现在主流是LTE（基于OFDM技术）和5G，但OFDM技术与CDMA的某些思想（如用正交码区分资源块）有异曲同工之妙，可以说,CDMA为现代移动通信的多址接入技术奠定了重要的理论和实践基础。
CDMA作为独立技术已逐渐淡出历史舞台，但它在移动通信发展史上留下了浓墨重彩的一笔，其核心思想——用编码区分用户——至今仍在现代通信系统中闪耀着智慧的光芒。
