Кто виноват?

Если посмотреть на характеристики современных смартфонов, то мы видим большой набор поддерживаемых стандартов — GSM/CDMA/HSPA/EVDO/LTE/5G.

Посмотрите на смартфон от компании Samsung. Этот горячий кусочек стекла и алюминия поддерживает все известные стандарты связи. Вы могли бы с ним отправиться в 1995 год, и смартфон бы там отлично работал. Но уже через несколько лет на рынке будут выходить смартфоны, не предназначенные для путешествий в прошлое. А это значит, что в городе Ялоке, что в Центральной Африканской Республике, вы останетесь без связи. Впрочем, не стоит переживать, так как у вас бы там телефон всё равно в две секунды отобрали. К слову, для африканских стран придется заводить отдельные смартфоны, так как там до сих пор только 2G, 3G и лишь кое-где точечно 4G.

Для производителя нет проблем сделать универсальный смартфон, работающий во всех сетях. Современные модемы совместимы с любыми стандартами. Соответственно, если со стороны производителя всё хорошо, то, возможно, отказаться от стандарта просят потребители?

И снова нет. Во всех (даже высокоразвитых) странах мира есть довольно значительный процент людей (забавно, но что в России, что в США это цифра около 17%), которые используют мобильные телефоны исключительно для разговоров и SMS. У них нет желания переходить на смартфоны и пользоваться всеми преимуществами 4G и 5G-сетей.

Другая категория абонентов, которая обожает 2G и 3G, это всевозможная умная техника. Например, в США острее всего на заявление о том, что местные операторы собираются отключить сети, отреагировали автопроизводители, предпочитавшие ставить именно 3G-оборудование (так как это дешевле, чем 4G). Ну а 2G-сети любят всевозможные сигнализации, умные датчики и ворота. 2G-модемы стоят копейки, а условной умной розетке больше и не надо: объём передаваемых данных мизерный.

Так, может, дело в государстве? Государство в принципе с удовольствием распродало бы все частоты. Тут только военные воду мутят. Была бы их воля, они бы вообще все сети отключили (включая радио и телевизор) и только бы и делали, что весь день на освободившихся частотах в морской бой и прятки играли.

И так по всему миру. Везде военные забрали себе частоты и не желают делиться. Представьте себе, как сразу бы расцвела мировая мобильная связь, если бы не было военных. Забавный момент, что до конца непонятно, а зачем именно военным нужны частоты. Что в «Ведомостях», что в Politico выходят одинаковые статьи. Только в одном случае Минобороны, а в другом Пентагон. Но оба ведомства практически идентично отвечают, что частоты им нужны для «оборонной целостности». А Эш Картер (министр обороны во времена Обамы) так и подавно сказал: «Если мы отдадим частоты, то никогда не получим их обратно». То есть можно сделать вывод, что у военных есть охапка частот, которыми они не пользуются, а просто хранят про запас (вдруг когда-нибудь пригодится!).

Методом исключения мы пришли к тому, что за отмену 2G и 3G-сетей ратуют операторы, так как находятся в вечном дефиците.

К слову, операторы в США уже отключают 3G-сети, так, AT&T в конце февраля отключила 3G. В России ещё пару лет назад операторы говорили, что примерно к 2025 году отключат 3G-сети. А вот 2G-сети будут работать ещё долго. Может, даже до 2030 года дотянут. Дело в том, что на 2G в России работает много M2M-оборудования. Хотя по факту, скорее всего, и 3G-сети будут поддерживать дольше, так как, например, ЭРА-ГЛОНАСС в автомобилях до сих пор использует 3G-модем. Хотя давно бы надо было перейти на 4G, но экономят!

Почему отключают 3G?

Если коротко, то во всем виноват ограниченный частотный спектр. Частот мало, на охапке частот сидят военные, а операторы вынуждены, как золушки, перешивать старые частоты в новое платье. А для 4G и тем более для 5G операторам нужно все больше частот.

Начнем с базовой мысли: у радиосистем существует два основных ресурса, вокруг которых всё вертится, — это частота и время. Соответственно, по своей сути все стандарты связи – это попытки новым способом поделить частоты и распределить время их использования.

В первом поколении связи использовался стандарт FDMA, Frequency Division Multiple Access, то есть множественный доступ с разделением каналов по частоте. Ниже — иллюстрация из журнала Mobile and Wireless Communications за 2016 год. На изображении в виде блоков частоты. Соответственно, в одном частотном диапазоне находился только один абонент. FDMA – это аналоговый стандарт. Один из его минусов заключается в отсутствии агрегации частот. Даже если частота свободна, то другой пользователь не может ей воспользоваться, чтобы получить дополнительные мощности.

