想象一间没有墙的大屋子，十个人要同时通话。如果所有人都扯着嗓子同时喊，空气里叠加的是一团谁也听不清的噪声。于是人类想出了几种办法：砌十个小房间，一人一间；或者大家留在同一个大厅里排队发言；或者干脆同时开口，但每人说一种只有约定对象才听得懂的暗语。移动通信四十多年里，每一代标准换代，本质上都是换了一种“切法”——把同一片空气切给许多人。这件事的学名叫多址接入（Multiple Access）。

先说清楚它和“调制”的区别：调制解决的是怎么把比特装上电磁波，多址解决的是多个人怎么同时用同一片电磁波。4G之后这两件事越来越难分开讲——OFDMA干脆是“调制方式”和“多址方式”的合体设计。理解了多址演进，你就理解了为什么每一代手机网络的性格都截然不同。

flowchart TD
    A["1G：FDMA<br/>按频率分房间"] -->|模拟器件只会滤波| B["2G：TDMA<br/>按时隙排队发言"]
    B -->|语音压缩 一条信道装八人| C["3G：CDMA<br/>同频同时用码区分"]
    C -->|增益失效 功控太累| D["4G/5G：OFDMA<br/>细格子动态分配"]

一、问题到底出在哪：空气是一根“共享总线”

有线世界里，一根网线两端各插一台设备，物理隔离天然存在。而无线电的尴尬在于：频谱是公共介质，没有“房间”可砌。基站和手机发出的电磁波在空间里线性叠加，接收机天线收到的永远是“所有人信号之和”。多址设计的根本任务只有一个：设计一组互相正交的信号，让接收机能从这锅叠加汤里，把自己那一碗完整地捞出来。

什么叫正交？数学上就一句话：

$$\int_{0}^{T} s_i(t)\, s_j^*(t)\, \mathrm{d}t = 0 \qquad (i \neq j)$$

两个信号在积分区间里“内积为零”，它们就可以在同一个时间、同一片频率上重叠传播而互不干扰——接收端做一次相关运算就能分离。整个多址演进史，就是在回答一个问题：用什么手段制造正交？ 答案经历了四次换代：用滤波器（频率维）、用门电路和缓存（时间维）、用码字相关性（码维）、用FFT（频率×时间的细格子）。

还有一条暗线：格子切得越细，统计效率越高。一条信道专供一个用户，用户不说话时资源就晒在那里；格子切细后，调度者可以把闲人的格子立刻转给别人——大数定律开始替你打工。但切得越细，对同步精度和硬件速度的要求也越苛刻。每一代多址的选择，都是当年“数学能力”与“硬件能力”的平衡点。

二、FDMA：模拟时代的唯一解

1G时代（AMPS、TACS这些模拟系统）的处境是：手机里只有模拟电路，信号是连续的音频调频波，用户之间唯一的隔离手段就是滤波器——让每个人的信号待在不同的频段，接收机用带通滤波器把自己那个频段滤出来。AMPS把频谱切成30kHz一条的话音信道，TACS是25kHz，一个用户独占一对上下行频率，从拨号到挂机。

这不是前人不够聪明，而是模拟电路没有别的选项：你无法把一段模拟语音“缓存”起来等时隙（所以TDMA不可能），也无法对它做数字相关运算（所以CDMA不可能）。FDMA不是选择，是模拟时代的天花板。

它的代价也很清楚：

• 保护带。实际滤波器的滚降不是垂直的，信道之间必须留空隙防止串扰，这部分频谱永久浪费；
• 信道独占。用户不说话，信道也干等。打电话有一半时间是沉默的，但沉默也得付信道钱；
• 同频复用距离大。相邻小区必须错开频率，频谱利用率上不去。

FDMA并没有消失。今天的对讲机、FM广播、卫星转发器，乃至一根光纤里跑几十路的波分复用，骨子里都是频分——只要隔离手段是“模拟滤波”，就还是FDMA的世界观。

三、数字化送来的礼物：TDMA

2G之前发生了两件革命性的事：语音可以被数字化压缩，比特可以被缓存。原本一路模拟话音要占一整条信道，压缩成十几kbps的数字流之后，一条宽信道可以装下好几路——只要让它们轮流使用就行。

GSM是集大成者：载波间隔200kHz，每个载波的时间轴切成反复循环的帧，每帧8个时隙，8个用户各占一个时隙，周期性“醒来”发言。用维基百科在信道接入方法条目里的概括：2G系统是FDMA与TDMA的结合——先分频率，每个频率上再分八个时隙。排队发言，就是TDMA的全部哲学。

