Диапазон ка – K (Кей), Ka, Ku, X, L

диапазон — это… Что такое Ka-диапазон?

Ka-диапазон Частотный спектр 26,5 — 40 ГГц Спектр длин волн 1,13 — 0,75 см

K_a-диапазон — диапазон частот сантиметровых и миллиметровых длин волн, используемых в основном для спутниковой радиосвязи и радиолокации. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 26,5 до 40 ГГц электромагнитного спектра (что соответствует длинам волн от 1,13 до 0,75 см)^[1]. Название диапазона происходит от смеси английского и немецкого слов: «короткий» (нем. kurz) и «над» (англ. above), что указывает на положение K_a-диапазона: «над» K-диапазоном (18 — 26,5 ГГц).

Спутниковая связь

Одна из основных областей применения K_a-диапазона это спутниковая связь. В связи с тем, что в традиционных диапазонах (S-, L-, C-, X- и K_u-) для этих целей уже не осталось места, в настоящее время всё больше и больше используются K

a— и K-диапазоны.

В спутниковой связи этот диапазон называется K_a-диапазон 30/20 ГГц и полосы частот зарезервированные для этих целей лежат между 18,3–18,8 и 19,7–20,2 ГГц для линии Спутник — Земля, и между 27,5 и 31 ГГц для линии Земля — Спутник. То есть фактически канал Спутник — Земля полностью лежит в K-диапазоне, а канал Земля — Спутник в K_a-диапазоне ^[2][3][4].

В настоящее время среди систем использующих K_a-диапазон 30/20 ГГц можно отметить канадский Anik F2, который обладает 45-тью активными Ka-транспондерами и обеспечивает услуги мультимедиа и широкополосный доступ в Интернет на территории Северной Америки

[5], а также KA-SAT принадлежащий Eutelsat и обеспечивающий похожие услуги на территории Европы^[6]. Среди российских спутников, этот диапазон используют военные спутники Радуга-1 и Радуга-1М, также этот диапазон должен был использоваться в спутнике Экспресс АМ4, выведенном в 2011 году на нерасчётную орбиту.

РЛС

Полицейский радар на дороге в Бразилии

K_a-диапазон широко используется в радиолокации. Из-за особенностей этого диапазона (высокая степень атмосферного поглощения и небольшая длина волны), радары K_a-диапазона способны работать на коротких расстояниях и производить измерения сверх-высокого разрешения. Типичной сферой применения этих радаров является управление воздушным движением в аэропортах, где с помощью последовательности очень коротких импульсов (длиной в несколько наносекунд) определяется дистанция до воздушного судна

[7]^[8].

Радары ДПС

Современные полицейские дорожные радары работают в диапазонах K_a— и K-. В K_a-диапазоне, который является самым новым из использующихся полицейскими радарами, несущей частотой является 34700 МГц и полоса пропускания составляет 1300 МГц. Меньшая длина волны и более высокий энергетический потенциал (усиление одинаковых по размерам антенн прямо пропорционально несущей частоте) позволяют приборам, работающим в K

a-диапазоне, иметь небольшие размеры и дальность обнаружения до полутора километров, самую большую из всех используемых диапазонов. В настоящее время (2011) в России радары, использующие этот диапазон, не лицензированы и не используются^[9][10].

Другие частотные диапазоны

Диапазоны в различных системах обозначений различаются, в таблице приведены диапазоны согласно классификации IEEE:

Диапазоны частот
Название	Частотный диапазон, ГГц
Название диапазона	Диапазон частот РЛС	Диапазон частот в спутниковой связи
L	1,0 — 2,0
S	2,0 — 4,0
C	4,0 — 8,0	4,0 — 7,0
X	8,0 — 12,0	7,0 — 10,7
Ku	12,0 — 18,0	10,7 — 18,0
K	18,0 — 26,5	18,3 — 20,2; 27,5 — 31,5
Ka	26,5 — 40,0

Примечания

См. также

dic.academic.ru

Ku-диапазон — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 марта 2019; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 марта 2019; проверки требует 1 правка.

Ku-диапазон Частотный спектр Радар: 12 — 18 ГГц Связь: ~10,7 — 18,0 ГГц Спектр длин волн Радар: от 2,5 до 1,67 см

K_u-диапазон (произносится ˌkeɪˈjuː — кей-ю) — диапазон частот сантиметровых длин волн, используемых в спутниковом телевидении. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 12 до 18 ГГц электромагнитного спектра (длины волн от 2,5 до 1,67 см). В спутниковой связи к этому диапазону также относят часть X-диапазона: в этом случае диапазон K

u— лежит между 10,7 и 18 ГГц.^[1].

Название происходит от выражения нем. Kurz-unten — буквально «короткий-нижний», обозначающее полосу ниже K-диапазона (нем. Kurz — «короткого»).

Для спутникового телевидения используются два основных диапазона: Ku-диапазон (10,7 — 12,75 ГГц) и С — диапазон (3,5 — 4,2 ГГц). Европейские спутники вещают преимущественно в Ku-диапазоне. Российские и азиатские спутники обычно ведут вещание в обоих частотных диапазонах. Ku-диапазон имеет практическое преимущество перед С-диапазоном. Ввиду более короткой длины электромагнитной волны приём сигналов Ku-диапазона возможен параболической антенной небольших размеров, диаметром менее 1 метра.

Ku-диапазон условно разбит на три поддиапазона:

• Первый поддиапазон (10,7-11,7 ГГц) носит название диапазон FSS.
• Второй поддиапазон (11,7-12,5 ГГц) называется DBS-диапазоном.
• Третий поддиапазон (12,5-12,75 ГГц) иногда называется по имени французских спутников Telecom, использующих для вещания эти частоты^[2][3][4].

Соответственно, и Ku-конвертеры бывают трех типов : однодиапазонные с полосой частот 10,7 — 11,7 ГГц, двухдиапазонные — 10,7 — 12,5 ГГц. и трехдиапазонные (или Full Band, Wide Band, Triple) с полосой частот 10,7 — 12,75 ГГц. Для приема НТВ+ и «Триколор» применяются однодиапазонные конверторы 11,5 — 12,75 ГГц с круговой поляризацией и частотой гетеродина 10,75 ГГц.. Данный вид конверторов, как и круговую поляризацию в Ku диапазоне, для спутникового телевещания никто, кроме России не применяет.

Диапазоны в различных системах обозначений различаются, в таблице приведены диапазоны согласно классификации IEEE:

Диапазоны частот
Название	Частотный диапазон, ГГц
Название диапазона	Диапазон частот РЛС	Диапазон частот в спутниковой связи
L	1,0—2,0
S	2,0—4,0
C	4,0—8,0	3,4—8,0
X	8,0—12,0	7,0—10,7
Ku	12,0—18,0	10,7—18,0
K	18,0—26,5	18,3—20,2; 27,5—31,5
Ka	26,5—40,0

Спутниковое телевидение
Терминология
Доступ
Оборудование

ru.wikipedia.org

Использование Ка-диапазона в спутниковых сетях

1. Введение

Любое физическое или юридическое лицо (далее пользователь) имеет право на свободный доступ к информации вне зависимости от места расположения, как источника информации, так и ее потребителя. Реализация данного права является основной задачей телекоммуникационных сетей. Для пользователя в большинстве случаев не важно, каким образом и по каким каналам ему предоставляется доступ. Главным образом его интересует, сможет ли канал или сеть на его основе обеспечить:

• достаточную пропускную способность (ПС), гарантирующую предоставление современных телекоммуникационных услуг запрошенной номенклатуры в требуемом объеме;
• доставку информации с заданным потребителем качеством:
• доставку информации в нужное, определенное потребителем, место;
• приемлемые цены на услуги.

