Какие смартфоны придётся выкинуть, когда придёт 5G?28.11.2016 07:02

Скачивать  уже не модно — все делятся фотографиями и видеозаписями

Никто и не спорит, что лучше быть богатым и здоровым, чем бедным и больным. Но, когда ресурсы сети ограничены, на свет появляется ассиметричные по скорости способы передачи данных. Самый знаменитый и показательный пример такого подхода — ADSL (помните быстрый на скачивание, и «тухлый» на отдачу домашний интернет?), а ныне — мобильный канал связи. Например, идеальнейший вариант LTE предполагает до 326,4 Мбит/с на скачивание и до 172,8 Мбит/с на отдачу. В реальности же мы довольствуемся в разы менее крутой 4G-связью.

И, хотя операторы строят 4G-сеть ударными темпами, легче им не становится, потому что бог с ней, со скоростью скачивания (которой у LTE зачастую хватает для видеороликов в HD-разрешении), но с 2014 года по всему миру зверски растёт количество не скачанной, а переданной информации — по 54% прироста каждый год.

Пользователи мобильников всё больше любят раздавать, а не скачивать

Как так получается? А вот так:

• сэлфи-камеры резко прибавили в разрешении. Пару лет назад 1.3, максимум 2 Мп хватало всем. С тех пор даже у консервативного iPhone разрешение фронталки выросло в 5 раз.
• разрешение дисплеев и, как следствие, разрешение видео. Full HD в мобильнике стал ширпотребом, бюджетные смартфоны давно обзавелись HD-экранами, и передавать видеоролики в 1080p стали не только отчаянные и бешено богатые ребята, но и простые трудящиеся.

Qualcomm, МТС и Huawei рассказывают о доработке LTE-сетей в Приморском крае

• никто больше не стесняется быть «мобильным репортёром» — в YouTube и Instagram всё чаще загружают данные с помощью 4G, а кто-то и вовсе ведёт прямые трансляции в Periscope. Отдельный «ад оператора» — спортивные мероприятия и концерты, когда тысячи смартфонов одновременно пытаются передать массив фото и видео «наружу».
• облачные резервные копии. Добрая милая традиция лишать мобильники слота для карт памяти особо хороша тем, что если смартфон погибнет/«заглючит» — он унесёт с собой в могилу все фотографии, музыку, документы и видео на внутреннем накопителе. Поэтому многие владельцы мобильников перестраховываются и включают резервное копирование файлов в облако через LTE.

Сотовые сети приходится перестраивать под передачу данных на мероприятиях

За счёт чего нам выкатят ещё более быстрый LTE?

Конечно, операторы могли бы просто посоветовать абонентам, мол, «с ума не сходите, и не насилуйте сети 4G задачами, для которых нужен Wi-Fi и проводной интернет», но такая откровенность — самоубийство для рекламного отдела, да и перетягивать пользователей у операторов-конкурентов нужно. Поэтому ради любителей стримить/расшаривать данные с мобильника производители чипсетов (тех, кто в народе кличут «процессорами») в мобильниках, производители начинки для сотовых вышек и другого оборудования оператора и руководство самих операторов связи бегают, суетятся и пытаются сделать сотовые сети быстрее. Главный активист такого начинания на общемировой сцене — Qualcomm (который понимает, что только за счёт «Антут» самым крутым производителем не станешь). В России ему помогает сетевое подразделение Huawei (не путать с ребятами, которые конструируют мобильники) и МТС, который сейчас делает огромнейшие вливания, чтобы перестроить свою, во многом, самую старую сотовую сеть в России под новейшие «фишки» LTE.

Вообще, 4G и LTE в частности — это не «отлитая в граните» технология, которую один раз создали, а потом «штампуют» в одинаковом виде по всей стране. С 2011 года, когда LTE оформили в качестве одной из разновидности 4G связи, его дорабатывали по всем направлениям, и каждая такая доработка называется «релизом». Что-то наподобие обновлений, которые прилетают на вашу Windows каждую неделю.

Ответ на вопрос «зачем нам гигабит в LTE?»

