Les satellites en bandes L/Ku/Ka – qu’est-ce que cela signifie ?

Parue initialement il y a trois ans, cette chronique sur les différences entre les systèmes de connectivité en bande L, Ku et Ka à bord des avions a été l’une de nos plus populaires. Il a maintenant été mis à jour avec les dernières informations sur les options disponibles.

Les termes satellites en bande L, Ku et Ka sont brandis assez librement. Mais savez-vous vraiment ce qu’ils signifient et quelles sont les différences entre eux ?

La « bande » utilisée fait référence aux fréquences radio utilisées vers et depuis le satellite :

• L-band utilise des fréquences dans la gamme de 1 à 2GHz
• Ku-band utilise environ 12-18GHz, et
• Les services en bande Ka utilisent le segment 26.5-40GHz du spectre électromagnétique.

Et au cas où vous vous poseriez la question « Ku » signifie « Kurz unten » – l’allemand pour la bande juste en dessous de la bande « courte » ou K. Sans surprise, « Ka » signifie « Kurz above ». Cela s’explique par le fait que Ku est la partie inférieure de la bande K originale de l’OTAN, qui a été divisée en trois bandes (Ku, K et Ka) en raison de la présence du pic de résonance de la vapeur d’eau atmosphérique à 22,24 GHz, (1,35 cm), qui rendait le centre inutilisable pour les transmissions à longue distance.

Alors, vous pleurez ? En général, plus la fréquence est élevée, plus la bande passante que vous pouvez extraire du système est importante. La différence est juste comme une émission de radio FM étant comparée à une onde moyenne. La bande radio VHF de fréquence plus élevée (100MHz) vous donne une plus grande largeur de bande que les ondes moyennes/AM (1MHz) et la qualité du son est meilleure.

Etendez cela aux fréquences micro-ondes du satellite et la bande Ka devrait vous donner plus de largeur de bande numérique que la bande Ku, qui à son tour devrait donner une plus grande largeur de bande que la bande L.

Mais ce n’est que la moitié de l’histoire.

Le physicien et mathématicien Claude Shannon a développé ce qui est devenu connu comme le « théorème de Shannon » en 1948. Cela reste vrai aujourd’hui et c’est un étudiant essentiel pour comprendre les débits des satellites. Nous ignorerons les mathématiques, mais il dit essentiellement :

• Plus la bande passante est élevée, plus les données peuvent être transférées
• Plus la fréquence est élevée, plus la bande passante est disponible
• Un rapport signal/bruit élevé est meilleur
• Une augmentation du niveau de puissance d’émission peut donner une augmentation du débit du lien de communication.

Ce n’est donc pas seulement une question de fréquence – il faut prendre en compte la densité de puissance disponible, et les faisceaux ponctuels des satellites fournissent généralement un niveau plus élevé, que ce soit sur la bande Ku ou Ka.

Et le chiffre de la bande passante en titre fait généralement référence à la bande passante du transpondeur des satellites. Il faut maintenant la répartir entre les nombreux utilisateurs.

Vous devez également tenir compte de toute une série d’autres facteurs, comme la taille de votre antenne ? Quelle est l’élévation du satellite au-dessus de l’horizon ? Combien de récepteurs partagent le faisceau ponctuel du satellite à ce moment-là et même, quelle est la météo ?

Oui, la météo. Le Ku et le Ka peuvent tous deux souffrir de l’évanouissement dû à la pluie (le Ka plus que le Ku) – ce n’est généralement pas un problème à 35 000 pieds, mais les niveaux élevés d’humidité dans les zones tropicales peuvent également affecter les signaux.

Prendre la bande L en premier. Inmarsat propose son SwiftBroadband (SBB) 432kbps basé sur l’IP, mais son service SB200 léger de 200kbps, dont l’équipement peut facilement être installé dans un bizjet, est également populaire.

Un maximum de quatre canaux par avion peut également être « lié » et utilisé pour des services IP en continu à tout moment.

Une forme d’onde plus récente à haut débit de données (HDR), peut également fournir un débit de données accru sur les avions conventionnels – jusqu’à 700kbps en utilisant un porteur complet de 200kHz – mais, encore une fois, uniquement en mode streaming.

Pour mettre un bâton dans les roues, le satellite qui soutient le nouveau réseau aéronautique européen air-sol est en bande S – autour de 2,4GHz. Ses débits sont actuellement inconnus, mais devraient être de l’ordre de 1 à 3 Mbps.

Mais si le service SwiftBroadBand d’Inmarsat en bande L n’est pas assez rapide pour vous, que diriez-vous du service Global Xpress (GX Aviation) en bande Ka d’Inmarsat ?

Les fréquences plus élevées signifient que des débits de données de l’ordre de 30 à 50 mégabits par seconde (Mbps) sont possibles, contre 432kbps avec l’actuel SwiftBroadband en bande L – soit une augmentation de vitesse pouvant aller jusqu’à 100x.

ViaSat propose également son système Exede en vol en bande Ka, qui peut fournir jusqu’à 12 Mbps à chaque passager.

Il existe des alternatives, notamment les services en bande Ku de Panasonic, Gogo, Global Eagle et ViaSat Yonder.

La bande Ku offre généralement des vitesses de connexion d’environ 1 à 12 Mbps, bien qu’elles puissent être plus élevées.

Il existe également un faisceau ponctuel en Ku, utilisant les nouveaux satellites à haut débit (HTS). Par exemple, EpicNG d’Intelsat promet jusqu’à 80 Mbps par appareil et 200 Mbps par faisceau spot. Chaque faisceau ponctuel a une densité de puissance plus élevée, d’où les bandes passantes plus importantes disponibles.

La bande Ka et la bande Ku bénéficient également de nouvelles conceptions de modems qui promettent d’augmenter encore plus les débits de données.

En fait, les fournisseurs de bande Ku et Ka parlent de vitesses allant jusqu’à 100 Mbps vers l’avion. En réalité, les compagnies aériennes veulent avant tout une bonne connectivité, cohérente et fiable. L’argument du Ku ou du Ka devient secondaire.

« Get Connected » a testé à la fois le produit 2Ku de Gogo et la bande Ka de GX Aviation et tous deux ont délivré environ 10Mbps lors des tests.

Donc, vous l’avez. Chaque bande – L, Ku et Ka – fonctionne sur un ensemble différent de fréquences. En général, plus la fréquence est élevée, plus le débit est élevé.

Cependant, trois paramètres clés peuvent être manipulés afin d’optimiser la capacité d’un lien de communication – la bande passante, la puissance du signal et le bruit du canal.

Les fournisseurs de canaux de communication développent leurs technologies afin d’obtenir la capacité optimale du lien en fonction des besoins de leur marché.

Une augmentation du niveau de puissance d’émission entraîne une augmentation du débit de la liaison de communication, de même qu’une diminution de la puissance aura l’effet inverse en réduisant le débit.

Une autre façon d’améliorer le débit de la liaison serait d’augmenter la taille de l’antenne de réception afin d’avoir un niveau plus élevé d’énergie reçue par l’avion.

Mais c’est là que les contraintes opérationnelles deviennent apparentes, car, cela conduirait à une installation irréalisable pour un avion commercial ou d’affaires.