Рост объемов традиционных телекоммуникационных услуг (вещание, передача данных, Интернет и т. д.), внедрение и дальнейшее развитие современных инфотелекоммуникационных технологий требуют использования каналов, способных пропускать и обрабатывать высокоскоростные информационные потоки. Соответственно возрастают потребности пользователей в полосе частот каналов. Переход на более эффективные методы передачи информации и организации сетей, позволяющих в отведенной полосе передать больше информации, зачастую не достаточно.

Пользователь все больше заинтересован как в получении новых высококачественных услуг, так и в повышении качества традиционных услуг. Внедрение услуг высокого качества, к примеру, телевидения высокой четкости (ТВЧ) требует или использования широкополосных каналов, или значительного повышения энергетики канала. В ряде случаев, особенно в радиоканалах, возможности повышения энергетики канала ограничены либо условиями электромагнитной совместимости, либо проблемами физической реализуемости оборудования, к примеру, передатчиков большой мощности. Единственным способом достижения необходимого для предоставления услуг качества канала является использование обменных соотношений между полосой частот канала и его энергетикой, например, путем перехода к малопозиционным сигналам и/или низкоскоростным кодам, что требует увеличения полосы частот.

Вопрос об одновременном обеспечении высокой ПС и качества канала для наземных телекоммуникационных сетей не ставится. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), радиорелейные линии, сети, построенные на основе радиотехнологий (LTE и др.) позволяют передавать большие информационные потоки с высоким качеством, однако возникают проблемы с обеспечением доступа в любом месте.
Для урбанизированных районов, где пользователи компактно размещены на ограниченной территории, задача предоставления каналов доступа практически решается средствами кабельных сетей, в том числе ВОЛС, или сотовых систем типа LTE и ей подобных. Их использование для решения проблемы повсеместного обеспечения доступом в любом месте и в любое время, особенно пользователей, расположенных в труднодоступных, отдаленных и малонаселенных территориях требует развития каналов связи.

Конечно, теоретически возможно протянуть ВОЛС к каждому дому, создать сеть узловых станций доступа, охватывающую всю территорию региона или страны. Возникает вопрос о объемах затраченных средств на строительство ВОЛС или узловых станций, охватывающих регионы с малой плотностью населения, например, Сахару, бассейн Амазонки, Сибирь, внутреннюю часть Австралии, острова Океании или, наконец, Полесье Украины. В конечном итоге, если не принимать во внимание гипотезы о благотворительных намерениях создателя сети, это отразится на стоимости услуг, которая будет неподъемной для пользователя. Или вообще сеть в тех местах не разворачивать, лишив потребителя права на доступ?

Единственной альтернативой предоставления доступа вне зависимости от места расположения, как источника информации, так и ее потребителя остается использование спутниковых каналов, обеспечивающих как высокие скорости передачи, так и приемлемое качество. Конечно, стоимость создания спутниковой сети значительна, но зона покрытия услугами велика, и она не зависит, ни от расстояния между пользователем и источником информации, ни от количества пользователей. Это означает, что стоимость услуг сети для отдельного пользователя с ростом количества пользователей будет уменьшаться.

Учитывая ограниченность частотно-орбитального ресурса спутниковых систем связи (ССС) остаются открытыми вопросы достаточности частотного ресурса (ЧР) для построения системы доступа и эффективного использования имеющегося ЧР.

2. Частотный ресурс ССС

В первую очередь ЧР зависит от полосы частот, выделенной спутниковой сети или системе в целом. Для справки в таблице 1 приведены условные названия диапазонов и граничные значения их полос частот, распределенных в соответствии с Регламентом Радиосвязи для систем спутниковой связи (фиксированная спутниковая служба). Из рассмотрения исключены редко используемые и используемые в других службах диапазоны L, S, X.

Значение полосы частот, выделенное в каждом диапазоне, ограничено. Системы, работающие в более высокочастотном диапазоне способны предоставить больший частотный ресурс, выделенная в диапазоне Ка полоса более чем в 4 раза шире, чем в диапазоне С.

Помимо перехода на более высокочастотные диапазоны проблема недостаточности ЧР может решаться за счет повторного использования полосы частот при поляризационном и/или пространственном разделении каналов. В первом случае ЧР может быть удвоен, во втором все зависит от количества неперекрывающихся зон обслуживания, которые формируются на спутнике антенными системами.

Для оценки перспектив расширения частотного ресурса за счет пространственного разделения на рисунке 1 приведены результаты расчета площади зоны покрытия одним лучом. Расчеты производились для гипотетического луча при следующих условиях:

• используется бортовая параболическая антенна;
• размеры зоны покрытия задаются шириной главного лепестка антенны, определенной на уровне -3 дБ;
• форма зоны покрытия: на широте экватора круг, переходящий по мере удаления от экватора в эллипс;
• долгота центра зоны покрытия соответствует долготе спутника.

Зависимости, приведенные на рисунке 1, рассчитаны для частного случая — антенны с диаметром зеркала 2 м с коэффициентом использования поверхности 0,64.

В диапазоне С на средних широтах площадь зоны покрытия велика, ее площадь оценивается в пределах (2,5 — 3,5) млн. кв. км. Например, при расположении центра зоны в районе Киева она будет охватывать Восточную и большую часть Центральной Европы. Так что перспективы повторного использования полосы невелики – до 4 – 5 раз и то применимо для организации глобальной связи.

В диапазоне Ku для той же географической области площадь зоны покрытия находится в пределах (400 – 500) тыс.кв.км, т.е. одним лучом может покрываться территория, например, Франции или Украины (почти полностью), так что степень использования полосы может быть увеличена приблизительно на порядок. Примером практической реализации этому может послужить пока что единственная спутниковая сеть, использующая КА Thaicom 4 (IPstar 1), формирующий 82 зоны покрытия по сотовому принципу.

Гораздо больше возможностей для многократного использования полосы частот у спутниковых сетей, работающих в диапазоне Ка. При тех же географических условиях площадь зоны покрытия составляет от 120 тыс. кв. км до 180 тыс. кв. км. Только на территории Украины можно сформировать несколько зон покрытия, что, по крайней мере, удвоит частотный ресурс. Более полная оценка возможностей при работе в диапазоне Ка будет произведена в следующем разделе.

С учетом поляризационного и пространственного разделения общий частотный ресурс выведенных на ГСО КА порядка 670 ГГц. Всего, по состоянию на февраль 2015 года, на геостационарной орбите (ГСО) действуют 345 телекоммуникационных космических аппаратов (КА) гражданского назначения, из которых услуги доступа к информации различного рода способны предоставлять 310 КА. Динамика роста ЧР всех ССС в целом и его распределения по основным диапазонам частот, начиная с 2004 года, проиллюстрирована рисунком 2. Рост совокупного ЧР за этот период в 2,8 раза в основном обеспечивался введением новых емкостей в диапазонах Ku (в 2 раза) и, особенно, в Ka (в 8 раз). Если до 2008 — 2009 годов темпы прироста частотного ресурса во всех диапазонах были примерно одинаковы, то в дальнейшем более интенсивно начал использоваться диапазон Ка. Только за последние три года доля диапазона Ка в суммарном объеме ресурсов выросла с 16,9 % в 2011 году до 25,3 % в 2014 г. (рисунок 3), превысив по объемам ЧР диапазона С.

Стволы в диапазоне Ка имеют 70 действующих спутников, из которых 14 КА работают только в этом диапазоне. К наиболее крупным операторам, использующим диапазон Ка, следует отнести: SES (13 КА), DirecTV (9 КА), Eutelsat (7 КА), Telesat (4 КА), Viasat и ASCO (3 КА). Всего услуги в этой полосе предоставляют 35 операторов ССС. В ближайшее четырехлетие операторы намерены вывести на ГСО еще 47 КА, предоставлять услуги в этом диапазоне планируют еще семь операторов.