但“排队”这件听起来简单的事，在无线电里藏着两个精巧的设计，也是TDMA工程智慧最浓的地方：

第一，远处的人说话有延迟，怎么办？ 电磁波跑得再快也需要时间，小区边缘的用户信号到达基站时会“迟到”，可能闯进下一个时隙，踩到邻居的话。GSM的解法是定时提前（TA）：基站测量每个用户信号的实际到达时刻，命令远处用户“提前发射”。TA取值0到63，每档约3.69微秒，按双程传播折算约550米一档。同时每个突发脉冲的尾部还留了保护间隔兜底，吸收残余误差。

第二，排队反而成了红利。 手机每帧只占1/8的时间，其余7/8可以关掉发射电路省电，还可以用空闲时隙偷偷测量邻区信号质量——这正是GSM切换测量能够进行的物理基础。排队等号的时间，被设计成了“环顾四周”的时间。

TDMA的短板同样明显：一个用户的峰值速率被“时隙数×信道速率”锁死，想要更快的网速只能多绑几个时隙（GPRS/EDGE时代确实这么干过），但绑得越多，保护开销占比越大、手机功放占空比越高、同步要求越苛刻。这条路的天花板肉眼可见。

四、CDMA：不再排队，全员同时开口

3G是一场思想革命：既然排队早晚要排到天花板，为什么不所有人同时、同频开口，用“暗语”来区分？这就是码分多址——它背后是扩频技术。

每个用户把自己的窄带信号乘以一条高速伪随机码，信号被“打碎”铺满整个宽频带，看起来就像噪声。接收方用同一条码做相关运算，自己的信号在解扩时重新聚拢、恢复原形；而别人（用了不同码）的信号在相关运算中依然是一盘散沙，退化为一片均匀的背景噪声。区分用户的力量来自这个比值——处理增益：

$$G_p = \frac{W}{R}, \qquad G_p(\mathrm{dB}) = 10\log_{10}!\left(\frac{W}{R}\right)$$

W是扩频后的带宽（码片速率），R是业务速率。以IS-95（高通的cdmaOne）为例，据维基百科IS-95条目：芯片速率1.2288 Mcps，前向链路用长度64的Walsh码区分信道，全网基站靠GPS对齐时间。拿语音9.6kbps来算：

这张表是理解“3G为什么换成4G”的钥匙，我们第五节再回来翻它。先把CDMA自己的故事讲完。

CDMA的阿喀琉斯之踵：近远问题。 解扩是线性运算——别人的信号解扩后是噪声，那么一个离基站很近的用户，他的“噪声”到达功率可能比小区边缘用户的信号高出几十dB，直接把对方淹没。CDMA的世界里，功率控制不是优化项，是生命线：必须让所有用户的信号以几乎相同的功率到达基站接收机，哪怕每个人都处在不同的距离上。

sequenceDiagram
    participant U as 手机
    participant N as 基站
    U->>N: 接入前导，从最低功率起步
    Note over U: 听不到应答，就抬高一档再来
    U->>N: 前导功率加一档，重试
    N-->>U: 检测成功，返回应答
    U->>N: 进入业务发送
    loop 闭环功控，每秒成百上千次
        N-->>U: 功控命令：升或降
        U->>N: 按命令微调发射功率
    end
    Note over N: 目标：所有用户的到达功率齐平

这套环路的精密程度是其他多址体系难以想象的：开环估计打底，闭环实时修正，IS-95的闭环功控达到每秒800次的量级，WCDMA更快到每秒1500次。CDMA的容量是“软”的——多挤进一个用户，全网噪声底抬升一点，所有人的话音质量劣化一点，直到有人撑不住。没有硬性的用户数上限，只有一条缓缓下沉的质量曲线。

但代价换来的回报同样惊人：同频复用系数等于1，所有小区用同一片频率，网络规划从“簇状填色游戏”变成“铺地毯”；软切换，手机在小区边缘同时与多个基站保持链路，“先接后断”，切换不再是坠话高发时刻；Rake接收机把多径从敌人变成朋友——几条路径的信号在CDMA码字下可以分别捕获、合并增强。扩频、功控、软切换、Rake，这四件CDMA时代的发明，至今活在每一个现代接收机里。

五、OFDMA：把格子切到最细

现在回到上一节那张账本。进入宽带数据时代，业务速率R一路飙升，而频谱带宽W撑死几十MHz——W/R一路跌向1，扩频增益归零。CDMA的核心红利消失了，剩下的只有代价：为不相干用户支付干扰平均化的税，功控环路依然日夜不停。4G换掉CDMA，不是CDMA做错了什么，是它的数学前提（速率远小于带宽）不复存在。

4G的选择是把时间轴和频率轴同时切开，切到最细。本体是OFDM调制：用FFT把宽带切成成百上千个窄带子载波，相邻子载波的间隔恰好等于符号率的整数倍——一个子载波的频谱在其他子载波的中心点恰好过零。于是任意两个子载波在整个符号周期上内积为零，不需要保护带，也不需要滤波器，正交性是纯数学的。多径这个折磨了几代人的老对手，再配上循环前缀，也被化简为每个子载波上一次简单的相位修正。

