Ka-диапазон – будущее спутниковой связи ?       
     
Мы близко знакомы с диапазонами C и Ku. Эти диапазоны обычно используются для передачи цифрового телевидения. Некоторые из наших читателей также знают о диапазоне S. Однако, спектр частот, который может использоваться для вещания через спутник, не ограничен вышеупомянутыми. Прежде, чем мы перейдем к Ka-диапазону, давайте сначала взглянем на спектр радиочастот в целом. Он показан на рис. 1, наряду с наименованиями частотных диапазонов.



Формально, радио-спектр начинается с 3 Гц и заканчивается на 300 ГГц. На самом деле, частоты из нижней части спектра практически не используются для вещания. Полоса "Длинных волн" в классических радиоприемниках начинается примерно от 100 кГц (ДВ). Более низкие частотные диапазоны могут быть полезны для подводной связи, связи в шахтах или геофизических измерениях.


И хотя эта тема очень интересна для радиолюбителей, низкие частоты практически не представляют интереса для спутниковой индустрии. Прежде всего, сигналы низкой частоты не подходят, чтобы передавать большое количество данных за единицу времени. Говорить о передаче цифрового (и аналогового) телевидения можно, начиная примерно со 100 МГц. Еще одна вещь, которую мы должны принять во внимание – влияние Земной атмосферы. Низко- и очень высокочастотные сигналы в значительной степени поглощаются, проходя через нашу атмосферу. На рис. 1, Вы видите частотный диапазон, который может быть использован для спутниковой связи - зеленая область, начинающаяся около 20 МГц и заканчивающаяся приблизительно на 40 ГГц. Иногда используются более низкие и высокие частоты, но только в пределах этого диапазона сигнал не подвержен значительным искажениям.



Наименования диапазонов, как видно из рис.1, не единственные, используемые нами. Разумеется, Вы знакомы с диапазонами C и Ku. Эти два, вместе с некоторыми другими, показаны на рис.2. Возможно, Вас немного удивит то, что "официально" диапазон Ku начинается с 12 ГГц, в то время, как некоторые из транспондеров Ku-диапазона работают даже ниже 11 ГГц, формально находясь в диапазоне X. Действительно, при получении информации со спутника используется и диапазон Ku, и диапазон X, но при передаче - только диапазон Ku. Именно поэтому мы называем их спутниками или транспондерами Ku-диапазона. Кроме того, Вы должны также иметь ввиду, что мы не можем использовать целый диапазон (Ku, C или другой) для спутниковой передачи информации из космоса. Часть диапазона должна быть зарезервирована для канала связи, некоторые части диапазонов выделены для военных или специальных услуг (например, радаров).

Однако, с легкостью можно заметить, что полоса для телевещания или каналов передачи данных намного больше в диапазоне Ka чем в C и Ku вместе взятых. Между 18 и 40 ГГц целых 22 ГГц!

Поэтому неудивительно, что диапазон Ka становится более интересным для провайдеров спутниковых услуг.

Земная атмосфера ведет себя по-разному для различных частот. Рис.3 показывает ослабление сигнала, вызываемое нашей атмосферой, в сухих и влажных условиях. Падение в районе приблизительно 22 ГГц вызвано водно-паровым ослаблением. Если бы это было все, что мы должны принимать во внимание, мы не имели бы никаких проблем с использованием частот до 50 ГГц или около того. Ослабление меньше, чем на 1 дБ – практически не проблема.



К сожалению, все намного сложнее. Атмосфера, содержащая пар - одно, а идущий дождь – совсем другое. Ослабление, вызванное дождем, значительно увеличивается с частотой, что очевидно из рис.4.



Именно поэтому диапазон Ka больше используется для высокоскоростного доступа в Интернет, а не для классического спутникового телевидения. Если речь идет об обмене данными с глобальной сетью, потеря нескольких пакетов не делает погоды. Наше оборудование позаботится о повторном запросе пропущенных данных до тех пор, пока искомая web-страница не появится в нашем браузере. Именно так все это и было изначально задумано. Задержка в доли секунды или чуть больше обычно не вызывает затруднений при работе в Интернет. Разумеется, подобного сказать о цифровом спутниковом телевидении нельзя.


Пример: WildBlue, США И хотя между двумя этими приложениями немало общего, например: модуляция QPSK, системы коррекции ошибок, небольшие спутниковые антенны, тем не менее, есть одно существенное различие. Спутниковое оборудование для диапазона Ka строится на базе трансивера, а не ресивера.

Если мы рассмотрим оборудование, аналогичное поставляемому компаний WildBlue, США, то поймем, что оно не только получает данные со спутника, но и передает их на него. Это – двухсторонняя связь. Никакой телефонной линии или чего-либо подобного не требуется для полноценной интернет-связи. Для приема используется диапазон 19.7-20.2 ГГц. Для передачи - 29.5-30.0 ГГц. IF-частоты для такой системы следующие: 1.0-1.5 ГГц и 1.8-2.3 ГГц для приема и пере-дачи соответственно. Ресивер модема может работать с сигналом QPSK с FEC 1/2, 2/3, 3/4, а также 8PSK с FEC 2/3 и 5/6. При передаче используется только QPSK с FEC 1/2. Пользователям таких систем поставляются антенны Кассегрена.


Заключение

Действительно ли диапазон Ka - будущее спутниковой связи? И да, и нет. Да, потому что мы, безусловно, нуждаемся в более широких полосах пропускания, а нижние диапазоны медленно, но верно переполняются. Диапазон Ka предлагает нам дополнительные частотные полосы в уже занятых спутниковых позициях. Нет, потому что диапазон Ka намного более зависим от погоды, чем Ku и особенно C, таким образом, перевод цифровых телевещательных транспондеров с более низких диапазонов в диапазон Ka - очень опасный шаг. Если только дожди в интересующей нас части света идут очень редко.