Когда мы, пользователи интернета, наблюдаем, что новый мобильник с поддержкой 4G внезапно оказывается быстрее старого (тоже с поддержкой 4G), мы всего лишь думаем про себя «наверное, %имя_производителя_2% ставит более качественную начинку, чем %имя_производителя_1%». А на самом деле новый мобильник использует «навороты» из новых ревизий LTE и поэтому выхватывает больше скорости от тех же базовых станций. Ответвлений у таких доработок LTE сегодня несколько:

• «Объединение несущих». Это, по большому счёту, программная доработка, и заключается она в том, что базовая станция конструирует более широкий канал спектр частот для мобильников, чем задумывалось изначально. Не обязательно последовательным образом (частоты можно «надёргать» в широком диапазоне) — главное, что эдакая многоканальная передача данных может включать до 5 несущих, и все они будут «наливать» данные в смартфон без финансовых затрат со стороны оператора. Главное, чтоб смартфон тоже понимал такие трюки со стороны базовой станции. Агрегация двух несущих сегодня есть даже в недорогих Snapdragon 400-й серии (в вашем Redmi 3S, например) для входящего соединения. Но теперь Qualcomm разворачивают такую же систему для передачи, а не скачивания данных.

Агрегация несущих — способ дать смартфону более широкий канал для передачи данных

• Модуляция более высокого порядка. Полоса для передачи данных — это такая автострада. Понятное дело, что чем шире — тем круче, но количество доставленного товара (трафика) зависит от грузоподъёмности каждого отдельного автомобиля. Чем выше модуляция — тем более крупные «ломти» данных смартфон и базовая станция могут перебрасывать друг другу по одному и тому же каналу данных. Например, при переходе с модуляции QAM-16 на QAM-64 смартфон сможет получать/отправлять не 4 байта, а 6 байт за один и тот же отрезок времени. Вот вам и прирост скорости.

Модуляция высокого порядка позволяет передать больше данных в один и тот же промежуток времени

Вообще, модуляция — не постоянная величина, она постоянно «прыгает» между разными режимами в зависимости от качества связи между вашим мобильником и сотовой вышкой. И если сделать вышку более «пробивной» сложно, то у модемов с хорошим соотношением сигнал/шум есть возможность выжимать больше скорость в одних и тех же условиях. В этом, например, и заключается прикол с выходом новых процессоров с теми же ядрами и частотами видеоускорителя — разница будет лежать не в «попугаях», а в качестве связи.

• MIMO. Не «мимо» (как у солдат на стрельбах или от волнения в первую брачную ночь), а «маймо». В обывательском понимании технологию презентуют как «смотрите, сколько антенн мы наваляли в наш роутер!», хотя суть заключается не в частоколе из «труб», а в логике их работы.

MIMO: несколько антенн для лучшей скорости и стабильности сигнала

А суть состоит в том, что радиоволны в условиях городской застройки передаются не идеальным образом, особенно тяжко они долетают до абонента, если он куда-то мчится на краю зоны действия базовой станции. MIMO — это такой способ разбросать поток данных на несколько антенн, чтобы увеличить скорость и стабильность сигнала в том же самом спектре частот. От объединения несущих этот способ отличается, как несколько трубочек в коктейле отличаются от пачки сока с отрезанной верхней стенкой.

Сверхбыстрая «отдача» в 4G-сетях для России

Если вы дочитали до этого параграфа, последующие термины не покажутся вам «сленгом инопланетян» или невесть какими словечками. О теории тюнинга LTE Qualcomm нам рассказывают страстно и давно, но все «фишки» внедрялись слишком медленно и поэтапно, чтобы компании было что показать журналистам наглядно. А вот доработку скорости передачи данных в LTE калифорнийцы показывали впервые в Восточной Европе, в славном городе Владивостоке.

Почему в нём? Потому что Приморский край станет «пилотным» регионом для новых спецификаций 4G-LTE — с многоуровневой застройкой, перепадами высот, сопками и морем у связистов будут самые «боевые» и сложные условия для тестирования сигнала. Если кто не в курсе — прежде Дальний Восток был первым регионом с «прокаченной» версией 3G, да и запуск LTE «репетировали» также в этих краях.