Большие значения распределенной полосы, широкие возможности для повторного использования диапазона частот, опережающий рост частотного ресурса и менее проблематичное решение вопросов координации сетей при их создании обуславливают повышенный интерес к использованию диапазона Ка для организации каналов доступа к информации.

 

На февраль 2015 года в диапазоне Ка было задействовано около 1400 стволов с общим частотным ресурсом примерно 190 ГГц.

Распределение частотного ресурса диапазона Ка по позициям ГСО приведено на рисунке 4. Из диаграммы видно, что частотный ресурс сосредоточен на позициях ГСО используемых для предоставления услуг в Северной Америке (60,4 %), Европе и прилегающих странах Африки, Ближнего Востока (32,1%) и пока в меньшей мере для обслуживания пользователей в оставшейся части Азии и Австралии (7,5 %). Распределение КА по регионам обслуживания и некоторым странам, входящих в них, приведено в таблице 2.

Неравномерность распределения ресурса, а значит и неравные возможности пользователей получать услуги, подчеркивается тем, что долю четырех операторов (Viasat, DirecTV, Hughes Network, Eutelsat), обслуживающих Северную Америку и Европу, приходится 62 % общего частотного ресурса диапазона Ка.

3. Особенности работы в диапазоне

Как уже было отмечено, привлекательность использования диапазона Ка обусловлена, во-первых, меньшими по сравнению с другими диапазонами проблемами с координацией сетей, во-вторых, большим значением распределенной полосы частот и возможностью повторного ее использования. Как и в предыдущем разделе, оценку перспектив многократного использования полосы частот можно производить по площади зоны покрытия. Результаты ее расчета, выполненные при аналогичных ограничениях на частотах диапазона Ка, и условии, что установлены бортовые антенны с диаметром зеркала 2 м, или 3 м, или 4 м представлены на рисунке 5. Из результатов расчетов следует вполне ожидаемый вывод, что увеличение диаметра зеркала антенны в n раз приводит к уменьшению площади зоны покрытия в n2 раз.

Если предположить, что на спутнике установлена параболическая антенна с диаметром зеркала 3 м, то на территории Украины можно организовать 10 зон покрытия. При этом одну и ту же полосу частот можно использовать трижды, т. е. без изменения полосы частотный ресурс увеличится в 3 раза. Такой подход к построению сети удобен при организации регионального вещания. Пользователи разных регионов, не входящие в смежные зоны, могут вещать на одной и той же частоте в пределах выделенной полосы частот, не создавая взаимных помех.

Как будет показано далее, в большинстве случаев многозоновое покрытие строится на основе использование квадратной или близкой к ней сети (рисунок 6.а). При этом достаточно четырех парциальных полос чтобы организовывать разнесенные спутниковые каналы. Эффективность использования выделенной полосы пропорциональна количеству зон в области покрытия. К примеру, при 60 зонах частотный ресурс можно увеличить в 15 раз.

Если к вопросу размещения зон в определенной области подходить с позиции теории оптимальной упаковки, то известно, что самой эффективной является треугольная сеть с центрами зон, располагаемыми в вершинах равностороннего треугольника (рис. 6 б). В треугольной сети количество смежных зон уменьшается до трех, что по сравнению с квадратной сетью дает дополнительный выигрыш по частотному ресурсу в 1,33 раза.

За увеличение частотного ресурса при переходе в диапазон Ка приходится платить большим уровнем затухания в канале, т. е. ухудшением энергетики линии.

Известно, что в диапазонах частот ССС на энергетические показатели спутниковых линий влияют три основных фактора:

• большое затухание сигнала в канале, обусловленное большой протяженностью трассы Земля – спутник – Земля;
• потери мощности при прохождении через атмосферу, в основном в водяных парах и кислороде;
• затухание сигнала в осадках.

Уровень затухания сигнала в свободном пространстве растет пропорционально квадрату частоты, на которой сигнал передается. Переход, например, с диапазона Ku на работу в диапазоне Ка приводит к дополнительным потерям от 4,0 дБ до 6,4 дБ. Однако коэффициент усиления антенны так же растет пропорционально квадрату частоты, так что дополнительно затухание компенсируется увеличением коэффициента усиления антенны.
Зависимость затухания сигнала от частоты при его прохождении через слои атмосферы приведена на рисунке 7.

На частотах в окрестности 23 ГГц наблюдается максимум потерь мощности сигнала, однако, во-первых, данный участок диапазона в ССС практически не используется и, во-вторых, уровень потерь не значительный, не превышает 1 дБ.

Более существенным, ограничивающим применение диапазона Ка, фактором является затухание сигнала во время осадков на трассе прохождения сигнала. Осадки – явление временное и случайное действующее. Степень затухания сигнала зависит от их интенсивности, длительности, толщины слоя дождя (снега), определяющего длину пути сигнала в осадках. Во время их выпадения уменьшение отношения сигнал/шум в канале может привести к заметному ухудшению качества услуг вплоть до невозможности их предоставления (отсутствия канала связи вообще). Учитывая вероятностный характер действия осадков, их влияние оценивается таким параметром как надежность канала связи. Надежность канала определяется через процент времени в году, в течении которого канал способен предоставлять услуги.

Например, надежность 99,95 % означает, что за год в течении 4,38 часов предоставление услуг каналом не гарантируется. Для компенсации возможных потерь при выпадении осадков необходимо предусмотреть дополнительный энергетический запас в канале или за счет повышения мощности передаваемого сигнала, или за счет использования антенн с большим коэффициентом усиления. Зависимости потерь в осадках, которые необходимо скомпенсировать для достижения заданной надежности, от значения параметра надежности приведены на рисунке 8. Для сравнения там же отображены результаты расчетов для каналов, работающих в диапазоне Ku. Расчеты производились на частотах, близких к крайним частотам диапазонов.

Вполне очевидно, что достижение уровня надежности спутниковых каналов диапазона Ка 99,99 % и выше практически не реально. Непосредственное повышение мощности передаваемого сигнала физически не возможно, а увеличение коэффициента усиления антенн требует антенн с очень большим диаметром зеркала. Например, для достижения надежности канала 99,99 % на линии Земля — спутник земная станция должна быть оборудована передатчиком с выходной мощностью порядка 500 Вт и антенной с диаметром зеркала (7 — 9) м.

Необходимо искать другие способы повышения надежности канала. Наиболее приемлемым из них является резервирование каналов за счет использования еще одной земной станции, разнесенной с основной в пространстве. Расстояние между станциями необходимо выбирать таким, чтобы осадки в месте приема/передачи были не коррелированными. При этом станции должны быть связаны альтернативным каналом, например, ВОЛС.

4. Каналы вещания диапазона Ка

При значительном уровне использования спутниковых каналов для трансляции программ вещания диапазон Ка освоен пока что слабо. Из 38,6 тысяч телевизионных вещательных каналов на долю диапазона Ка приходится только 640 каналов или 1,7%.

Львиная доля каналов (92%) диапазона Ка обслуживает пользователей США. Услуги предоставляются оператором DirecTV. Вещание ведется через пять спутников Spaceway 2, DTV 11 и Spaceway 1, DTV 10, DTV 12 с двух позиций ГСО 99,2° з. д. и 103,0° з. д., соответственно. Все спутники специализированные, имеют нагрузку только в диапазоне Ка.

