L/Ku/Ka-band-satellitter – hvad betyder det hele?

Dette indlæg om forskellene mellem L-, Ku- og Ka-bånds konnektivitetssystemer om bord, der oprindeligt blev offentliggjort for tre år siden, har været et af vores mest populære. Den er nu blevet opdateret med de nyeste oplysninger om de tilgængelige muligheder.

Tegnene L-bånd, Ku- og Ka-satellitter bruges ret frit. Men ved du egentlig, hvad de betyder, og hvad forskellene mellem dem er?

Det anvendte “bånd” henviser til de radiofrekvenser, der bruges til og fra satellitten:

• L-båndet bruger frekvenser i 1 til 2 GHz-området
• Ku-båndet udnytter ca. 12-18 GHz, og
• Ka-bandtjenester bruger 26.5-40GHz-segmentet af det elektromagnetiske spektrum.

Og hvis du skulle undre dig, står “Ku” for “Kurz unten” – tysk for båndet lige under det “korte” eller K-bånd. Ikke overraskende står “Ka” for “Kurz above”. Det skyldes, at Ku er den nederste del af NATO’s oprindelige K-bånd, som blev delt op i tre bånd (Ku, K og Ka) på grund af tilstedeværelsen af det atmosfæriske vanddampresonanstop ved 22,24 GHz, (1,35 cm), som gjorde midten ubrugelig for transmission over store afstande.

Så hvad råber du? Generelt gælder det, at jo højere frekvens, jo mere båndbredde kan man presse ud af systemet. Forskellen er ligesom en FM-radioudsendelse bliver sammenlignet med mellembølge. VHF-radiobåndet med højere frekvens (100 MHz) giver dig større båndbredde end mellembølge/AM (1 MHz), og lydkvaliteten er bedre.

Skalér dette op til satellittens mikrobølgefrekvenser, og Ka-båndet skulle give dig større digital båndbredde end Ku, som igen skulle give større båndbredde end L-båndet.

Men det er kun halvdelen af historien.

Fysiker og matematiker Claude Shannon udviklede i 1948 det, der blev kendt som “Shannon’s Theorem”. Dette gælder stadig den dag i dag og er en elev, der er afgørende for at forstå satellitgennemførsler. Vi ser bort fra matematikken, men i det væsentlige siger det:

• Desto højere båndbredde, jo flere data kan overføres
• Desto højere frekvens, jo mere båndbredde er tilgængelig
• Et højt signal/støjforhold er bedre
• En forøgelse af sendestyrkeniveauet kan give en forøgelse af kommunikationsforbindelsens gennemløb.

Det handler altså ikke kun om frekvensen – man skal også tage hensyn til den tilgængelige effekttæthed, og satellitspotstråler giver generelt et højere niveau, uanset om det er på Ku- eller Ka-båndet.

Og tallet for båndbredde i overskriften refererer normalt til transponderbåndbredden fra satellitterne. Nu skal den så deles ud på de mange brugere.

Du skal også tage hensyn til en lang række andre faktorer, f.eks. hvor stor er din antenne? Hvor højt er satellittens højde over horisonten? Hvor mange modtagere deler satellittens spotstråle på dette tidspunkt og endda, hvordan er vejret?

Ja, vejret. Både Ku og Ka kan lide af regnfade (Ka mere end Ku) – det er normalt ikke et problem i 35.000 fods højde, men høj luftfugtighed i tropiske områder kan også påvirke signalerne.

Tager L-båndet først. Inmarsat tilbyder sit IP-baserede 432 kbps SwiftBroadband (SBB), men dets lette 200 kbps SB200-tjeneste, med udstyr, der let kan monteres i en bizjet, er også populær.

Maksimalt fire kanaler pr. fly kan også “bondes” og bruges til streaming af IP-tjenester på et hvilket som helst tidspunkt.

En nyere HDR-bølgeform (High Data Rate) kan også give øget dataoverførsel på konventionelle fly – op til 700 kbit/s ved brug af en fuld 200 kHz-bærer – men igen kun i streamingtilstand.

For at sætte en kæp i hjulet er den satellit, der understøtter det nye luft-til-jord-netværk for europæisk luftfart, S-båndet – omkring 2,4 GHz. Dens hastigheder er i øjeblikket ukendte, men forventes at ligge i intervallet 1-3 Mbps.

Men hvis Inmarsats L-bånd SwiftBroadBand-tjeneste ikke er hurtig nok for dig, hvad så med Inmarsats Global Xpress (GX Aviation) Ka-band-tjeneste?

De højere frekvenser betyder, at dataoverførsler i størrelsesordenen 30-50 megabit pr. sekund (Mbps) er mulige, sammenlignet med 432 kbps med det nuværende L-bånd SwiftBroadband – op til en 100 gange højere hastighed.

ViaSat tilbyder også sit Ka-bånds Exede-system til flyvning, som kan levere op til 12 Mbps til hver passager.

Der findes alternativer, herunder Ku-båndstjenester fra Panasonic, Gogo, Global Eagle og ViaSat Yonder.

Ku-båndet giver typisk forbindelseshastigheder på omkring 1-12 Mbps, selv om de kan være højere.

Der findes også spotbeam Ku-tjenester, der anvender nye High Throughput Satellites (HTS). Intelsats EpicNG lover f.eks. op til 80 Mbps pr. fly og 200 Mbps pr. spotbeam. Hver spotbeam har en højere effekttæthed, hvilket er årsagen til de højere tilgængelige båndbredder.

Både Ka og Ku nyder også godt af nye modemdesigns, der lover at øge datatransmissionshastigheden yderligere.

Faktisk taler både Ku- og Ka-udbydere om hastigheder på op til 100 Mbps til flyet. Virkeligheden er, at flyselskaberne først og fremmest ønsker en god, ensartet og pålidelig konnektivitet. Ku- eller Ka-argumentet bliver sekundært.

“Get Connected” har testet både Gogos 2Ku-produkt og GX Aviation’s Ka-bånd, og begge leverede omkring 10 Mbps i testene.

Så der har du det. Hvert bånd – L, Ku og Ka – fungerer på et forskelligt sæt frekvenser. Generelt gælder det, at jo højere frekvens, jo højere gennemstrømning.

Der er dog tre nøgleparametre, der kan manipuleres for at optimere kapaciteten af en kommunikationsforbindelse – båndbredde, signaleffekt og kanalstøj.

Leverandører af kommunikationskanaler udvikler deres teknologier med henblik på at opnå den optimale forbindelseskapacitet baseret på deres markedsbehov.

En forøgelse af sendeeffektniveauet resulterer i en forøgelse af kommunikationsforbindelsens gennemløb, mens et fald i effekt vil resultere i den modsatte effekt og reducere gennemløbet.

En anden måde at forbedre forbindelsens gennemløb på ville være at øge størrelsen af modtagerantennen for at få et højere energiniveau, der modtages af flyet.

Men det er her, de operationelle begrænsninger bliver tydelige, da dette ville føre til en uigennemførlig installation for et kommercielt eller forretningsmæssigt fly.