Le contrôle de puissance CDMA de Qualcomm : chaque téléphone chuchote pour que tous puissent parler

À la fin des années 1980, la téléphonie mobile était un problème d'allocation : attribuer à chaque appelant une fréquence ou un créneau temporel, avec des bandes de garde entre eux. Qualcomm, alors essentiellement une entreprise de messagerie par satellite, défendait la thèse inverse — laisser chaque combiné émettre sur les mêmes fréquences au même moment, séparés uniquement par un code d'étalement, et faire du contrôle de puissance la caractéristique porteuse de tout le système.

La physique leur était contraire. L'affaiblissement de propagation terrestre suit une loi en puissance quatrième inverse : dans une cellule de cinq miles, la distance peut varier d'un facteur cent et l'affaiblissement de propagation de plus de 80 décibels, si bien qu'un téléphone non contrôlé proche de l'antenne noie celui qui se trouve en bordure. Le brevet de Qualcomm, déposé en novembre 1989, ferme la boucle — chaque téléphone mesure le pilote reçu et ajuste sa puissance en inverse, tandis que la station de base mesure chaque signal arrivant et commande des corrections supplémentaires vers le niveau minimal qui communique encore.

La récompense d'un chuchotement, c'est que chacun peut chuchoter. Avec chaque émetteur maintenu à son plancher, le plancher d'interférence reste assez bas pour que tous les codes soient décodés, et le même spectre est réutilisé dans chaque cellule. L'article de 1991 sur la capacité, signé Gilhousen, Jacobs, Padovani, Viterbi, Weaver et Wheatley, a chiffré le gain, et le schéma est devenu le cœur opérationnel du CDMA cellulaire.

Chaque signal arrive également faible

Un récepteur CDMA perçoit chaque utilisateur comme du bruit, si bien que la capacité est déterminée par l'interférence totale — chaque utilisateur qui émet moins cède littéralement de la capacité aux autres.

L'estimation en boucle ouverte ne peut à elle seule suivre l'évanouissement et les variations de distance, c'est donc la boucle de commande côté station de base qui effectue le réglage fin.

Les créneaux de fréquence et les créneaux temporels avaient été poussés à leurs limites ; le partage par code a déplacé la lutte de l'infrastructure vers la discipline des émetteurs.

La boucle était un durcissement de ce que Qualcomm exploitait déjà sur les liaisons satellitaires, où l'affaiblissement de propagation ne varie que de 1 à 2 dB ; une cellule terrestre couvre plus de 80 dB.

Le remède à une ressource gâchée par ses utilisateurs les plus bruyants n'est pas d'ajouter des voies : c'est de maintenir chaque utilisateur au niveau le plus bas qui fonctionne. La capacité est venue de la soustraction — pas de nouveau spectre, juste de la retenue.

Accordée en octobre 1991, la boucle est devenue le cœur opérationnel du CDMA cellulaire. La même année, Gilhousen, Jacobs, Padovani, Viterbi, Weaver et Wheatley ont publié l'analyse de capacité dans IEEE Transactions on Vehicular Technology, et l'IS-95 — la norme bâtie sur cette conception — a été approuvée en 1993 et commercialisée sous le nom de cdmaOne, le CDMA2000 en descendant.