На европейский регион приходится только 53 канала вещания в диапазоне Ка. Ресурсы для трансляции телевизионных программ предоставляют пять спутников операторов Eutelsat (Eutelsat 7A/7В — 7,0° в. д., Eutelsat 16A — 16,0° в. д., Eutelsat Kasat 9A — 9,0° в. д.) и один КА (Astra 1L — 19,2° в. д.) оператора SES Astra.

Семь вещательных каналов организовано операторами Esh’ailsat (Esh’ail 1 — 25,5° в. д.) и Turksat AS (Turksat 4A — 42,0° в. д.,) для пользователей Ближнего Востока, Малой Азии. В остальных регионах Азии, а также в большей части Африки, в Австралии и Южной Америке услуги вещания в диапазоне Ка пока не предоставляются. Отметим, что в зону покрытия КА Esh’ail 1 и КА Turksat 4A входят, соответственно, часть Северной Африки и Европа.

Все программы спутникового вещания, предназначенные американским пользователям, и 93 % программ для европейского региона транслируются в стандарте DVB-S2. 86 % каналов ориентированы на предоставление услуг ТВЧ, из которых только три канала на пользователей за пределами США. Частотный ресурс, задействованный под распределение вещательных программ, незначительный и составляет всего 3 % от общего ресурса диапазона Ка. В общем, уровень использования технологии DVB-S2 в диапазоне Ка значительно превышает (98 % каналов) степень ее применения в других диапазонах (38 %).

Области покрытия КА, обслуживающих Восточное полушарие, за исключением Eutelsat Kasat 9A, однозоновые. Конфигурация зоны обслуживания, наиболее загруженного КА Eutelsat 16A (20 каналов), для примера, приведена на рисунке 9.

Спутники западного полушария DTV 10, DTV 11, DTV 12 идентичны по параметрам. На каждом из них формируется до 55 лучей, обслуживающих крупные городские агломерации, Аляску, Гавайи и один региональный луч, покрывающий всю территорию США без Аляски. Многозоновая область покрытия, создаваемая КА DTV 12 (без Аляски и Гавайев) представлена на рисунке 10. Максимальное значение эквивалентной изотропной излучаемой мощности (ЭИИМ) в зоне покрытия луча 59,5 дБВт.

Как видно покрытие страны не полное, 49 зональных лучей охватывают только более плотно населенные районы США. В остальных частях страны услуги предоставляются региональным лучом. В начале декабря в точку 99,2° з. д. ГСО был выведен еще один КА семейства DirecTV – DTV 14. Основное предназначение спутника – резервирование существующих емкостей. В зону покрытия его 46 рабочих лучей входят густонаселенные районы восточной и западной частей США.

Такой же метод организации покрытия использован в сети вещания, построенной на основе КА Galaxy 28. 28 стволов диапазона Ка формируют 28 лучей, которые покрывают, используя сотовый принцип, всю территорию США.

Столь слабое использование диапазона Ка для предоставления услуг вещания в мировом масштабе обусловлено, помимо недостаточной надежности при работе в условиях осадков, инерцией рынка. Значительное большинство операторов, провайдеров и абонентов сетей вещания предоставляют и пользуются услугами непосредственного вещания (НТВ), доля которого составляет примерно 70 % от объемов услуг вещания. Преимущественно оборудование сетей НТВ было ориентировано на работу в диапазоне Ku и, в меньшей мере, в диапазоне С. Пока ресурсов каналов в этих диапазонах достаточно. Об этом свидетельствует большой разброс в количестве каналов, организованных на одном спутнике: от 800 — 1000 (Echostar 16, Echostar 10, Ciel 2, Echostar 14, Eutelsat 16A) до одного — двух. Дополнительно имеется некоторый резерв ресурса, только 38 % каналов используют более эффективную технологию — стандарт DVB-S2. Так что пользователь еще не созрел и не готов к финансовым затратам на замену оборудования.

Возникает дилемма: пользователь не переходит на работу в диапазоне Ка, поскольку недостаточно предложений (каналов вещания) от оператора ССС; оператор ССС не организует каналы в этом диапазоне, поскольку нет у пользователя спроса на каналы. Но эта ситуация временная, объемы транслируемой информации растут, а коэффициент использования стволов у большинства ССС достиг 70 % и выше. Введение новых мощностей в диапазонах Ku и С проблематично из-за все возрастающей сложности координации ресурса.

С приведенными выше причинами связаны и перспективы развития спутникового вещания в диапазоне Ка. В ближайшие 3 года увеличится не только количество стволов в полосе Ка у планируемых к запуску спутников, но появятся и новые специализированные КА, например, DTV 15, Spaceway 6 и новые технологии организации каналов.

Примером последнего может быть ближайшие запуски спутников нового поколения ССС Intelsat, построенных на основе спутниковой платформы Intelsat EpicNG, которая обеспечит комплексное использование C-, Ku- и Ка-диапазонов частот, формирование широких и сфокусированных лучей, позволяющих реализовать многозоновое покрытие с повторным использованием полосы частот. На основе КА Intelsat 32Е (нагрузка в диапазоне Ku и Ка), спроектированного на платформе Epic, будет создана комплексная вещательная сеть Бразилии с высокой пропускной способностью, функционирующая в обоих диапазонах частот.

Продолжение читайте в Части 2 и Части 3.

 

Анатолий Мельник, Александр Богданов

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Понравилось нас читать?
Подпишись тут

mediasat.info

ka-диапазон Википедия

Ka-диапазон Частотный спектр 26,5 — 40 ГГц Спектр длин волн 1,13 — 0,75 см

K_a-диапазон — диапазон частот сантиметровых и миллиметровых длин волн, используемых в основном для спутниковой радиосвязи и радиолокации. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 26,5 до 40 ГГц электромагнитного спектра (что соответствует длинам волн от 1,13 до 0,75 см)^[1]. Название диапазона происходит от смеси английского и немецкого слов: «короткий» (нем. kurz) и «над» (англ. above), что указывает на положение K_a-диапазона: «над» K-диапазоном (18 — 26,5 ГГц).

Спутниковая связь

Одна из основных областей применения K_a-диапазона это спутниковая связь. В связи с тем, что в традиционных диапазонах (S-, L-, C-, X- и K_u-) для этих целей уже не осталось места, в настоящее время всё больше и больше используются K_a— и K-диапазоны.

В спутниковой связи этот диапазон называется K_a-диапазон 30/20 ГГц и полосы частот, зарезервированные для этих целей, лежат между 18,3—18,8 и 19,7—20,2 ГГц для линии Спутник — Земля, и между 27,5 и 31 ГГц для линии Земля — Спутник. То есть фактически канал Спутник — Земля полностью лежит в K-диапазоне, а канал Земля — Спутник в K_a-диапазоне^[2][3][4].

В настоящее время среди систем, использующих K_a-диапазон 30/20 ГГц, можно отметить канадский Anik F2, который обладает 45 активными Ka-транспондерами и обеспечивает услуги мультимедиа и широкополосный доступ в Интернет на территории Северной Америки^[5], Ka-Sat принадлежащий Eutelsat и обеспечивающий похожие услуги на территории Европы^[6], Viasat-1 компании Viasat и Jupiter компании Hughes, обеспечивающие широкополосный доступ в Интернет на территории Северной Америки. На многих строящихся и запланированных на сегодня к запуску спутниках связи предусматривается наличие Ka-диапазона. Среди российских аппаратов этот диапазон должен был использоваться в спутнике Экспресс АМ4, выведенном в 2011 году на нерасчётную орбиту, транспондеры Ka-диапазона предусмотрены на спутниках Экспресс АМ5 и Экспресс АМ6.

