مقایسه 5G در باندهای Sub-6 GHz و mmWave: فرکانس چگونه برد، نفوذ و حداکثر سرعت را تعیین می‌کند؟

با قدم گذاشتن در تقاطع خیابان ۳۴ و برادوی در منهتن، یک کاربر گوشی هوشمند ممکن است ببیند که نوار وضعیت گوشی‌اش از نماد استاندارد «5G» به «5G UW» یا «5G+» تغییر می‌کند. دقیقاً در همان لحظه، رادیوی دستگاه از فرکانس ۲٫۵ گیگاهرتز به باند موج میلی‌متری (mmWave) با فرکانس ۲۸ گیگاهرتز تغییر فاز می‌دهد و سرعت دانلود از ۱۵۰ مگابیت بر ثانیه به بیش از ۱٫۵ گیگابیت بر ثانیه جهش می‌کند. اما تنها با سه قدم برداشتن به داخل نزدیک‌ترین کافی‌شاپ، این ارتباط پرسرعت کاملاً قطع شده و گوشی دوباره به فرکانس پایین‌تر برمی‌گردد.[4][6]

این مرز فیزیکی - جایی که سیگنالی با توانایی دانلود یک فیلم 4K در چند ثانیه، در برخورد با یک پنجره شیشه‌ای استاندارد در هم می‌شکند - ویژگی بارز شبکه‌های مدرن 5G است. نسل پنجم فناوری شبکه سلولی یک پوشش یکپارچه و واحد نیست. در عوض، به دو محدوده فرکانسی مجزا به نام‌های محدوده فرکانس ۱ (FR1) و محدوده فرکانس ۲ (FR2) تقسیم می‌شود که دقیقاً رفتار دستگاه را در دنیای واقعی تعیین می‌کنند.[1]

تیم مهندسی Nybsys در مطالعه تطبیقی سال ۲۰۲۴ خود توضیح می‌دهد: «طیف 5G به‌طور کلی به دو دسته Sub-6 GHz و mmWave تقسیم می‌شود. باند Sub-6 GHz پوشش گسترده‌تر و نفوذ بهتری از میان موانع ارائه می‌دهد، در حالی که mmWave سرعت‌های فوق‌العاده بالا و ظرفیت زیادی را در فواصل کوتاه فراهم می‌کند.»[4]

برای مصرف‌کنندگانی که قصد خرید دستگاه جدیدی را دارند، این تفاوت مستقیماً به معنای هزینه سخت‌افزار و کارایی روزمره است. باند Sub-6 GHz که در فرکانس‌های زیر ۶ گیگاهرتز کار می‌کند، ستون فقرات استقرار جهانی 5G را تشکیل می‌دهد. رفتار این باند بسیار شبیه به شبکه‌های 4G LTE پیش از خود است؛ سیگنال‌های آن مایل‌ها از دکل مخابراتی فاصله می‌گیرند و به‌راحتی از میان شاخ‌وبرگ درختان، آجر و دیوارهای کاذب عبور می‌کنند.[5][6]

شرکت Telit Cinterion، تولیدکننده ماژول‌های اینترنت اشیا (IoT) و شبکه‌های سلولی، در گزارش فنی نوامبر ۲۰۲۵ خود خاطرنشان می‌کند که باندهای Sub-6 GHz برای پوشش مناطق وسیع ضروری هستند. این شرکت بیان می‌کند: «از آنجا که فرکانس‌های پایین‌تر می‌توانند مسافت بیشتری را طی کنند و بهتر در اجسام جامد نفوذ کنند، Sub-6 GHz انتخاب عملی و منطقی برای راه‌اندازی سراسری 5G در سطح کشور است.»[6]

با این حال، بهای این برد طولانی، کاهش پهنای باند است. طیف Sub-6 GHz پر از فناوری‌های بی‌سیم موجود است که اندازه کانال‌های داده در دسترس اپراتورها را محدود می‌کند. بر اساس مستندات مهندسی ShareTechnote، پهنای باند عملیاتی FR1 معمولاً به حداکثر ۱۰۰ مگاهرتز در هر کانال می‌رسد. این محدودیت فیزیکی، سقف سرعت دانلود را تعیین می‌کند که در شرایط واقعی معمولاً بین ۱۰۰ تا ۴۰۰ مگابیت بر ثانیه متغیر است.[1]

موج میلی‌متری (mmWave) یا FR2 در یک مقیاس فیزیکی کاملاً متفاوت عمل می‌کند. این طیف با استفاده از فرکانس‌های بین ۲۴ تا ۱۰۰ گیگاهرتز، بلوک‌های عظیم و پیوسته‌ای از پهنای باند استفاده‌نشده را ارائه می‌دهد. شرکت Millimeter Wave Products در تحلیل فرکانس رادیویی سال ۲۰۱۹ خود توضیح می‌دهد: «طیف mmWave امکان استفاده از پهنای باند کانال تا ۴۰۰ مگاهرتز را فراهم می‌کند.»[3]

همین پهنای باند عظیم است که سرعت‌های گیگابیتی و خیره‌کننده 5G را ممکن می‌سازد. هنگام اتصال به یک گره mmWave، گوشی هوشمند می‌تواند داده‌ها را با سرعتی بیش از ۲ گیگابیت بر ثانیه پردازش کند و عملاً تراکم شبکه را حتی در محیط‌های شلوغی مانند استادیوم‌ها، فرودگاه‌ها یا سالن‌های کنسرت از بین ببرد.[3][5]

