Пожиратели батареек: все дело в операторе?

Радиомодуль

Самый прожорливый компонент смартфона у активного пользователя — это не процессор и даже не экран, а радиомодуль — приемопередатчик. Если в обычном кнопочном телефоне он активен только во время разговора, а в остальное время «спит» (чем и объясняется автономная работа старых аппаратов по 4-5 дней), то в смартфоне для комфортного использования постоянно включен мобильный Интернет. Передача данных на большой скорости на относительно большие расстояния требует энергии и не случайно все алгоритмы энергосбережения во всех без исключения смартфонах строятся в первую очередь на том, чтобы доступ в Интернет временно отключать. Стоп. А нет ли зависимости расхода энергии от оператора связи?

Тут можно привести аналогию с расходом бензина в автомобиле: он зависит не только от скорости и стиля езды, но и от дорог: по ровному шоссе расход будет меньше, чем в холмистой местности или в городе, где много светофоров. Так и с операторами: у них разное количество базовых станций, расположены они в разных местах, и даже работают в разных частотных диапазонах. Влияет ли это на расход энергии?

Казалось бы, зачем тогда несколько смартфонов, достаточно ведь одного? Ответим: в ходе эксперимента мы в течение нескольких дней просто носили смартфоны в сумке, не доставая, с целью дать им синхронизироваться в фоновом режиме и полностью исключить фактор неравности условий, если, например, один из дней окажется более активным в плане использования смартфона, чем другие. Впрочем, и этого за 16 (в общей сумме) дней мониторинга удалось избежать, т.к. если судить по активности экрана в статистике использования аккумулятора паттерн использования смартфона одним и тем же человеком в среднем за день не изменяется и составляет при «коммуникационном» профиле (т.е. без игр, прослушивания музыки, просмотра фильмов и т.п.) около 3 часов активного экрана в день.

Также в течение небольшого периода мы сравнивали различных операторов в смартфоне LG G4, что позволило выявить больше закономерностей.

Во всех случаях были отключены режимы энергосбережения и был включен автовыбор режима сети. Эксперимент проводился в Москве и в Санкт-Петербурге в различных режимах активности: с преобладанием неподвижности (дом-работа-дом) и «хардкор» (целый день на ногах с поездками на метро и несколькими встречами/мероприятиями в разных районах города).

Результаты

В обоих городах дольше всего смартфоны с поддержкой LTE Cat.4 на Snapdragon 801 работали в сети «МегаФона», полный цикл разряда батареи составил в среднем по совокупности измерений 14 часов 05 минут в Москве и 14 часов 32 минуты в Санкт-Петербурге. После перехода в МТС результат составил 12 часов 36 минут в Москве и 12 часов 12 минут в Санкт-Петербурге. Если же вставить сим-карту «Билайна», то в Москве смартфон разряжается за 11 часов 29 минут, а в Санкт-Петербурге — за 13 часов 15 минут.

Совсем другая ситуация наблюдается, если воспользоваться смартфоном с поддержкой LTE Cat.6. Здесь «МегаФон» теряет лидерство и батареи хватает на 8 часов 54 минуты в Москве и 8 часов 13 минут в Санкт-Петербурге, в то время как в МТС это 10 часов 03 минуты в Москве и 9 часов 48 минут в Санкт-Петербурге, а в «Билайне» — 9 часов 33 минуты в Москве и 10 часов 39 минут в Санкт-Петербурге. Причина, казалось бы, очевидна: LTE Cat.6 поддерживает только «МегаФон», и другие операторы в этом смартфоне работают, как обычно, в LTE Cat.3/4. Но почему более современная технология оказывается более «прожорливой»? (с поправкой на то, что сам смартфон LG G4 имеет также более крупный экран более высокого разрешения и более мощный процессор, другие алгоритмы управления компонентами и менее емкий аккумулятор, поэтому разряжается в любом случае быстрее, чем Xperia Z3).

Этот феномен мы попросили прокомментировать Питера Карсона, директора по маркетингу Qualcomm. Он отметил, что смартфон, работающий в более скоростной сети, потребляет больше трафика даже при одинаковом паттерне использования — например, даже при просмотре короткого ролика на Youtube при более высокой скорости будет установлено более высокое качество, и данных будет скачано больше. Если же действовать строго научными, лабораторными методами, и измерять энергопотребление модемов в мегабитах на потребленный миллиампер, то из двух смартфонов, имеющих одинаковые по емкости и степени износа батареи, один из которых будет поддерживать LTE Cat.4, а второй LTE Cat.6, при скачивании одинакового количества данных более скоростной смартфон будет более энергетически эффективным и разрядится позднее. Разумеется, это справедливо при одинаковых топологиях сети, расстояниях до базовой станции и т.п.: более быстрый смартфон просто быстрее скачает данные и переключит передатчик в спящий режим. Убедиться в этом легко, подключив смартфон к компьютеру в качестве модема.