把OFDM变成多址，只差最后一步：不让一个用户占满全部子载波，而是按资源块（频域12个子载波×时域1毫秒）为颗粒度，把格子动态分给不同用户——这就是OFDMA。据维基百科OFDMA条目的概括：它是OFDM的多用户版本，通过给每个用户分配子载波子集实现多址，资源在“时间—频率”二维空间里划分；LTE将其用于下行，5G NR上下行都在使用。

细格子带来一个FDMA和TDMA都给不了的新能力——频率选择性调度。无线信道的衰落是按频率块变化的：你在某个位置，可能低频段深衰落、高频段却信号良好；隔壁十米的人正好相反。调度器收集每个用户的信道质量，把“好格子”分给“在它上面信道好的用户”：

flowchart TD
    Q["频带切成上百个子载波"] --> P["调度器收集各用户信道质量"]
    P --> S1["甲在低频段信道好"]
    P --> S2["乙在高频段信道好"]
    S1 --> X["低频格子分给甲"]
    S2 --> Y["高频格子分给乙"]
    X --> Z["两人同刻传输互不踩脚"]
    Y --> Z

每个用户都拿到自己的“顺风格子”，全网频谱效率系统性抬升——这叫多用户分集，是粗粒度多址原理上做不到的（TDMA用户独占全频带，根本看不到频率维度的信道差异）。OFDMA还有一个被低估的优点：每个子载波近似平坦衰落，这让多天线MIMO的信道矩阵在每个格子上都是简单的线性系统，预编码可以逐格子轻快计算——OFDMA与MIMO是天作之合，而MIMO正是4G/5G容量奇迹的另一半。维基百科OFDMA条目将“对MIMO友好”与“利用信道频率选择性”列为它适合宽带移动网络的核心理由。

天下没有免费的午餐。维基百科同一份优缺点清单里写明了OFDMA的两个软肋：对频偏和相位噪声高度敏感——子载波间隔越窄越经不起多普勒拉扯，所以高速场景和高频段会把子载波间隔成倍放宽，用正交性的“安全余量”换稳定性；以及上行PAPR问题——几百个子载波叠加后峰均比很高，手机功放必须大幅回退，又费电又伤覆盖。所以LTE上行改用DFT预编码的单载波SC-FDMA，牺牲一点调度灵活性换回功放效率；5G NR上行则两种波形都保留，让网络按场景选。

六、统一视角：一个立方体，四次切法

回头看，四代多址切的其实是同一个立方体，只是轴不同、粒度不同：

flowchart TD
    R["空中接口资源立方体"] --> F["频率轴"]
    R --> T["时间轴"]
    R --> K["码字轴"]
    F --> A["FDMA：独占一条频率"]
    T --> B["TDMA：独占一个时隙"]
    K --> C["CDMA：独占一套码字"]
    F --> D["OFDMA：频率×时间<br/>细格子按需分配"]
    T --> D

还有一个容易产生的错觉要拆掉：好像每一代比上一代“更快”，是突破了什么极限。没有。香农公式对所有多址方式一视同仁：

$$C = B\,\log_2!\left(1 + \frac{S}{N}\right)$$

带宽和信噪比不变，容量上限就不变。四代多址的差距不在“谁离香农极限更远的天花板”，而在谁在当时的硬件约束下，更接近同一块天花板：FDMA输在保护带和独占，TDMA输在峰值锁死，CDMA输在宽带化后增益归零，OFDMA赢在细粒度、纯数学正交、以及对MIMO的友好。多址演进的本质，是隔离手段从模拟硬件走向数字数学：滤波器 → 门电路与缓存 → 相关器 → FFT。硬件干不了的，交给数学；数学变便宜的，就把它用满。

七、现网连接：这些原理藏在你的KPI里

多址方式不是教科书里的古董，你每天看的指标、调的参数，世界观都来自它：

• 看TA，是TDMA世界观。GSM及演进系统里的定时提前至今仍在使用。TA异常偏大，往往提示超远覆盖或水面、高架上的直射径——两套“影子”信号互相踩时隙，是时序类故障排查的第一入口。
• 看Ec/Io和功控统计，是CDMA世界观。维护WCDMA/CDMA网络时，导频污染（多个强弱相近的导频互为干扰）、软切换比例异常、TPC命令分布畸变，这些诊断思路全部建立在“同频自干扰、容量是软的”这套物理图像上。
• 看RB利用率和CQI频域分布，是OFDMA世界观。调度器有没有把“好格子分给对的人”，看MCS在频域上的分布就知道；5G上行该选CP-OFDM还是单载波波形，本质是在调度灵活性和功放效率之间做选择，覆盖受限的小区边缘倾向后者。
• 四个流传很广的误解：一说“CDMA死了”——技术标准退网了，但功控、软切换、Rake的思想活在每张现网里；二说“OFDMA子载波互相干扰”——正交性成立时不会，是频偏和多普勒破坏正交后才产生载波间干扰；三说“GSM手机一直满功率发射”——它按突发脉冲工作，占空比只有1/8；四说“4G上行也是OFDMA”——LTE上行是单载波的SC-FDMA，恰恰是为了绕开OFDMA的PAPR。