В сетях второго поколения использовался стандарт TDMA, или Time Division Multiple Access, то есть множественный доступ с разделением по времени. В одном частотном спектре могут находиться уже несколько абонентов, разделенные между собой временными слотами. Уже лучше и больше ёмкость, но всё равно множество минусов. Например, так как за абонентом закреплен определенный временной слот, при перемещении между сотами связь могла разрываться, если на новой соте был уже занят выделенный временной слот. В городских условиях, где много пользователей, это было проблемой.

На смену TDMA пришла технология CDMA, или Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением. Идея как в TDMA, но теперь абонентов делили не по временным слотам, а выдавая каждому индивидуальный код.

CDMA и его различные вариации (UMTS/WCDMA, CDMA2000/IMT-MC, TD-CDMA/TD-SCDMA, DECT и UWC-136) — это основной стандарт 3G-связи.

CDMA – это про гибкое распределение ресурсов, но, как вы догадываетесь, чем больше абонентов, тем больше ошибок декодирования. Соответственно, основные недостатки CDMA и 3G – это деградация сетей при увеличении числа пользователей.

4G-сети используют стандарт OFDMA, Orthogonal Frequency Division Multiple Access. По сути, это комбинация FDMA и TDMA. OFDMA — это схема цифровой модуляции, в которой множественный доступ достигается путем назначения подмножеств поднесущих разным пользователям, что позволяет одновременно передавать данные от нескольких пользователей. Ну а лучше посмотрите на изображение ниже, где все 4 стандарта.

На рисунке выше особенно обратите внимание на различия между 3 и 4 картинкой. По сути, в этом и кроется причина отключения 3G-сетей. Это абсолютно разные алгоритмы передачи данных. 3G-телефоны и базовые станции работают в широкополосной системе, то есть используют весь спектр сотовой связи. 4G/LTE и 5G работают в узкополосных системах или системах с несколькими несущими, которые используют сегменты спектра.

Почему так долго происходил переход на 4G особенно в США? Дело в том, что так как 3G и 4G – это абсолютно разные технологии, оператору приходилось просто строить новую сеть, параллельно поддерживая 3G-сеть. То есть формально у оператора есть 2 независимые сети, потому что 3G-сеть нельзя разделить с другими сетями.

При этом 3G-сеть не только требует расходов на поддержку, но и занимает жизненно необходимые частоты, которых и так всегда не хватает. Так что все операторы проводят так называемый рефарминг частот, когда от предыдущих стандартов связи отщипывают по чуть-чуть. Например, первым делом у GSM-стандарта отобрали частоту 1800 МГц, отдав её под использование 4G. Также кое-где отобрали и частоту 900 МГц, но при этом 2G всё ещё может присутствовать на этой частоте. Совместное использование разных стандартов — это одна из причин, почему 3G стараются отключить как можно скорее, а на 2G смотрят сквозь пальцы.

Однако по мере строительства 5G-сетей все остальные стандарты связи будут постепенно отключаться, так как пятому поколению связи для полноценной работы нужны все частоты. Соответственно, с развитием сетей 5G будет наблюдаться постепенное выдавливание всех остальных стандартов.

В случае с 3G операторам надо в буквальном смысле будет ходить от одной станции к другой, чтобы отключать оборудование. В случае с переходом с 4G на 5G ситуация может быть чуть проще. Например, Nokia ещё в 2020 году заявила, что путем программного обновления сможет обновить своё 4G оборудование до 5G. Но тут надо понимать, что это обновление в рамках текущих возможностей, то есть после обновления вышки не начнут поддерживать новые частоты, а лишь смогут использовать для 5G те частоты, с которыми умели работать.

Заключение

Интересно, каким будет переход на 6G-сети, так как там планируют использовать частоты в диапазоне от 90 ГГц до 3 ТГц. Раньше эти частоты считались бесполезными и непригодными. А теперь аналитики считают, что 6G станет сетью «connected intelligence», когда искусственный интеллект начнет регулировать все аспекты жизни умных городов.

Ну а с 3G в скором времени придется попрощаться, и чем быстрее, тем лучше. Отключение 3G сулит 5G-сеть, но главное, чтобы к тому моменту у нас 5G-смартфоны были, чтобы насладиться всеми благами.