Так что в обычных условиях, в отличие от лабораторных, все дело в использовании большего объема трафика — и теперь становится понятным, зачем операторы внедряют новые скоростные технологии: ты, вроде бы, пользуешься смартфоном столько же, сколько раньше, но вынужден покупать более дорогой пакет.

Зависимость

От чего же зависит разница во времени автономной работы смартфона при прочих равных условиях?

Во-первых, от количества базовых станций и используемых диапазонов частот (напомним, «МегаФон» использует почти исключительно 2600 МГц, МТС — 2600 и 1800 МГц, «Билайн» — 2600 и 800 МГц). «Чем выше используемая частота, тем большая часть сети строится с использованием так называемых малых сот — это связано с распространением радиоволн и интерференцией. Мы проводили масштабный эксперимент в Южной Калифорнии, в рамках которого сравнивали среднюю мощность передатчика мобильного устройства, работавшего в диапазонах 700 и 2100 МГц. Две недели мы непрерывно проводили измерения — как в городах, так и в сельской местности — и выяснили, что использование диапазона 2100 МГц позволяет снизить мощность передатчика в среднем на целых 2 дБ, что обеспечивает значительную экономию энергии. При этом сети настроены таким образом, что высокочастный диапазон обслуживает абонентов, находящихся в непосредственной близи от базовой станции, а низкочастотный — тех, кто находится в сложных условиях приема, и у них передатчики часто работают с максимальной мощностью в 24 дБ», — говорит Питер Карсон. То есть, чем больше базовых станций, тем ближе к ним вы находитесь и тем с меньшей мощностью работает передатчик, потребляя меньше энергии.

Во-вторых, автономность зависит от количества разговоров: в частности, если вы подолгу находитесь дома или в офисе и покдлючаетесь там к Интернету через Wi-Fi, то основное энергопотребление приходится на передатчик во время разговоров: в этот момент происходит переключение в сеть 3G или 2G, и никаких преимуществ от более скоростных технологий передачи данных вы не получите. Зато, кстати, они будут очевидны при VoLTE: дело в том, что технологии DRX (Discontinous Reception) и DTX (Discontinuos Transmission) в сетях LTE позволяет включать трансивер только периодами по 20-30 мс для приема/передачи очередной порции пакетов, и основную часть разговора он будет отключен (в то время как в сети с канальной передачи голоса он включен практически постоянно).

DTX/DRX

Собственно, само наличие DTX/DRX на сети серьезно влияет на время автономной работы.

«Наличие функционала DRX, который позволяет телефону выключать свой приёмный модуль на время, когда для него данные никакие не передаются, значительно снижает энергопотребление телефонов (у нас включено). Также у функционала DRX есть определённые настройки, которые могут немного (по сравнению с отключенным функционалом) увеличивать или уменьшать энергопотребление, мы используем настройки, которые рекомендует Apple и Samsung для оптимальной работы своих терминалов», — говорит Анна Айбашева из пресс-службы «Билайна». Второй важный фактор, по ее словам — это правильно настроенные уровни переходов между сетями LTE/3G/2G, что позволяет телефону без необходимости не «метаться» между технологиями: «Это «метание», или, как его ещё называют, «пинг-понг», приводит к значительному расходу энергии:

• во-первых, за счёт необходимости постоянно перестраивать приёмник на другие частоты для измерения других технологий;
• во-вторых из-за необходимости включения приёмопередатчика с целью сигнального обмена с сетью, который нужен для осуществления этого самого перехода».

В целом в ходе измерений удалось выявить закономерность между количеством перемещений по городу и расходом батареи. Активнее всего батарея расходуется при поездках на метро: даже при использовании Wi-Fi сотовый модуль все равно постоянно теряет сеть и регистрируется в ней заново на каждой следующей станции; в Санкт-Петербурге ситуация чуть лучше из-за излучающего кабеля «МегаФона» в тоннелях, однако он находится в тестовой эксплуатации и во время проведения исследования не обеспечивал непрерывного покрытия.

Между тем глобальной разницы в относительном плане между результатами различных операторов нет; а при включении режима энергосбережения абонент любого оператора гарантированно не останется с разряженным устройством в разгар рабочего дня. Тем не менее, могут возникнуть ситуации, когда с одним оператором вы успеете добежать до розетки, а с другим — нет: абсолютная разница может превышать 2 часа! Важно отметить, что результаты справедливы только для LTE-смартфонов, в 3G-сетях результаты могут быть совершенно другими; кроме того, они никак не коррелируют со скоростью передачи данных в той или иной сети, то есть, судить по ним о комфортности работы в Интернете нельзя.