Ku 밴드

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1. 개요
2. 주파수 대역 및 할당
3. 장점
4. 단점
5. 다른 주파수 밴드
참조

1. 개요

Ku 밴드는 국제전기통신연합(ITU)의 규정에 따라 여러 지역별로 다르게 할당되어 사용되는 마이크로파 주파수 대역이다. 주로 위성 통신에 활용되며, 직접 방송 위성 텔레비전(DBS)에 사용되기도 한다. 아메리카, 유럽 및 아프리카, 오스트레일리아, 인도네시아 등 지역별로 주파수 할당이 다르며, 고정 위성 서비스(FSS)와 방송 위성 서비스(BSS)에 주로 사용된다. Ku 밴드는 C 밴드에 비해 지상 마이크로파 시스템과의 간섭을 피하기 위해 전력 제한을 받지 않아 업링크 및 다운링크의 전력을 증가시킬 수 있으며, 작은 수신 안테나를 사용할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 강우 감쇠 현상과 강설 감쇠, 좁은 빔 초점 등의 단점도 존재한다.

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Ku 밴드
K_u 대역
명칭	IEEE K_u 대역
주파수	12–18 GHz
대역	J (NATO) SHF (ITU)
파장	2.5–1.67 cm
추가 정보
발음 (영어)	/ˈkeɪˌjuː/
독일어	Kurz-unten (쿠르츠-운텐)
설명	K 대역의 "Kurz-unten"(짧은-아래)을 의미
참고	스페이스X는 1세대 스타링크 전체를 더 낮은 궤도에서 작동시키기 위해 FCC의 허가를 구하고 있다.
관련 용어	백홀

2. 주파수 대역 및 할당

Ku 밴드는 국제전기통신연합(ITU)의 규정에 따라 여러 지역별로 다르게 할당되어 사용된다.

지역	할당 주파수 대역	서비스 유형
ITU 지역 2 (북미, 남미)	11.7~12.2 GHz (다운링크), 14.0~14.5 GHz (업링크)	FSS
	12.2~12.7 GHz (다운링크)	BSS
ITU 지역 1 (유럽, 아프리카)	11.45~11.7 GHz 및 12.5~12.75 GHz (다운링크), 14.0~14.5 GHz (업링크)	FSS
	11.7~12.5 GHz (다운링크)	BSS
ITU 지역 3 (오스트레일리아)	11.70~12.75 GHz (다운링크), 14.0~14.5 GHz (업링크)	클래스 라이선스
ITU 지역 P (인도네시아)	11~18 GHz	위성 통신 (강우 감쇠 고려)
기타 ITU 할당		고정 서비스, 전파 천문 서비스, 우주 연구 서비스, 이동 서비스, 이동 위성 서비스, 전파 위치 확인 서비스(레이더), 아마추어 무선 서비스, 전파 항법 서비스^[1]

K_u 밴드는 위에 언급된 서비스 외에도 다양한 서비스에 활용되지만, 일부 서비스는 실제로 운영되지 않거나 소규모로만 사용된다.^[1]

2. 1. 아메리카 (ITU 지역 2)

ITU 지역 2에 해당하는 북미와 남미 대부분의 지역은 11.7~12.2 GHz(LOF 10.75~11.25 GHz) 대역이 FSS에 할당되어 있으며, 14.0~14.5 GHz는 업링크에 사용된다. 북미 상공에는 22개 이상의 FSS K_u 밴드 위성이 궤도를 돌고 있다. 이 위성들은 각각 12~48개의 트랜스폰더를 탑재하고 있으며, 트랜스폰더당 20~120 W의 출력을 낸다. 선명한 수신을 위해서는 0.8~1.5m 크기의 안테나가 필요하다.

12.2~12.7 GHz(LOF 11.25~11.75 GHz) 대역은 BSS에 할당된다. BSS(직접 방송 위성, DBS)는 일반적으로 16~32개의 트랜스폰더를 탑재하며, 27 MHz 대역폭과 100~240와트의 전력으로 작동한다. 이를 통해 18인치(450mm) 크기의 수신기 안테나를 사용할 수 있다.