РЛС

Полицейский радар на дороге в Бразилии

K_a-диапазон широко используется в радиолокации. Из-за особенностей этого диапазона (высокая степень атмосферного поглощения и небольшая длина волны), радары K_a-диапазона способны работать на коротких расстояниях и производить измерения сверх-высокого разрешения. Типичной сферой применения этих радаров является управление воздушным движением в аэропортах, где с помощью последовательности очень коротких импульсов (длиной в несколько наносекунд) определяется дистанция до воздушного судна^[7][8].

Радары ДПС

Современные полицейские дорожные радары работают в диапазонах K_a— и K-. В K_a-диапазоне, который является самым новым из использующихся полицейскими радарами, несущей частотой является 34700 МГц и полоса пропускания составляет 1300 МГц. Меньшая длина волны и более высокий энергетический потенциал (усиление одинаковых по размерам антенн прямо пропорционально несущей частоте) позволяют приборам, работающим в K_a-диапазоне, иметь небольшие размеры и дальность обнаружения до полутора километров, самую большую из всех используемых диапазонов. В настоящее время (2011) в России радары, использующие этот диапазон, не лицензированы и не используются^[9][10].

Другие частотные диапазоны

Диапазоны в различных системах обозначений различаются, в таблице приведены диапазоны согласно классификации IEEE:

Диапазоны частот
Название	Частотный диапазон, ГГц
Название диапазона	Диапазон частот РЛС	Диапазон частот в спутниковой связи
L	1,0—2,0
S	2,0—4,0
C	4,0—8,0	3,4—8,0
X	8,0—12,0	7,0—10,7
Ku	12,0—18,0	10,7—18,0
K	18,0—26,5	18,3—20,2; 27,5—31,5
Ka	26,5—40,0

См. также

Примечания

wikiredia.ru

В рубрику «Спутниковая связь» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Представлен анализ спутниковых систем HTS. Обсуждаются их эффективность и конкурентоспособность. Результаты анализа показывают, что в настоящее время нет адекватных технических решений при реализации наземного сегмента для обслуживания абонентов на подвижных средствах.

Analysis of HTS systems. Their effectiveness and competitiveness are discussed. The results of the analysis show that there are inadequate technical solutions in the implementation of the ground segment for customer care on the mobile facilities in present.

Юрий
Чекушкин

Заведующий лабораторией радиоэлектроники и прикладной информатики, МФТИ

Yuri
ChekuschkinHead of the laboratory of radioelectronics and applied informatics, MIPT

Игорь
Зимин

Заведующий лабораторией радиофизики и спутниковой связи, МФТИ, к.т.н.

Igor
ZiminHead of the Laboratory of Radiophysics and Satellite Communications, MIPT, candidate of engineering sciences

Андрей
Яковец

Научный сотрудник, аспирант, МФТИ

Andrey
YakovetsPostgraduate student, research scientist, MIPT

Ключевые слова:

спутниковая связь, VSAT, Ka-диапазон, Ku-диапазон

Keywords:

satellite communicacations, VSAT, Ka-band, Ku-band

Новый вектор развития спутникового широкополосного доступа связан с появлением многолучевых геостационарных спутников связи. Особенностью таких спутников является то, что выделенная рабочая полоса частот многократно повторяется. Причем энергетика радиолиний существенно повышается за счет увеличения усиления в узком луче, что позволяет использовать сигнально-кодовые конструкции с высокой спектральной эффективностью. В результате частотный ресурс и информационная емкость такого многолучевого спутника многократно превышают аналогичные показатели для традиционного спутника с широкими контурными лучами. Многолучевые геостационарные спутники получили название HTS (High Throughput Satellite).

Обычно применительно к спутникам HTS используют оценку их ресурса в значении Гбит/с. Однако емкость спутника, исчисляемая в Гбит/с, не подходит для однозначного объективного сопоставления систем, поскольку требуется анализ энергетики радиолиний для оценки приемлемой для использования сигнально-кодовой конструкции отдельно в прямых и обратных каналах. Всегда есть значительная неопределенность в оценке емкости Гбит/с.

Эффективность систем и их сопоставление

Сопоставление систем на основе спутников HTS с системами, реализованными на основе традиционных спутников, может быть выполнено с использованием различных критериев [1, 2, 3]. Для цели обобщенного сопоставления наиболее показательные результаты следуют из анализа себестоимости их радиочастотного ресурса. В ряде публикаций имеются аналитические сведения о стоимости спутников и систем [4–6]. С учетом этих данных в таблице 1 представлены сведения, которые позволяют практически однозначно указать минимальную себестоимость одного МГц, приведенного к месяцу работы спутника на орбите.

Естественно, что в случае идентичного значения срока активного существования (САС) выигрыш в эффективности спутников HTS по отношению к традиционному спутнику равен отношению значений достигнутого частотного ресурса. Следует отметить, что большинство систем широкополосного доступа, реализуемых с использованием спутников HTS, являются региональными. Но в последние годы появились системы на основе HTS, которые претендуют на глобальное (или почти глобальное) обслуживание абонентов. В таблице 2 представлены данные для уже действующих систем и планируемой системы Viasat. Себестоимость их радиочастотного ресурса действующих спутников заметно выше, чем при реализации региональных систем HTS. Однако компания Viasat уже заявила, что создает новые спутники Viasat-3, которые будут обслуживать всю видимую территорию Земли. При этом их емкость будет столь высокой, что себестоимость МГц, отнесенная к месяцу эксплуатации, снизится до $10.

Например, из условия, что CAPEX/CAC = OPEX, следует, что каждый МГц должен приносить доход не менее $20 в месяц при использовании закрепленных каналов (типа SCPC). Если учитывать, что в системах HTS применяется множественный доступ с коэффициентом “переподписки” 1 : 20 [7], то каждый МГц должен приносить доход в месяц всего $1.

Уже сегодня спутниковые HTS-системы ШПД по ценовым параметрам конкурируют с наземными сетями [8–11], предоставляя соизмеримую скорость доступа. При более высоком коэффициенте готовности каналов.

Снизить себестоимость МГц и обеспечить в спутниковой сети цену Мбит/с, конкурентную с наземными сетями ШПД, – магистральный путь развития спутникового ШПД. Это особенно важно для обеспечения ШПД в удаленных труднодоступных местах Российской Федерации. Сегодня общепризнано, что эквивалентная стоимость подключения “последних” 5–7% домохозяйств с использованием спутниковых технологий ШПД является единственно возможным вариантом. Это утверждение следует из многих целевых программ ликвидации цифрового неравенства многих стран мира [8].

В России уже имеются спутники, на которых установлены ретрансляторы HTS в Ka-диапазоне, а к 2022 г. практически для 90% территории России будет доступен спутниковый ШПД на основе технологии HTS Ka-диапазона с использованием космических аппаратов российской спутниковой группировки гражданского назначения. Частотный ресурс для формирования прямых и обратных каналов приведен на рис. 1 (синий цвет – прямые каналы). Емкость прямых каналов может быть приблизительно оценена из условия, что максимальная сигнально-кодовая конструкция 16APSK ¾, а для обратных каналов 8PSK ¾.

“Закрытые” и “открытые”системы

Казалось бы, что системы HTS должны полностью исключить применение традиционных спутников связи. Однако наряду с достоинствами спутники HTS обладают и определенными ограничениями.

Во-первых, системы HTS сегодня являются “закрытыми” системами, то есть может использоваться только одна единая технология VSAT во все сети, а расположение центральных станций жестко закреплено за фидерными лучами. Эти условия принципиально изменяют рынок VSAT, поскольку в этом случае его организация становится подобной рынку в сотовых сетях. Имеется единый головной оператор сети, продаются Гб и Мбит/с. Для внедрения в сети новой технологии VSAT нужно полностью исключить применение предыдущей технологии VSAT.