اما فیزیک امواج رادیویی با فرکانس بالا محدودیت‌های شدیدی را به همراه دارد. با افزایش فرکانس، طول موج به چند میلی‌متر کاهش می‌یابد. این امواج کوچک به‌شدت مستعد تضعیف هستند. آن‌ها نمی‌توانند در مواد جامد نفوذ کنند؛ یک دیوار آجری، شیشه دودی ماشین یا حتی دست کاربر که دور گوشی حلقه شده است، می‌تواند سیگنال را کاملاً مسدود کند.[2][4]

نشریه 5G Technology World در یک بررسی مهندسی در سال ۲۰۲۱ گزارش می‌دهد: «طراحی فیلترها و آنتن‌ها برای کاربردهای mmWave باید افت قابل‌توجه انتشار را در نظر بگیرد. برخلاف سیگنال‌های Sub-6 GHz، فناوری mmWave برای حفظ یک ارتباط پایدار به انتقال خط دید (دید مستقیم) و تکنیک‌های پیشرفته شکل‌دهی پرتو (beamforming) نیاز دارد.»[2]

برای غلبه بر این مشکل، اپراتورها باید گره‌های mmWave را با تراکم بالا مستقر کنند - گاهی اوقات در هر گوشه خیابان یا روی تیرهای برق در مناطق مرکزی شهر. این نیاز زیرساختی باعث می‌شود که استقرار mmWave در مناطق روستایی یا حومه شهر از نظر اقتصادی غیرمنطقی باشد و ردپای آن تنها به هسته‌های پرتراکم شهری و مکان‌های سرپوشیده خاص محدود شود.[4][5]

برای تولیدکنندگان گوشی‌های هوشمند، پشتیبانی از هر دو باند نیازمند مهندسی سخت‌افزار پیچیده‌ای است. یک دستگاه باید شامل چندین آنتن تخصصی باشد که در لبه‌های شاسی قرار گرفته‌اند تا اطمینان حاصل شود که دست کاربر سیگنال شکننده mmWave را مسدود نمی‌کند. این امر هزینه تولید را افزایش می‌دهد که معمولاً به مصرف‌کننده تحمیل می‌شود.[2][5]

تحلیل بازار Patsnap Eureka این شکاف سخت‌افزاری را برجسته می‌کند. در این گزارش آمده است: «گنجاندن ماژول‌های mmWave هزینه تمام‌شده قطعات یک گوشی هوشمند را تقریباً ۲۰ تا ۳۰ دلار افزایش می‌دهد.» در نتیجه، بسیاری از گوشی‌های اقتصادی و میان‌رده پشتیبانی از mmWave را کاملاً حذف می‌کنند و برای پایین نگه‌داشتن قیمت نهایی، تنها اتصال Sub-6 GHz را ارائه می‌دهند.[5]

هنگام ارزیابی خرید یک گوشی هوشمند در سال ۲۰۲۶، خریداران باید واقعیت جغرافیایی محل زندگی خود را با برگه مشخصات دستگاه بسنجند. کاربری که در یک منطقه روستایی یا حومه وسیع شهر زندگی می‌کند، تقریباً به‌طور انحصاری به شبکه‌های Sub-6 GHz متکی خواهد بود. اگر اپراتور محلی گره‌های فرکانس بالای لازم را نصب نکرده باشد، پرداخت هزینه اضافی برای یک دستگاه پرچمدار مجهز به mmWave هیچ فایده عملی نخواهد داشت.[6][7]

برعکس، یک فرد حرفه‌ای که در یک مرکز کلان‌شهر پرتراکم رفت‌وآمد می‌کند یا مرتباً در رویدادهای عمومی بزرگ شرکت می‌کند، متوجه فقدان mmWave خواهد شد. در این محیط‌ها، شبکه Sub-6 GHz اغلب توسط هزاران کاربر همزمان دچار ترافیک و کندی می‌شود، در حالی که طیف mmWave کاملاً باز باقی می‌ماند و دانلودهای فوری و پخش روان ویدیو را ارائه می‌دهد.[4][7]

صنعت همچنین در حال بررسی راه‌حل‌های میانی مانند طیف باند C (با محدوده ۳٫۷ تا ۳٫۹۸ گیگاهرتز) است که در لبه بالایی Sub-6 GHz قرار دارد. باند C یک حد وسط را ارائه می‌دهد؛ یعنی کانال‌های بسیار وسیع‌تری نسبت به فرکانس‌های پایین‌تر فراهم می‌کند و در عین حال نفوذ بهتری نسبت به mmWave دارد.[6]

کارایی یک گوشی 5G توسط خواص فیزیکی امواج رادیویی که می‌تواند دریافت کند، تعیین می‌شود. تصمیم‌گیری بین خرید یک دستگاه که فقط از Sub-6 پشتیبانی می‌کند و یک پرچمدار دو بانده، به این بستگی دارد که دستگاه بیشتر در کجا استفاده خواهد شد. سرعت‌های گیگابیتی mmWave همچنان یک امکان لوکس و محدود به مناطق خاص است، در حالی که Sub-6 GHz به عنوان پایه و اساس قابل‌اعتماد و روزمره ارتباطات جهانی به کار خود ادامه می‌دهد. تغییر قابل‌تأیید بعدی در این چشم‌انداز سخت‌افزاری به این بستگی دارد که اپراتورها با چه سرعتی می‌توانند شبکه‌های باند میانی خود را متراکم کنند تا شکاف بین این دو حد افراطی را پر کنند.[7]