2. 2. 유럽 및 아프리카 (ITU 지역 1)

유럽 및 아프리카(ITU 1지역)에서 K_u 대역은 10.7~12.75 GHz 대역이 직접 방송 위성 서비스(예: 아스트라 위성이 전송하는 서비스)에 사용된다. 11.45~11.7 GHz 및 12.5~12.75 GHz 대역은 FSS(고정 위성 서비스, 업링크 14.0~14.5 GHz)에 할당되며, 11.7~12.5 GHz 대역은 BSS(방송 위성 서비스)에 할당된다. (LOF 로우 9.75 GHz, LOF 하이 10.6 GHz)

2. 3. 오스트레일리아 (ITU 지역 3)

호주는 국제전기통신연합(ITU) 지역 3에 속하며, 오스트레일리아의 규제 환경은 11.70 GHz에서 12.75 GHz까지의 다운링크 및 14.0 GHz에서 14.5 GHz까지의 업링크를 포괄하는 클래스 라이선스를 제공한다.^[5]

2. 4. 인도네시아 (ITU 지역 P)

ITU는 인도네시아를 강수량이 매우 높은 지역인 P 지역으로 분류했다. 이 때문에 많은 사람들이 인도네시아에서 K_u 밴드(11~18 GHz) 사용에 대해 확신하지 못했다. 강우량이 많은 지역에서 10 GHz 이상의 주파수를 사용하면 일반적으로 좋지 않은 결과를 얻기 때문이다. 이 문제는 무선 통신 링크를 설계할 때 적절한 링크 예산을 사용하여 해결할 수 있다. 더 높은 전력은 강우 감쇠로 인한 손실을 극복할 수 있다.

인도네시아의 강우 감쇠 측정은 파당, 치비농, 수라바야 및 반둥에서 위성 통신 링크에 대해 수행되었다. 강우 감쇠 예측을 위한 DAH 모델은 ITU 모델과 마찬가지로 인도네시아에 유효하다. DAH 모델은 2001년부터 ITU 권고안이 되었다(권고안 No. ITU-R P.618-7). 이 모델은 99.7% 가용 링크를 생성할 수 있으므로 K_u 밴드를 인도네시아에 적용할 수 있다.

인도네시아와 같은 열대 지역에서 위성 통신용 K_u 밴드의 사용이 점점 더 빈번해지고 있다. 인도네시아 상공의 여러 위성은 K_u 밴드 트랜스폰더를 가지고 있으며, 심지어 K_a 밴드 트랜스폰더도 가지고 있다. 2002년 12월에 발사되어 동경 95°에 위치한 NSS 6는 인도네시아(수마트라, 자바, 보르네오, 셀레베스, 발리, 누사틍가라, 몰루카스)에 풋프린트를 가진 K_u 밴드 트랜스폰더만을 포함하고 있다. NSS 6는 2018년 6월에 발사되어 54개의 K_u 밴드 트랜스폰더를 탑재한 SES-12로 같은 위치에서 대체될 예정이다. 2004년에 발사된 IPSTAR 1 위성 또한 K_u 밴드 풋프린트를 사용한다. 인도네시아를 K_u 밴드로 커버하는 다른 위성으로는 MEASAT-3b, JCSAT-4B, AsiaSat 5, ST-2, Chinasat 11, 코리아샛 8/ABS-2, SES-8, 텔콤-3S, 그리고 누산타라 사투가 있다.

2. 5. 기타 할당 (ITU)

K_u 밴드 내에서 국제전기통신연합(ITU)은 고정 서비스(마이크로파 타워), 전파 천문 서비스, 우주 연구 서비스, 이동 서비스, 이동 위성 서비스, 전파 위치 확인 서비스(레이더), 아마추어 무선 서비스, 전파 항법 서비스를 할당했다.^[1] 그러나 이 서비스 모두가 실제로 이 대역에서 운영되는 것은 아니며, 일부 서비스는 소규모로만 사용된다.^[1]

3. 장점

C 밴드에 비해 Ku 밴드는 지상 마이크로파 시스템과의 간섭이 적어 전력 제한이 덜하다. 이러한 높은 전력은 더 작은 수신 안테나를 사용할 수 있게 한다. 위성 전송 전력과 안테나 크기 사이에는 일반적인 관계가 있는데, 전력이 증가하면 안테나 크기는 줄어든다.^[6] 파동의 강도가 더 강하면 수신부에서 동일한 강도를 얻기 위해 더 적은 파동을 수집해도 되기 때문이다.

더 낮은 주파수 마이크로파 대역에 비해 Ku 밴드의 주요 장점은 파장이 짧아 더 작은 지상 포물선 안테나로도 서로 다른 통신 위성의 신호를 분리하기에 충분한 각도 분해능을 얻을 수 있다는 것이다. 레일리 기준에 따르면, 주어진 각 빔폭 (이득)을 가진 방사 패턴을 생성하는 데 필요한 포물선 안테나의 직경은 파장에 비례하고 주파수에 반비례한다. 12GHz에서 1미터 안테나는 2도 떨어진 다른 위성의 신호를 충분히 거부하면서 하나의 위성에 초점을 맞출 수 있다. 이는 미국에서 FSS(고정 위성 서비스) 서비스(11.7-12.2GHz)의 위성이 2도 간격으로 떨어져 있기 때문에 중요하다. 4GHz (C 밴드)에서는 이러한 좁은 각도 해상도를 얻기 위해 3미터 안테나가 필요하다. DBS (직접 방송 위성) 서비스 (미국에서 12.2-12.7GHz)의 Ku 밴드 위성의 경우, 해당 위성이 9도 간격으로 떨어져 있으므로 1미터보다 훨씬 작은 안테나를 사용할 수 있다.