Во-вторых, топология сети реализуется исключительно в виде “звезды”, что ограничивает применение технологии HTS в случае, если сеть VSAT должна отвечать иерархии структуры корпорации (или банка) или условию работы “каждый с каждым”.

Очевидно, что при использовании традиционного спутника таких проблем нет. Арендовав необходимый частотный ресурс традиционного спутника, оператор может построить любую сеть VSAT, расположив центральную станцию там, где это ему выгодно. Соответственно, на основе традиционных спутников можно построить много “открытых” сетей VSAT, каждая из которых будет иметь свою уникальную технологию и топологию.

Совместить достоинства “закрытой” и “открытой” системы, но сохранив многолучевую технологию HTS, стремится компания Intelsat в своей сети Epic [12]. Достигается это за счет того, что на многолучевом спутнике устанавливается специальная управляемая с Земли матрица-маршрутизатор, которая создает дискретные частотные каналы между лучами и имеет возможность коммутации полос частот этих каналов. Например, можно иметь центральную станцию в Калининграде, а сеть станции VSAT расположить в Восточной Сибири.

Потенциально существует и способ снизить “закрытость” системы HTS, если в прямом канале использовать два смежных потока в абонентском луче, то есть перевести бортовой ретранслятор из режима насыщения в квазилинейный режим. Естественно, будет снижение ЭИИМ примерно на 1 дБ, но за счет того, что деградация Eb/No , вызванная неравномерностью ГВЗ [13] (особенно заметно при 16 APSK) будет меньше, можно ожидать, что емкость луча не изменится. Но самое проблемное в этом решении – организационное согласование условий работы двух независимых операторов VSAT.

Абоненты на подвижных средствах и использование переносимых VSAT

Системы HTS изначально имели целевую функцию – предоставление ШПД физическим абонентам и малым компаниям. Но по мере развития этой технологии стало очевидно, что имеется возможность использовать переносимые, быстро разворачиваемые VSAT-станции для различных применений. Кроме того, большой коммерческий сегмент VSAT связан с обслуживанием абонентов на подвижных средствах, в основном на море и в воздухе. Обслуживание абонентов на морских и речных судах осваивается достаточно давно. Имеется много компаний, которые создали свои сети VSAT (согласовав использование различных традиционных спутников и центральных станций), способные предоставить услуги практически на всей площади Мирового океана. Одной из проблем развития этого сегмента долгое время была стоимость спутникового ресурса, но с появлением спутников HTS, а тем более глобальных сетей HTS, эта проблема уже не столь ощутима (см. таблицу 2).

Вторым по объему рынка является сегмент обслуживания воздушных судов. До недавнего времени этот сегмент был связан с системами подвижной спутниковой службы в L- и S-диапазонах. Но себестоимость канала [14, 15] столь высока (соответственно, и стоимость услуги), а скорость каналов столь незначительна, что широким коммерческим успехом это решение не пользовалось. С появлением систем HTS ситуация принципиально изменилась. Идет активное создание бесшовных сетей ШПД для обслуживания абонентов на воздушных судах, тем более что, по прогнозам компании Airbus, в период 2019–2028 гг. будет вводиться в год 1248 новых воздушных судов (пассажирских, предназначенных для перевозки более 100 человек, и грузовых).

Но есть, конечно, и проблемы при создании VSAT для воздушного судна. В первую очередь это проблема ЭМС [16–18], что существенно увеличивает цену услуги по сравнению с аналогичной услугой в сети HTS в наземных условиях.

Однако общей проблемой для обслуживания абонентов на подвижных средствах является отсутствие технических и технологических решений, которые обеспечивают создание дешевых абонентских терминалов, позволяющих работать в движении (тем более при высокой динамике движения). Очевидно, что применение обычных электромеханических следящих антенн для морских судов ограничено их стоимостью, которая составляет примерно от $30 тыс. для антенны 0,6 м. Для воздушных судов стоимость таких антенн уже на порядков выше, а их инсталляция примерно соизмерима с их стоимостью.

Попытки создать дешевые ($100– 200) антенные решетки с электрическим сканированием луча пока не увенчались успехом [20], и практически не видно решений, которые смогли бы в перспективе решить эту задачу. Но поисковые исследования в этой области идут очень активно.

В случае переносимых средств наилучшим решением остается использование абонентских терминалов с обычными зеркальными антеннами, к которым предъявляются требования быстрого и многократного развертывания в любых климатических условиях.

Что дальше

Анализ проектов HTS показывает, что магистральным направлением является увеличение их емкости за счет увеличения числа лучей. Ширина диаграммы направленности луча уже составляет 0,3 град. Причем энергетика в лучах не увеличивается, поскольку растут взаимные межлучевые помехи и наступает эффект “ограничения” [3]. Но за счет увеличения числа лучей в заданной рабочей зоне повторяемость выделенной рабочей полосы частот возрастает многократно. В перспективных системах HTS уже начинают оперировать таким понятием, как МГц/км2. В свою очередь, стремление увеличить емкость абонентских лучей приводит к тому, что не хватает емкости фидерных лучей для взаимосвязи с центральной станцией (станциями). В результате для фидерных линий начинает использоваться более высокий диапазон частот Q/V и даже оптическая связь.

Емкость спутников HTS, которые планируются в перспективе, составляет уже несколько Тбит/с. Единственный параметр, который невозможно улучшить для систем на основе спутников HTS, – задержка сигнала. Это принципиально для многих будущих приложений и сервисов, в том числе для их применения в сетях 5G, где реакция на событие исчисляется требованием одной мс в перспективе. Но это не означает, что все сервисы и приложения нуждаются в достижении реального времени доставки информации. Сегодня в качестве конкурентных систем разрабатываются многочисленные низкоорбитальные проекты, которые получили название LEO-HTS. Эффективность LEO-HTS и проектов HTS соизмеримы [6]. Задержка в системах LEO-HTS практически на порядок меньше, но она так же далека от целевой задачи 5G в 1 мс.

Все же перспектива коммерческого развития систем на основе HTS лежит в области освоения сегмента переносимых и подвижных средств, что требует создания дешевых абонентских терминалов, в том числе дешевых сканирующих антенных решеток.