标准允许多种实现，各厂家在波形选项、调度策略上的具体行为以其官方文档为准，但底层的多址物理图像是共通的——这也是这份知识保值的原因：标准会退网，物理不过时。

常见问题

Q: OFDMA和FDMA不都是“分频率”吗，本质区别在哪？ A: 分割轴确实都是频率，但两件事完全不同。FDMA的格子是“刻死的”：一条信道用滤波器硬切，要留保护带，一给就是整条信道直到挂机；OFDMA的格子是“每次重新画的”：子载波靠数学正交，零保护带，以资源块为颗粒度毫秒级动态重分，还能做频率选择性调度。一句话：FDMA分的是“地产证”，OFDMA分的是“钟点房”。

Q: CDMA容量是“软”的，那OFDMA容量是“硬”的吗？ A: 粗略地说接近“硬”：OFDMA的格子分给谁就归谁独占，本小区内用户互不踩脚，干扰主要来自邻区的同频格子，容量上限比较确定。CDMA则是谁都能挤进来，代价是全网噪声底抬升。但两者最终都逃不出香农公式和干扰，区别只是干扰的表现形式——一个是“挤进来大家一起糊”，一个是“隔壁小区的格子扑过来”。

Q: GSM为什么每帧正好切8个时隙，切16个不行吗？ A: 能切，但有代价。时隙越多：保护间隔和TA精度的要求越苛刻，手机发射占空比越高（越费电），每用户平均速率越低。8是在“一条200kHz信道能承载的压缩话音路数”与“同步/功耗/保护开销”之间找的平衡点，后来GPRS多时隙绑定也是在这个框架内做加法。

Q: 既然OFDMA这么好，为什么5G上行还留着单载波波形？ A: 因为手机的天线口径和电池都远不如基站。多子载波叠加带来的高PAPR会迫使功放大回退，在小区边缘意味着“要么费电、要么够不着基站”。单载波波形PAPR低，牺牲一点上行调度灵活性，换取覆盖和续航——这是“下行用OFDMA、上行可选单载波”非对称设计的全部原因。

Q: 学这套演进史，对当下工作最直接的价值是什么？ A: 看懂参数和KPI的“出身”。你调的TA是TDMA的化石，Ec/Io是CDMA的化石，RB与频选调度是OFDMA的骨架。知道每个指标在回答哪个多址体系的问题，排查故障时才不会拿错工具——比如用OFDMA的思路去理解CDMA的呼吸效应，方向从一开始就错了。

参考来源

1. Channel access method - Wikipedia — FDMA/TDMA/CDMA/OFDMA的定义、分类与混合应用（含GSM频分＋时分结合、每频率八时隙的表述）
2. Orthogonal frequency-division multiple access - Wikipedia — OFDMA原理、时频二维资源划分、优缺点清单（频偏敏感、MIMO友好）、LTE/NR应用范围
3. CdmaOne (IS-95) - Wikipedia — IS-95芯片速率1.2288 Mcps、Walsh码长64、GPS同步、功率控制、Rake接收与软切换

本文由「51学通信」技术团队出品。51学通信由通信行业18年老兵爱卫生（微信ID: gprshome201101）维护，聚焦5G/6G核心网、3GPP标准解读、通信前沿技术深度分析。 出版作品有《5G核心网原理与实践》《IMS原理与实践》等4本通信专业书籍。知识星球「51学通信」提供深度技术答疑和行业洞察。

[!tip] 51学通信知识星球 星主：爱卫生（微信：gprshome201101）——公众号「51学通信」创办者，19 年通信行业运维与讲师经验，著有《GPRS网络信令实例详解》《EPC原理与实践》《5G核心网原理与实践》三本纸质书（各大电商平台有售）。 星球定位：深耕 5G 核心网、IMS、NFV/AI、云原生等 ICT 领域，主打运维岗位与信令分析。 当前规模：5200 篇主题 / 990 个回答，198 元/年。 加入福利：加入星球后请加爱卫生微信，拉您进知识星球年度陪伴与答疑群——不限量回复您的各种问题，另有群内分享。 AI 加持：51学通信知识星球已作为 skill 接入 WorkBuddy，使用 deepseek-4-flash 在海量星球帖子中精准找贴、找视频、找 FAQ 和案例，做总结、找文档和 PPT 等场景全覆盖。