Satelliti in banda L/Ku/Ka – cosa significa tutto questo?

Originariamente pubblicato tre anni fa, questo articolo sulle differenze tra sistemi di connettività a bordo in banda L, Ku e Ka è stato uno dei nostri più popolari. Ora è stato aggiornato con le ultime informazioni sulle opzioni disponibili.

I termini banda L, Ku e satelliti Ka vengono sbandierati abbastanza liberamente. Ma sai davvero cosa significano e quali sono le differenze tra loro?

La “banda” in uso si riferisce alle frequenze radio usate da e verso il satellite:

• La banda L usa frequenze nella gamma da 1 a 2GHz
• La banda Ku utilizza circa 12-18GHz, e
• I servizi in banda Ka usano il segmento 26.5-40GHz dello spettro elettromagnetico.

E nel caso te lo stessi chiedendo “Ku” sta per “Kurz unten” – tedesco per la banda appena sotto la “corta” o K-band. Non a caso “Ka” sta per “Kurz above”. Questo perché Ku è la parte inferiore della banda K originale della NATO, che è stata divisa in tre bande (Ku, K, e Ka) a causa della presenza del picco di risonanza del vapore acqueo atmosferico a 22,24 GHz, (1,35 cm), che ha reso il centro inutilizzabile per la trasmissione a lungo raggio.

Così che si piange? In generale, più alta è la frequenza, più larghezza di banda si può spremere dal sistema. La differenza è proprio come se si confrontasse una trasmissione radio FM con una a onde medie. La banda radio VHF a frequenza più alta (100MHz) ti dà una maggiore larghezza di banda rispetto alle onde medie/AM (1MHz) e la qualità del suono è migliore.

Scala fino alle frequenze a microonde del satellite e la banda Ka dovrebbe darti più larghezza di banda digitale della Ku, che a sua volta dovrebbe dare una maggiore larghezza di banda della banda L.

Ma è solo metà della storia.

Il fisico e matematico Claude Shannon sviluppò quello che divenne noto come “Teorema di Shannon” nel 1948. Questo vale ancora oggi ed è uno studente essenziale per capire le portate dei satelliti. Ignoreremo la matematica, ma essenzialmente dice:

• Più alta è la larghezza di banda, più dati possono essere trasferiti
• Più alta è la frequenza, più larghezza di banda è disponibile
• Un alto rapporto segnale/rumore è migliore
• Un aumento del livello di potenza di trasmissione può dare un aumento del throughput del collegamento di comunicazione.

Quindi non si tratta solo della frequenza – bisogna prendere in considerazione la densità di potenza disponibile, e i fasci spot dei satelliti generalmente forniscono un livello più alto, sia in banda Ku che Ka.

E la cifra della larghezza di banda principale di solito si riferisce alla larghezza di banda del transponder dei satelliti. Ora abbiamo bisogno di dividerla tra i molti utenti.

Devi anche considerare tutta una serie di altri fattori, come quanto è grande la tua antenna? Qual è l’elevazione del satellite sopra l’orizzonte? Quanti ricevitori stanno condividendo lo spot beam del satellite in questo momento e anche, com’è il tempo? Sia Ku che Ka possono soffrire di rain fade (Ka più di Ku) – questo di solito non è un problema a 35.000 piedi, ma alti livelli di umidità nelle aree tropicali possono anche influenzare i segnali.

Prendendo prima la banda L. Inmarsat offre il suo SwiftBroadband (SBB) 432kbps basato su IP, ma il suo leggero servizio SB200 200kbps, con attrezzature che possono essere facilmente inserite in un bizjet, è anche popolare.

Un massimo di quattro canali per aereo può anche essere “legato” e utilizzato per servizi IP in streaming in qualsiasi momento.

Una più recente forma d’onda High Data Rate (HDR), può anche fornire un maggiore throughput di dati su aerei convenzionali – fino a 700kbps utilizzando un pieno 200kHz bearer – ma, ancora una volta, solo in modalità streaming.

Per mettere una chiave nei lavori, il satellite che sostiene il nuovo air-to-ground European Aviation Network è in banda S – circa 2.4GHz. La sua velocità è attualmente sconosciuta, ma ci si aspetta che sia nell’intervallo 1-3Mbps.

Ma se il servizio SwiftBroadBand in banda L di Inmarsat non è abbastanza veloce per te, che ne dici del servizio Inmarsat Global Xpress (GX Aviation) in banda Ka?

Le frequenze più alte significano che sono possibili throughput di dati nella regione di 30-50 megabit al secondo (Mbps), rispetto ai 432kbps dell’attuale SwiftBroadband in banda L – fino a un aumento di velocità 100 volte.

ViaSat offre anche il suo sistema Exede in banda Ka in volo, che può fornire fino a 12 Mbps ad ogni passeggero.

Ci sono alternative, compresi i servizi in banda Ku di Panasonic, Gogo, Global Eagle e ViaSat Yonder.

La banda Ku offre tipicamente velocità di connessione di circa 1-12 Mbps, anche se può essere più alta.

Sono disponibili anche servizi in banda Ku a sbarramento, utilizzando nuovi satelliti ad alta velocità (HTS). Per esempio, EpicNG di Intelsat promette fino a 80 Mbps per aereo e 200 Mbps per spot beam. Ogni spot beam ha una maggiore densità di potenza, da cui le maggiori larghezze di banda disponibili.

Sia Ka che Ku stanno anche beneficiando di nuovi design di modem che promettono di aumentare ulteriormente il throughput dei dati.

In effetti, sia i fornitori Ku che Ka parlano di velocità fino a 100 Mbps per l’aereo. La realtà è che le compagnie aeree vogliono innanzitutto una buona connettività, coerente e affidabile. L’argomento Ku o Ka sta diventando secondario.

“Get Connected” ha testato sia il prodotto 2Ku di Gogo che la banda Ka di GX Aviation ed entrambi hanno fornito circa 10Mbps nei test.

Così ci siamo. Ogni banda – L, Ku e Ka – lavora su un diverso insieme di frequenze. In generale, più alta è la frequenza, più alto è il throughput.

Tuttavia, tre parametri chiave possono essere manipolati per ottimizzare la capacità di un link di comunicazione – larghezza di banda, potenza del segnale e rumore del canale.

I fornitori di canali di comunicazione sviluppano le loro tecnologie per raggiungere la capacità ottimale del link in base alle loro esigenze di mercato.

Un aumento del livello di potenza di trasmissione si traduce in un aumento del throughput del collegamento di comunicazione, allo stesso modo una diminuzione della potenza avrà l’effetto opposto, riducendo il throughput.

Un altro modo per migliorare il throughput del collegamento sarebbe quello di aumentare la dimensione dell’antenna di ricezione al fine di avere un più alto livello di energia ricevuta al velivolo.

Ma questo è dove i vincoli operativi diventano evidenti, come, questo porterebbe ad una installazione non fattibile per un aereo commerciale o business.