L/Ku/Ka-Band-Satelliten – was bedeutet das alles?

Dieser Beitrag über die Unterschiede zwischen L-, Ku- und Ka-Band-Konnektivitätssystemen während des Fluges wurde ursprünglich vor drei Jahren veröffentlicht und war einer unserer beliebtesten. Er wurde jetzt mit den neuesten Informationen über die verfügbaren Optionen aktualisiert.

Die Begriffe L-Band, Ku- und Ka-Satelliten sind in aller Munde. Aber wissen Sie wirklich, was sie bedeuten und wo die Unterschiede liegen?

Das verwendete „Band“ bezieht sich auf die Funkfrequenzen, die zum und vom Satelliten verwendet werden:

• Das L-Band verwendet Frequenzen im Bereich von 1 bis 2 GHz
• Das Ku-Band nutzt etwa 12-18 GHz, und
• Ka-Band-Dienste verwenden das 26.5-40GHz-Segment des elektromagnetischen Spektrums.

Und falls Sie sich wundern sollten: „Ku“ steht für „Kurz unten“ – deutsch für das Band direkt unter dem „kurzen“ oder K-Band. Es überrascht nicht, dass „Ka“ für „Kurz oben“ steht. Das liegt daran, dass Ku der untere Teil des ursprünglichen K-Bandes der NATO ist, das in drei Bänder (Ku, K und Ka) aufgeteilt wurde, weil die atmosphärische Wasserdampf-Resonanzspitze bei 22,24 GHz (1,35 cm) das Zentrum für die Fernübertragung unbrauchbar machte.

So what you cry? Generell gilt: Je höher die Frequenz, desto mehr Bandbreite kann man aus dem System herausquetschen. Der Unterschied ist so, als würde man eine UKW-Radiosendung mit einer Mittelwelle vergleichen. Das höherfrequente UKW-Radio (100 MHz) bietet eine größere Bandbreite als Mittelwelle/AM (1 MHz), und die Klangqualität ist besser.

Skalieren Sie dies auf die Mikrowellenfrequenzen der Satelliten, und das Ka-Band sollte Ihnen eine größere digitale Bandbreite bieten als das Ku-Band, das wiederum eine größere Bandbreite als das L-Band bieten sollte.

Aber das ist nur die halbe Wahrheit.

Der Physiker und Mathematiker Claude Shannon entwickelte 1948 das so genannte „Shannon-Theorem“. Es gilt auch heute noch und ist für das Verständnis des Satellitendurchsatzes unerlässlich. Wir ignorieren die Mathematik, aber im Wesentlichen besagt es:

• Je höher die Bandbreite, desto mehr Daten können übertragen werden
• Je höher die Frequenz, desto mehr Bandbreite steht zur Verfügung
• Ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis ist besser
• Eine Erhöhung des Sendeleistungspegels kann zu einer Steigerung des Durchsatzes der Kommunikationsverbindung führen.

Es geht also nicht nur um die Frequenz – man muss auch die verfügbare Leistungsdichte berücksichtigen, und Satelliten-Spot-Beams bieten in der Regel ein höheres Niveau, sei es im Ku- oder Ka-Band.

Und die in der Überschrift genannte Bandbreite bezieht sich normalerweise auf die Transponder-Bandbreite der Satelliten. Nun müssen wir diese unter den vielen Nutzern aufteilen.

Sie müssen auch eine ganze Reihe anderer Faktoren berücksichtigen, zum Beispiel: Wie groß ist Ihre Antenne? Wie hoch ist die Höhe des Satelliten über dem Horizont? Wie viele Empfänger teilen sich zu diesem Zeitpunkt den Spotbeam des Satelliten und wie ist das Wetter?

Ja, das Wetter. Sowohl Ku als auch Ka können unter Regenschwund leiden (Ka mehr als Ku) – in 35.000 Fuß Höhe ist das normalerweise kein Problem, aber hohe Luftfeuchtigkeit in tropischen Gebieten kann die Signale ebenfalls beeinträchtigen.