Литература

1. Анпилогов В.Р., Урличич Ю.М. Тенденции развития спутниковых технологий и критерии оценки их технико-экономической эффективности // Технологии и средства связи. – № 2. – 2016. С. 46–53.
2. Афонин А.А. Эффективность спутниковых систем массового обслуживания Ка-диапазона // Технологии и средства связи. Специальный выпуск “Спутниковая связь и вещание-2011”. С. 86–90.
3. Афонин А.А. Эффективность спутниковых систем массового обслуживания Ка-диапазона // Технологии и средства связи. Специальный выпуск “Спутниковая связь и вещание-2011”. – № 6 (2). – 2010. С. 86–90.
4. Анпилогов В.Р. Спутниковые системы массового обслуживания Ka-диапазона // Технологии и средства связи. Специальный выпуск “Спутниковая связь и вещание-2011”. – № 6 (2). – 2010. С. 16–21, 96–97.
5. Афонин А.А., Гаврилов К.Ю. Спутниковые сети массового широкополосного доступа в Интернет в Ka-диапазоне: тенденции развития, анализ решений // Вестник Российской академии наук. – 2011. – № 5. С. 4–9.
6. Спутниковый широкополосный доступ на основе технологии HTS (GEO-/MEO-/LEO-HTS). Аналитический отчет J’son & Partners Consulting. – 2017.
7. Анпилогов В.Р., Афонин А.А. Методика вероятностной оценки пропускной способности многолучевой спутниковой сети массового обслуживания // Электросвязь. – 2011. № 7. С. 45.
8. Анпилогов В.Р. Сравнение себестоимости подключения абонентов с использованием наземных и спутниковых технологий ШПД // Электросвязь. – № 2. – 2017. С. 41–45.
9. Сравнение ценовых параметров широкополосного доступа, реализуемого на основе наземных и спутниковых технологий HTS. Аналитический отчет J’son & Partners Consulting. – 2017.
10. Анпилогов В.Р. Спутниковый ШПД и цифровое равенство // Технологии и средства связи. – № 1. – 2013. С. 58–62.
11. Анпилогов В.Р. Национальные программы широкополосного доступа и технологии VSAT // Технологии и средства связи. – № 2. – 2013. С. 70–78.
12. Данилина Е. Космические и информационные технологии XXI в. // Технологии и средства связи. – № 6 (2). Специальный выпуск “Спутниковая связь и вещание-2015”. – 2014. С. 86–89.
13. Анпилогов В.Р., Афонин А.А. О предельно достижимой скорости цифрового потока в системах связи и вещания // Технологии и средства связи. – № 6 (2). Специальный выпуск “Спутниковая связь и вещание-2011”. – 2010. С. 92–95.
14. Анпилогов В.Р. Эффективность и стоимость универсальных систем подвижной спутниковой связи в “золотых” L- и S-диапазонах частот // Технологии и средства связи. – № 2. – 1999. С. 78–81.
15. Крылов А.М. Анализ создания и развития низкоорбитальных систем спутниковой связи // Технологии и средства связи. – № 6 (2). – 2010. Специальный выпуск “Спутниковая связь и вещание-2011”. С. 64–67.
16. Анпилогов В.Р. Особенности применения VSAT Ku в движении на море и на суше // Технологии и средства связи. – № 6 (2). – 2011 // Специальный выпуск «Спутниковая связь и вещание-2012». – С. 74–76.
17. Диденко М., Столяров И., Шкиттин А. Состояние и перспективы развития подвижного VSAT // Технологии и средства связи. – № 6 (2). – 2012/ / Специальный выпуск «Спутниковая связь и вещание-2013». – С. 58–62.
18. Ватулин О.. Российские проекты подвижной спутниковой связи ФСС: история и перспективы // Технологии и средства связи. – № 6. – 2015. С. 62–64.
19. Анпилогов В.Р., Шишлов А., Эйдус А.Г. Анализ систем LEO-HTS и реализуемости фазированных антенных решеток для абонентских терминалов // Технологии и средства связи. – № 6 (2). – 2015. Специальный выпуск “Спутниковая связь и вещание-2016”. С. 14–26.
20. Рынок спутниковых антенн и плоские сканирующие антенные решетки для абонентских терминалов спутниковых систем ФСС X-/Ku-/Ka-/Q-диапазонов. Аналитический отчет J’son & Partners Consulting017. . –2

Работа выполнена при финансовой поддержке
Министерства образования и науки РФ
(договор № 03.G25.31.0269) в рамках реализации
Постановления Правительства РФ №218.

Опубликовано: Специальный выпуск «Спутниковая связь и вещание»-2018
Посещений: 2421

Автор Юрий ЧекушкинЗам. декана факультета радиотехники и кибернетики МФТИ по развитию Всего статей:  4

Автор Игорь ЗиминЗаведующий лабораторией радиофизики и спутниковой связи МФТИ, к.т.н. Всего статей:  3

В рубрику «Спутниковая связь» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

---

lib.tssonline.ru

диапазон — это… Что такое K-диапазон?

K-диапазон Частотный спектр 18 — 26,5 ГГц Спектр длин волн от 1,67 до 1,13 см

K-диапазон — диапазон частот сантиметровых длин волн, используемых в основном для радиолокации, а также для спутниковой радиосвязи. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 18 до 26,5 ГГц электромагнитного спектра (что соответствует длинам волн от 1,67 до 1,13 см)^[1]. Название диапазона происходит от немецкого слова «короткий»: нем. kurz.

Использование этого диапазона для радиосвязи ограничено из-за сильного поглощения радиоволн водяным паром, и поэтому обычно для этой цели используются диапазоны находящиеся «под» и «над» K-диапазоном: K_u и K_a соответственно.

Спутниковая связь

Одна из основных областей применения K-диапазона это спутниковая связь. В связи с тем, что в традиционных диапазонах (S-, L-, C-, X- и K_u-) для этих целей уже не осталось места, в настоящее время всё больше и больше используются K_a— и K-диапазоны.

В спутниковой связи этот диапазон называется K_a-диапазон 30/20 ГГц и полосы частот зарезервированные для этих целей лежат между 18,3–18,8 и 19,7–20,2 ГГц для линии Спутник — Земля, и между 27,5 и 31 ГГц для линии Земля — Спутник. То есть, канал Спутник — Земля полностью лежит в K-диапазоне, а канал Земля — Спутник в K_a-диапазоне ^[2][3][4].

В настоящее время среди систем использующих K_a-диапазон 30/20 ГГц можно отметить канадский Anik F2, который обладает 45-тью активными Ka-транспондерами и обеспечивает услуги мультимедиа и широкополосный доступ в Интернет на территории Северной Америки^[5], а также KA-SAT принадлежащий Eutelsat и обеспечивающий похожие услуги на территории Европы^[6]. Среди российских спутников, этот диапазон используют военные спутники Радуга-1 и Радуга-1М. Кроме того, в этом диапазоне должен был работать планировавшийся спутник Экспресс АМ4, запущенный на нерасчётную орбиту в августе 2011 года и впоследствии признанный полностью потерянным.

РЛС

K-диапазон широко используется в радиолокации. Из-за особенностей этого диапазона (высокая степень атмосферного поглощения и небольшая длина волны), радары K-диапазона способны работать на коротких расстояниях и производить измерения сверх-высокого разрешения. Типичной сферой применения этих радаров является управление воздушным движением в аэропортах, где с помощью последовательности очень коротких импульсов (длиной в несколько наносекунд) определяется дистанция до воздушного судна^[7][8].

Радары ДПС

Современные полицейские дорожные радары работают в диапазонах K- и Ka-. В K-диапазоне несущей частотой таких радаров является 24150 МГц и полоса пропускания составляет 100 МГц. Меньшая длина волны и более высокий энергетический потенциал (усиление одинаковых по размерам антенн прямо пропорционально несущей частоте) позволяют приборам, работающим в K-диапазоне, иметь небольшие размеры и дальность обнаружения, в полтора раза превышающую дальность радаров, работающих X-диапазоне. В этом диапазоне частот базируются российские радары Беркут, Искра-1 и их модификации, а также фото и видео комплексы, построенные с участием локационных частей этих радаров^[9][10].

Другие частотные диапазоны

Диапазоны в различных системах обозначений различаются, в таблице приведены диапазоны согласно классификации IEEE:

Диапазоны частот
Название	Частотный диапазон, ГГц
Название диапазона	Диапазон частот РЛС	Диапазон частот в спутниковой связи
L	1,0 — 2,0
S	2,0 — 4,0
C	4,0 — 8,0	4,0 — 7,0
X	8,0 — 12,0	7,0 — 10,7
Ku	12,0 — 18,0	10,7 — 18,0
K	18,0 — 26,5	18,3 — 20,2; 27,5 — 31,5
Ka	26,5 — 40,0

Примечания

См. также

dic.academic.ru

В рубрику «Спутниковая связь» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Дорон Элинав
Вице-президент по стратегическим клиентам компании Gilat

— Расскажите, пожалуйста, о достоинствах Ка-диапазона.
— Ка-диапазон устраняет проблему нехватки спутникового сегмента, которая сдерживала развитие спутниковой связи в последние несколько лет в Ku-диапазоне. Появление спутников Ка-диапазона в сочетании с многолучевой технологией обеспечило этой отрасли дополнительный частотный ресурс, использование которого обходится значительно дешевле, чем использование аналогичной емкости Ku- или С-диапазонов в традиционном использовании. Примером этого является европейский рынок, где использование Ка-диапазона обеспечивает существенно более высокую скорость передачи данных, доступную для конечного абонента, — до 20 Мбит/с — по привлекательной цене, при этом спутниковой емкости вполне достаточно для обслуживания сотен тысяч и даже миллионов абонентов в перспективе.