Суть демонстрации заключалась в том, что доработки из предыдущего параграфа «прикрутили» к исходящему соединению LTE. То есть, частоты  1800 МГц и 2600 МГц в сети МТС объединили, и полоса между терминалом и базовой станции расширилась до 15 МГц, а для передачи данных использовалась модуляция 64-QAM. С такими параметрами в прямой видимости между «смартфоном» и базовой станцией исходящая скорость держится на отметке 48 Мбит/с. Не «в прыжке» и только для Speedtest, а стабильные 48 мегабит.

Скорость исходящего потока данных при агрегации двух несущих, ширина полосы 15 МГц, модуляция 64-QAM, модем Snapdragon X16, MIMO4×4

Терминалом, или «приёмником», проще говоря, был инженерный прототип, то есть, как бы смартфон с демонстрационными «потрохами». Его начинка: привычный Snapdragon 820 и дискретный (то есть, подключенный в отдельном порядке) модем Qualcomm Snapdragon X16 (будет во всех новых 800-х чипсетах Snapdragon) с четырьмя антеннами.

Любителей крутой входящей скорости тоже «умаслили» — с модуляцией 256-QAM при четырёх антеннах в MIMO4×4 и агрегации трёх несущих на частоте 2600 МГц обычный модем Qualcomm Snapdragon X12 (есть абсолютно в любом смартфоне с Snapdragon 820) выжал до 127 до 150 Мбит/с на приём.  Со стороны базовой станции трудилось сетевое оборудование Huawei с поддержкой 256-QAM, MIMO4×4 и радиомодулей 4T4R (4 отправителя — 4 получателя).

По большому счёту, параметры »256-QAM, MIMO4×4» при агрегации трёх несущих могут выжимать вплоть до гигабита по воздуху (сколько там мегабит в вашем домашнем интернете?). На практике в городах при наплыве абонентов — меньше, но прирост в сравнении с нынешним LTE в России будет, и он будет очень большим. Есть, правда, на пути у светлого будущего несколько проблем:

1. Операторы жаждут рекламировать возросшую скорость соединения, но не горят желанием вкладываться сразу во все навороты 4,5G (то есть, LTE-Advanced, о котором я вам сегодня гутарю). Сначала они будут использовать «бескровные» программные улучшения, наподобие агрегации трёх несущих (на двух несущих передача данных ведётся уже сегодня), а все доработки, которые требуют замены оборудования, будут «когда-нибудь потом», потому что кризис и на рублёвый доход с абонентов покупать оборудование за баксы сегодня нелегко.
2. Одним Квалкоммом сыт не будешь — хорошо бы, чтобы и другие чипы поддерживали хотя бы часть технологий на пути к гигабитному LTE. В Exynos с этим дела обстоят туго, в Huawei самый-самый Kirin 960 (такой есть в Mate 9) умеет в MIMO4×4 только при объединении двух несущих, а вот QAM-256 тоже поддерживает. У Kirin 950/955 дела обстоят и того печальнее, как и в «супермоделях» MediaTek.
3. У Qualcomm, да и у конкурентов, чего уж там, пока нет модемов, способных перелопачивать данные на гигабитных скоростях (в 2017 году обещают, что будет). Зато есть модем для будущего — строго под 4G/5G. О нём и поговорим.

Терминал Qualcomm на базе Snapdragon 820 (с модемом Snapdragon X12 и подключаемым Snapdragon X16)

Зачем нам 5G, если LTE разгонят до гигабита?