Zuerst das L-Band. Inmarsat bietet sein IP-basiertes 432kbps SwiftBroadband (SBB) an, aber auch sein leichtgewichtiger 200kbps SB200-Dienst mit Geräten, die leicht in ein Bizjet eingebaut werden können, ist sehr beliebt.

Maximal vier Kanäle pro Flugzeug können auch „gebündelt“ und für das Streaming von IP-Diensten gleichzeitig genutzt werden.

Eine neuere HDR-Wellenform (High Data Rate) kann auch in konventionellen Flugzeugen einen höheren Datendurchsatz ermöglichen – bis zu 700kbps bei voller 200kHz-Trägerfrequenz – aber auch hier nur im Streaming-Modus.

Um die Sache zu verkomplizieren, ist der Satellit, der das neue europäische Luft-Boden-Netz unterstützt, im S-Band (ca. 2,4GHz). Die Geschwindigkeiten sind derzeit nicht bekannt, dürften aber im Bereich von 1-3 Mbps liegen.

Wenn Ihnen der L-Band SwiftBroadBand-Dienst von Inmarsat nicht schnell genug ist, wie wäre es dann mit dem Ka-Band-Dienst Global Xpress (GX Aviation) von Inmarsat?

Die höheren Frequenzen bedeuten, dass Datendurchsätze im Bereich von 30-50 Megabit pro Sekunde (Mbps) möglich sind, verglichen mit 432kbps mit dem aktuellen L-Band SwiftBroadband – eine bis zu 100-fache Geschwindigkeitssteigerung.

ViaSat bietet auch das Ka-Band-System Exede an, das jedem Passagier bis zu 12 Mbit/s liefern kann.

Es gibt Alternativen, darunter Ku-Band-Dienste von Panasonic, Gogo, Global Eagle und ViaSat Yonder.

Ku-Band bietet in der Regel Verbindungsgeschwindigkeiten von 1-12 Mbit/s, kann aber auch höher sein.

Auch Spot-Beam-Ku ist verfügbar, wobei neue High-Throughput-Satelliten (HTS) verwendet werden. Der EpicNG von Intelsat verspricht beispielsweise bis zu 80 Mbit/s pro Flugzeug und 200 Mbit/s pro Spotbeam. Jeder Spotbeam hat eine höhere Leistungsdichte, was zu höheren Bandbreiten führt.

Sowohl Ka als auch Ku profitieren auch von neuen Modem-Designs, die einen noch höheren Datendurchsatz versprechen.

In der Tat sprechen sowohl Ku- als auch Ka-Anbieter von Geschwindigkeiten von bis zu 100 Mbps zum Flugzeug. Tatsache ist, dass die Fluggesellschaften in erster Linie eine gute, konsistente und zuverlässige Konnektivität wünschen. Das Ku- oder Ka-Argument ist zweitrangig.

„Get Connected“ hat sowohl das 2Ku-Produkt von Gogo als auch das Ka-Band von GX Aviation getestet, und beide lieferten in den Tests rund 10Mbps.

So, da haben Sie es. Jedes Band – L, Ku und Ka – arbeitet mit unterschiedlichen Frequenzen. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Frequenz, desto höher der Durchsatz.

Doch drei Schlüsselparameter können manipuliert werden, um die Kapazität einer Kommunikationsverbindung zu optimieren: Bandbreite, Signalleistung und Kanalrauschen.

Die Anbieter von Kommunikationskanälen entwickeln ihre Technologien, um die optimale Verbindungskapazität auf der Grundlage ihrer Marktanforderungen zu erreichen.

Eine Erhöhung der Sendeleistung führt zu einer Erhöhung des Durchsatzes der Kommunikationsverbindung, eine Verringerung der Leistung hat den gegenteiligen Effekt und verringert den Durchsatz.

Eine andere Möglichkeit zur Verbesserung des Durchsatzes der Verbindung wäre die Vergrößerung der Empfangsantenne, um eine höhere Energie zu erhalten, die am Flugzeug ankommt.

Aber hier werden betriebliche Einschränkungen deutlich, da dies zu einer nicht realisierbaren Installation für ein Verkehrs- oder Geschäftsflugzeug führen würde.