— За счет чего новые спутники Ка-диапазона обеспечивают эти преимущества?
— Спутники Ku- и С-диапазонов обычно используют широкие лучи, охватывающие целый континент или крупную страну, такую, например, как Россия. При этом передаваемые по этому лучу данные могут приниматься в любой точке этой зоны. Широкая зона обслуживания является преимуществом для корпоративных приложений или телевизионного вещания, но неэффективна для доступа в Интернет.

Спутники Ка-диапазона работают по-другому принципу: они используют много точечных лучей, каждый из которых покрывает заданный регион. Благодаря этому, используя один и тот же спектр, спутник Ка-диапазона способен передавать принципиально больше данных, чем традиционный спутник Ku-диапазона с широким контурным лучом. Примерно пропорционально числу лучей, умноженному на полосу частот, поддерживаемую в одном луче. И хотя спутники Ка-диапазона дороже в 2—3 раза, общая стоимость передачи данных в расчете на один бит информации для них оказывается значительно ниже, чем для спутников Ku-диапазона. Поэтому эта архитектура идеально подходит для обеспечения доступа в сеть Интернет.

Таким образом, при меньшей стоимости за один бит информации и большей пропускной способности, чем в случае спутников Ku-диапазона, спутники Ка-диапазона открывают новые возможности для развития отрасли спутниковых коммуникаций.

— Какова роль Ка-диапазона в современном мире?
— Очевидно, что Ка-диапазон уже стал основным диапазоном для спутниковой передачи данных. Еще несколько лет назад судьба Ка-диапазона была спорной, а на сегодняшний день уже запущено или планируется запустить свыше 30 новых спутников с поддержкой Ка-диапазона. Некоторые из них оснащены лишь несколькими транспондерами Ка-диапазона, в то время как другие созданы для передачи данных исключительно по многолучевой технологии в Ка-диапазоне. Думаю, можно с уверенностью сказать, что Ка-диапазон «перешел Рубикон» в отрасли спутниковой связи, то есть отрасль перешла из состояния, когда лишь единицы отваживались использовать его, в состояние, когда большинство операторов добавляют на свои спутники поддержку Ка-диапазона или создают целевые многолучевые спутники.

— Будет ли внедрение Ка-диапазона повсеместным, и будет ли эта технология  отличаться  в  разных регионах или на разных рынках?
— Думаю, основное различие между регионами будет заключаться в предоставляемых услугах спутниковой связи. В Европе и США основной целевой аудиторией услуг спутниковой связи является потребительский рынок, в то время как на других рынках спутниковая связь в основном используется для предоставления корпоративных и коммерческих коммуникационных услуг. Еще одной возможной сферой применения Ка-диапазона являются транспортные каналы для сетей сотовой связи и интернет-провайдеров. Кроме того, в некоторых регионах проявилась тенденция применения Ка-диапазона прежде всего в правительственных проектах, таких как проекты электронного образования и обеспечения связи с удаленными населенными пунктами.

Я также ожидают более широкого внедрения Ка-диапазона на мобильных платформах, в том числе на коммерческих, таких как поезда, самолеты и автобусы, и правительственных, таких как транспорт служб экстренного реагирования и вооруженных сил.

Ка-диапазон уже сейчас активно применяется в государственном секторе. В качестве примера можно назвать программы глобальной широкополосной спутниковой связи (Wideband Global Satcom) министерства обороны США. Скорее всего, в ближайшем будущем другие военные организации также начнут внедрять эту технологию, что приведет к всеобщему переходу мобильных систем спутниковой связи на этот относительно новый частотный диапазон.

— Будет ли Ка-диапазон полезен в России?
— Мы считаем, что Ка-диапазон имеет широкие перспективы в России: применение этой технологии позволит быстро и сравнительно недорого обеспечить широкополосную связь во всех регионах Российской Федерации.

По нашему мнению, Ка-диапазон даст жителям России три основных преимущества:

• Доступный широкополосный доступ для жителей пригородов больших городов, малых городов, сел и деревень, в которых отсутствуют оптоволоконные соединения. Основным достоинством Ка-диапазона является то, что он позволяет обеспечить всем желающим доступный высокоскоростной широкополосный доступ в Интернет, сравнимый по цене и качеству с перспективными наземными сетями. Сегодня россияне, живущие за пределами мегаполисов, автоматически оказываются в невыгодном положении. Обычно они не могут получить доступ в Интернет на тех же скоростях, что и жители крупных городов. Кроме того, даже более медленный доступ в Интернет обычно обходится им дороже.
• Доступ в Интернет для школ, правительственных учреждений и прочих государственных организаций на всей территории России. Отсутствие высокоскоростного доступа затрагивает не только частных граждан, но и государственные и общественные учреждения, возникает проблема организации государственных электронных услуг. Применение Ка-диапазона позволит обеспечить широкополосный доступ школам и правительственным учреждениям в любой точке России. В качестве примеров возможного применения Ка-диапазона можно назвать общегосударственные программы, потоковую передачу видео в учебных целях, общественные точки доступа по технологии Wi-Fi и высококачественные услуги электронного правительства.
• Мобильный широкополосный доступ в корпоративном и общественном секторе. Одним из достоинств Ка-диапазона является возможность его применения для обеспечения мобильного широкополосного доступа в Интернет. Ка-диапазон позволяет налаживать высокоскоростной доступ в поездах, автобусах и на самолетах. Возможность обеспечения высокоскоростной широкополосной связи на мобильных платформах также важна для вооруженных сил, служб экстренного реагирования и аварийно-спасательных операций.

— Как внедрение Ка-диапазона скажется на поставщиках услуг доступа в наземном сегменте?
— Применение Ка-диапазона создает некоторые новые сложности в реализации наземного сегмента сетей. Необходимо не только обеспечить более высокую производительность наземного сегмента без снижения надежности связи, но и обеспечить конкурентоспособность цен на абонентские терминалы. Кроме того, VSAT-терминалы Ка-диапазона должны более эффективно компенсировать затухание сигнала, поскольку связь в Ка-диапазоне более подвержена затуханию сигнала при осадках, нежели связь в Ku-диапазоне.

VSAT-терминалы также должны быть просты в установке, поскольку они часто будут устанавливаться самим абонентом, а не профессиональным техником. Конечно же, абонентские терминалы — это лишь один элемент системы. Не менее важны и внутренние сервисы системы, такие как индивидуальное управление качеством обслуживания (QoS) каждого пользователя, обеспечение эффективной интеграции механизмов справедливого распределения полосы пропускания с автоматизированными системами расчетов и т.д.

Комплексные решения для налаживания связи в Ка-диапазоне предлагаются многими поставщиками коммуникационного оборудования, однако лишь некоторые из них обладают достаточной квалификацией и опытом в этой области, поскольку здесь начинается работа с массовым рынком.

Опубликовано: Специальный выпуск «Спутниковая связь и вещание»-2013
Посещений: 13828

Статьи по теме

Автор Дорон ЭлинавВице-президент по стратегическим клиентам компании Gilat Всего статей:  1

В рубрику «Спутниковая связь» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

---

lib.tssonline.ru