Pasmo V

Pasmo V (ang. V band) – oznaczenie zakresu częstotliwości radiowych mikrofalowych od około 40 do 75 GHz, odpowiadających długościom fali w przybliżeniu od 7,5 do 4 mm^[1][2]. Pasmo V należy do zakresu fal ekstremalnie wysokich (EHF, 30–300 GHz), nazywanych także falami milimetrowymi^[1].

Oznaczenia „pasmo V” (i V band) w tym znaczeniu nie należy mylić z telewizyjnym „pasmem V” w zakresie częstotliwości około 582–862 MHz, wykorzystywanym w naziemnej telewizji cyfrowej^[3].

Zakres częstotliwości

Oznaczenia pasm mikrofalowych stosowanych w radarze i łączności satelitarnej zostały ujęte w normie IEEE oraz w materiałach edukacyjnych NASA^[1][2]. W tych źródłach pasmo V definiuje się jako zakres 40–75 GHz (długości fali 7,5–4 mm)^[1][2]. Podobny zakres (40–75 GHz) przyjmuje się w literaturze dotyczącej sieci 5G i transmisji w paśmie milimetrowym^[4].

W części publikacji technicznych zakres pasma V opisuje się nieco inaczej. Często przyjmuje się przedział 50–75 GHz, a częstotliwości 40–50 GHz zalicza się do górnej części pasma Ka^[2]. W dokumentach satelitarnych i telekomunikacyjnych pasmo V rozpatruje się często razem z sąsiednimi pasmami E (ok. 60–90 GHz) i W (75–110 GHz) jako wspólny fragment widma fal milimetrowych przeznaczony do łączy o bardzo dużej przepustowości^[4].

Właściwości propagacyjne

Ze względu na małą długość fale w paśmie V rozchodzą się podobnie jak światło – prawie po liniach prostych i głównie w zasięgu widoczności nadajnika^[5]. Sygnał jest silnie tłumiony przez przeszkody (budynki, ukształtowanie terenu), a także wrażliwy na opady atmosferyczne, co prowadzi do zjawiska określanego jako rain fade^[5]. Dodatkowym, charakterystycznym zjawiskiem w tym zakresie jest silne pochłanianie fal przez tlen atmosferyczny w okolicy 60 GHz, tworzące tzw. pasmo absorpcyjne tlenu^[6].

W raportach ITU oszacowano, że tłumienie atmosferyczne w przedziale 58–64 GHz może przekraczać 10 dB/km, co ogranicza zasięg pojedynczego łącza, ale jednocześnie sprzyja bardzo intensywnemu ponownemu wykorzystaniu częstotliwości w gęstej sieci małych komórek (small cells)^[5]. Zjawisko to wykorzystywane jest zarówno w naziemnych systemach łączności bezprzewodowej, jak i w projektowaniu łączy międzysatelitarnych, gdzie silne pochłanianie w atmosferze pomaga odseparować te łącza od zakłóceń i podsłuchu z powierzchni Ziemi^[7].

Oprócz absorpcji przez tlen istotne znaczenie mają także opady deszczu, śniegu i zawartość pary wodnej. Przy projektowaniu łączy w paśmie V stosuje się więc dodatkowy zapas mocy na tłumienie deszczowe oraz małe długości skoków (od kilkuset metrów do kilku kilometrów, w zależności od wymaganego poziomu niezawodności)^[5].

Zastosowania

Łączność naziemna

Pasmo V jest wykorzystywane przede wszystkim w radioliniach stałych o dużej przepustowości. Służą one jako łącza dosyłowe (backhaul) w sieciach komórkowych, łącza punkt–punkt między budynkami oraz element infrastruktury lokalnych sieci szerokopasmowych^[8][9]. W wielu krajach (m.in. w Stanach Zjednoczonych i państwach CEPT) podzakres 57–64 GHz został udostępniony jako pasmo niewymagające indywidualnych pozwoleń (unlicensed) dla krótkodystansowych systemów transmisji o bardzo dużych szybkościach (rzędu dziesiątek Gbit/s)^[10][9].

W tym fragmencie widma działają również systemy bezprzewodowego dostępu krótkiego zasięgu zgodne z normami IEEE 802.11ad i IEEE 802.11ay (tzw. WiGig), wykorzystywane m.in. do bezprzewodowych stacji dokujących, przesyłania obrazu wideo wysokiej rozdzielczości oraz szybkich połączeń typu punkt–punkt w pomieszczeniach^[10]. Ze względu na silne tłumienie w atmosferze i nieduży zasięg jedna komórka takiej sieci obejmuje zwykle pojedyncze pomieszczenie lub budynek.