Ku 밴드는 사용자에게 더 많은 유연성을 제공한다. 더 작은 안테나 크기와 Ku 밴드 시스템의 지상 작업으로부터의 자유는 적합한 안테나 설치 장소를 찾는 것을 단순화한다. 최종 사용자에게 Ku 밴드는 일반적으로 더 저렴하며 더 작은 안테나를 사용할 수 있게 한다 (더 높은 주파수와 더 집중된 빔 덕분이다).^[7] 또한 Ku 밴드는 K_a 밴드 주파수 스펙트럼보다 강우 감쇠에 덜 민감하다.

4. 단점

Ku 밴드 시스템에는 몇 가지 단점이 있다. 약 10 GHz는 액체 상태의 물 분자의 배향 완화로 인한 흡수 피크이다.^[8] 10 GHz 이상에서는 미 산란이 발생한다. 이러한 현상은 폭우(100 mm/h) 시에 강우 감쇠라고 알려진 눈에 띄는 성능 저하를 초래한다.^[9] 이 문제는 위성에서 더 높은 전력 신호를 전송하여 보상할 수 있다. 따라서 K_u 밴드 위성은 일반적으로 C 밴드 위성보다 전송에 더 많은 전력이 필요하다.

"강설 감쇠"라고 하는 또 다른 기상 현상으로 인한 성능 저하는 K_u 밴드에 국한되지 않는다. 이는 눈이나 얼음이 안테나에 쌓여 초점이 크게 바뀌기 때문이다.

위성 사업자의 지구국 안테나는 주어진 크기의 안테나에 대해 C 밴드에 비해 빔 초점이 훨씬 더 좁기 때문에 K_u 밴드에서 작동할 때 더욱 정확한 위치 제어가 필요하다. 위치 피드백 정확도가 더 높으며, 안테나는 안테나 표면에 가해지는 풍하중 하에서 위치를 유지하기 위해 폐 루프 제어 시스템이 필요할 수 있다.

5. 다른 주파수 밴드

주파수 밴드	주파수 범위
L 밴드	1 ~ 2 GHz
S 밴드	2 ~ 4 GHz
C 밴드	4 ~ 8 GHz
X 밴드	8 ~ 12 GHz
K 밴드	18 ~ 26.5 GHz
Ka 밴드	26.5 ~ 40 GHz
Q 밴드	30 ~ 50 GHz
U 밴드	40 ~ 60 GHz
V 밴드	50 ~ 75 GHz
E 밴드	60 ~ 90 GHz
W 밴드	75 ~ 110 GHz
F 밴드	90 ~ 140 GHz
D 밴드	110 ~ 170 GHz

참조

_[1] 간행물 IEEE Std 521 - 2002 https://ieeexplore.i[...]
_[2] 문서
_[3] 웹사이트 SpaceX seeks FCC permission for operating all first-gen Starlink in lower orbit https://spacenews.co[...] 2020-04-21
_[4] 웹사이트 Radar Detectors Glossary http://www.crutchfie[...]
_[5] 웹사이트 Radiocommunications (Communication with Space Object) Class Licence 1998 http://www.comlaw.go[...] Australian Government 2012-03-21
_[6] 서적 Satellites: Operations and Applications. The New Communication Technologies Focal Press.
_[7] 웹사이트 Satellite Communications: Advantage and Disadvantages http://en.allexperts[...]
_[8] 웹사이트 Water and Microwaves http://www1.lsbu.ac.[...]
_[9] 웹사이트 Ku band http://www.tech-faq.[...]
_[10] 간행물 IEEE Std 521 - 2002 http://ieeexplore.ie[...]
_[11] 문서
_[12] 웹사이트 Radar Detectors Glossary http://www.crutchfie[...]
_[13] 웹사이트 Radiocommunications (Communication with Space Object) Class Licence 1998 http://www.comlaw.go[...] Australian Government 2012-03-21
_[14] 서적 Satellites: Operations and Applications. The New Communication Technologies Focal Press.
_[15] 웹사이트 Satellite Communications: Advantage and Disadvantages http://en.allexperts[...]
_[16] 웹사이트 Water and Microwaves http://www1.lsbu.ac.[...]
_[17] 웹사이트 Ku band http://www.tech-faq.[...]

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