Какие смартфоны придётся выкинуть, когда придёт 5G?

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 асимметричные 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.

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.

• 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.

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.

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 набор рабочих 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 мобильник без дополнительных 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.

• 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.

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 работать быстрее 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.

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 на территории России (и восточной Европы в том числе) 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.

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 MIMO4x4 и агрегации трёх несущих на частоте 2600 МГц обычный модем Qualcomm Snapdragon X12 (есть абсолютно в любом смартфоне с Snapdragon 820) выжал от 127 до 150 Мбит/с на приём.  Со стороны базовой станции трудилось сетевое оборудование Huawei с поддержкой 256-QAM, MIMO4x4 и радиомодулей 4T4R (4 отправителя — 4 получателя).

По большому счёту, параметры «256-QAM, MIMO4x4» 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 MIMO4x4 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.

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), но 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.

«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 «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.

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!