Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 1.22
The radio frequency spectrum identifying commonly used frequency bands and their
designations; high frequency (HF), very high frequency (VHF), and ultra high frequency
(UHF).
for very high bandwidth transmissions into small receiving antennas. There are
difficulties in applying the millimeter-wave bands because of increased rain attenua-
tion and hardware expense. The letter designations, in general, first were used
during World War II as classified code words for the microwave bands applied
for radar and other military or government purposes. Today, they are simply short-
hand names for the more popular satellite bands, all lying in the range of 1 GHz
(1,000 MHz) to 60 GHz.
A typical satellite band is divided into separate halves, one for ground-to-space
links (the uplink) and one for space-to-ground links (the downlink). That separation
is reflected in the design of the satellite microwave repeater to minimize the chance
of downlink signals being re-received and thereby jamming the operation of the
satellite. The Iridium satellite system (discussed in [1]) transmits and receives on
the same frequency but not at the same time.
Uplink frequency bands allocated by the ITU are typically slightly above the
corresponding downlink frequency band, to take advantage of the fact that it is
easier to generate RF power within an Earth station than it is onboard a satellite.
It is a natural characteristic of the types of RF power amplifiers used in both
locations that the efficiency of conversion from alternating current (ac) power into
RF power tends to decrease as frequency increases. Along with that, the output
from the Earth station power amplifier usually is greater than that of the satellite
by a factor of between 10 and 100. More recently, satellite systems that make
extensive use of VSATs and mobile terminals allow less uplink power, so the cost
of the Earth station can be minimized.
An important consideration in the use of microwave frequencies for satellite
communication is the matter of coexistence. Figure 1.22 indicates that many of
the satellite bands are shared, which means that the same frequencies are used by
terrestrial microwave links. Parts of the Ku- and Ka-bands, on the other hand, are
not shared with terrestrial links, so only satellite links are permitted. When sharing
is invoked by the ITU Radio Regulations (the so-called Red Books), the users of
different systems must take standard precautions to reduce the possibility for RFI.
That involves keeping the radiated power below a prescribed threshold and locating

---

26
Fundamentals of Satellite Systems
transmitting and receiving antennas so as to minimize the amount of interference
caused. A band that is not shared, therefore, is particularly valuable to satellite
communications, since terrestrial microwave systems can be totally ignored. More
recently, L- and S-band spectrum has been authorized for satellite and terrestrial
use by the same operator, a concept called ancillary terrestrial component (ATC),
or alternatively, complementary ground segment (CGS).
Even if the band is not shared, we still have to allow for multiple satellites and
Earth station operators, who could interfere with one another. We employ the
process of frequency coordination in cases where a new satellite or Earth station
operator could cause unacceptable or harmful interference to an existing operator.
Frequency coordination is necessary to control interference among satellite systems
that use the same frequency band and operate in adjacent (or even nearly adjacent)
orbit positions. The procedures for conducting frequency coordination are devel-
oped and administered through the ITU.
The ITU has divided the world up into three regions: Region 1 is Europe and
Africa (including all of Russia); Region 2 is North America and South America;
and Region 3 is Asia and the Pacific. The regionalization, illustrated in Figure 1.23,
was somewhat arbitrary, and radio signals do not obey such boundaries. The
regions reflect a kind of political/economic subdivision of the world for the purposes
of allocating spectrum to ITU members. At WRC meetings, all regions are combined
into one, while there can still be Regional Radiocommunication Conferences
(RRCs) that are attended by members of a single region. Such RRCs are rare,
however.
The rest of this section reviews the major segments of the satellite allocations
and identifies the particular ranges and some of the key features and applications.