Повторюсь ещё раз — 5G разрабатывается не для рекордов скорости, хотя рекламировать его будут именно с таким прицелом. Этот стандарт сети конструируют с учётом реалий, когда доступ в мобильный интернет получают не только мобильники (уже их запредельно много), то и умные часы, утюги, дроны, беспилотные автомобили и прочие устройства, о которых пока мало говорят. Москвичи не дадут соврать: после того, как сотовые сети столицы стали почти целиком набиты телефонами с поддержкой 3G — передача данных в HSPA+ практически «умерла» из-за перегруженности сетей. У 4G запас прочности чуть выше, но и гаджетов с поддержкой LTE сегодня больше, чем 3G-смартфонов в былые годы. Дальше будет только хуже, поэтому нужно думать не о скорости, а о том, чтобы мобильный интернет не помер от перенаселенности абонентами.

В этом и есть суть светлого будущего в 5G — безотказная адаптирующаяся к плохим условиям сеть, которую «не задушишь, не убьёшь». Изначально новое поколение мобильного интернета видели вообще эдаким аналогом WiMax, то есть, штуковиной, которую можно развернуть полноценно только в замкнутых помещениях в тепличных условиях. Теперь Qualcomm упаковал технологии 5G в мобильный, пригодный для установки в смартфон модем Snapdragon X50.

Модем Qualcomm Snapdragon X50

«Вкусностей» в нём много:

• объединение восьми (!) несущих для передачи данных, то есть, очень широкий канал для передачи данных
• возможность работы в нелицензируемом спектре. Это такие частоты, для использования которых не нужно идти кланяться в ноги государственным надзирателям и участвовать в тендерах. То есть, не «загаженный эфир», который можно использовать для более быстрой передачи данных в мобильных сетях
• адаптивное формирование и отслеживание лучей. Если без занудства — модем будет намного лучше ловить сигнал там, где сигналу тяжело пробиться к абоненту
• возможность работы в миллиметровом диапазоне волн. То есть, хорошая «дальнобойность» там, где с 3G и 4G дела обстояли плоховато из-за расстояния до базовой станции.

Ваши дети-груднички застанут 5G в младших классах

Связь пятого поколения — это всерьёз и надолго. Qualcomm прогнозируют, что первые гаджеты с поддержкой 5G появятся на свет только в 2018 году, и только после этого операторы связи начнут строительство новых сетей на правах «светлого будущего» (каким недавно был LTE для россиян). Для «поглядеть» широкой аудитории 5G станет доступен эдак в 2019-м, а привычной и широко используемой технологией связь нового поколения станет в 2020–2022 гг. То есть, спустя шесть лет, если считать от даты написания этой статьи.

Важно другое — с приходом в сотовые сети 5G неминуемо вышвырнет кого-нибудь из своих предшественников. LTE будет относительно современным фундаментом сотовой связи, его точно не тронут, и остаётся два варианта:

1. 2G. Наиболее вероятный кандидат на умерщвление. Разработка конца 1980-х, начала 1990-х годов. Супер-распространённая технология связи, без которой не только «умрут» не только все кнопочные мобильники, но и факсы, а так же часть смартфонов/коммуникаторов эпохи палеолита, корпоративные мобильники в монструозных «конторах», часть оборудования в call-центрах.
2. 3G. Для передачи данных в эпоху 5G слишком медленный, а передача голоса в EDGE уже сегодня работает там, где 3G никогда не было. Но освобождение 3G-частот в пользу 5G ударит по гораздо большему количеству гаджетов. Вы ведь в курсе, что ваши смартфоны переключаются из LTE в 3G для голосовых вызовов? VoLTE как был, так и остался экзотикой, потому что и операторам, и, тем более, производителям телефонов наплевать на такие новшества, покуда работает старый и более дешёвый вариант.

Прогноз Qualcomm по внедрению 5G

Лучше за те же деньги

В любом случае, «грузиться» касательно будущего мобильных сетей в России уж точно не следует — уже сейчас на территории нашей необъятной со связью всё обстоит очень круто (съездите в США — прочувствуете, насколько наши операторы «милашки»), тарифные планы понемногу улучшаются, а полный безлимит на смартфоне (пусть и без торрентов да раздачи в роли модема) стоит вменяемых денег. Скоро будем вспоминать о 3G, как о страшном сне, вот увидите!

Полный текст статьи читайте на Ferra.ru