Łączność satelitarna

W łączności satelitarnej pasmo V rozpatrywane jest przede wszystkim jako pasmo dla łączy dosyłowych (feeder links) do satelitów o bardzo dużej przepustowości (VHTS) oraz dla łączy międzysatelitarnych w orbitach okołoziemskich^[8][11]. Ze względu na silne tłumienie sygnału w atmosferze w okolicy 60 GHz wykorzystanie pasma V do łączy satelita–ziemia wymaga dużych zapasów energetycznych, precyzyjnej kompensacji zaniku deszczowego i często wielu redundantnych stacji naziemnych (tzw. gateway diversity)^[5].

W pierwszej połowie XXI wieku kilka przedsiębiorstw satelitarnych (m.in. SpaceX, OneWeb, Telesat i Boeing) złożyło do FCC wnioski dotyczące budowy konstelacji satelitów szerokopasmowych w paśmie V, planując wykorzystanie go zarówno w łączach dosyłowych, jak i w łączach do użytkowników końcowych^[8][12]. Przykładem projektu demonstracyjnego jest satelita Varuna-TDM firmy Boeing, testujący łącza w paśmie V dla planowanej konstelacji satelitów szerokopasmowych^[13][8].

Łącza międzysatelitarne w paśmie V wykorzystuje się m.in. ze względu na silne pochłanianie sygnału w atmosferze, które ogranicza zakłócenia docierające z Ziemi i utrudnia przechwycenie transmisji z powierzchni planety^[7].

Radiolokacja i czujniki milimetrowe

W paśmie V oraz w sąsiednich pasmach E i W rozwijane są radary fal milimetrowych oraz różnego rodzaju czujniki do obrazowania (np. radarowego), wykorzystywane m.in. w lotnictwie, systemach bezpieczeństwa oraz w automatyce przemysłowej^[2]. Małe długości fali umożliwiają uzyskanie wysokiej rozdzielczości kątowej i odległościowej przy zastosowaniu kompaktowych anten i układów scalonych wysokiej częstotliwości^[10].

Część systemów radiolokacyjnych w zakresie 60 GHz projektuje się tak, aby wykorzystywały pasmo absorpcyjne tlenu. Zasięg takich radarów jest celowo ograniczony, co zmniejsza ryzyko zakłóceń na większych dystansach i poprawia poufność pomiarów^[5].

Zastosowania wojskowe

Fale milimetrowe w zakresie objętym pasmem V oraz w sąsiadującym paśmie W są przedmiotem badań nad kierunkową bronią nieśmiercionośną i bronią przeciw urządzeniom elektronicznym. Przykładem jest amerykański system Active Denial System (ADS), wykorzystujący wiązkę promieniowania o częstotliwości około 95 GHz (górna część pasma W) do krótkotrwałego, bolesnego nagrzewania powierzchni skóry, co zmusza osobę do opuszczenia obszaru działania wiązki^[14][15]. Choć ADS pracuje formalnie w paśmie W, bywa wymieniany w kontekście zastosowań broni kierunkowej w całym zakresie fal milimetrowych, obejmującym także pasmo V^[14].

Badania naukowe i radioastronomia

Pasmo V jest wykorzystywane w radioastronomii oraz w zdalnym sondowaniu atmosfery i powierzchni Ziemi. Linie absorpcyjne tlenu w okolicy 60 GHz służą do pomiarów pionowych profili temperatury atmosfery oraz ciśnienia powierzchniowego za pomocą radiometrów mikrofalowych na satelitach meteorologicznych^[16][17]. W radioastronomii zakres fal milimetrowych (w tym pasmo V) wykorzystywany jest m.in. do obserwacji linii molekularnych oraz promieniowania ciągłego źródeł pozagalaktycznych, przy czym wykorzystuje się przede wszystkim „okna atmosferyczne”, w których pochłanianie przez atmosferę jest mniejsze^[1].

Łączność amatorska

W Regionie 1 IARU łączność amatorska w zakresie fal milimetrowych ma przydzielone szereg pasm przypadających częściowo na pasmo V i sąsiednie pasma wyższe. W oficjalnym podziale pasm mikrofalowych Regionu 1 wymienione są m.in. pasma:

• 47,0–47,2 GHz,
• 76–81 GHz,
• 122,25–123,0 GHz,
• 134–141 GHz,
• 241–250 GHz^[18].

W praktyce pasmo V pokrywa się z dolną częścią tych przydziałów – w szczególności pasmo 47 GHz leży w całości w paśmie V, natomiast pasma 76–81 GHz oraz 122 GHz, 134 GHz i 241 GHz znajdują się już w sąsiednich wyższych zakresach (E i W).

Zobacz też

• fale milimetrowe
• pasmo E
• pasmo W
• pasmo Ka
• Active Denial System