L/Ku/Ka-band satellieten – wat betekent het allemaal?

Dit artikel over de verschillen tussen L-, Ku- en Ka-band connectiviteitssystemen, dat oorspronkelijk drie jaar geleden werd gepubliceerd, is een van onze populairste artikelen geweest. Het is nu bijgewerkt met de meest recente informatie over de beschikbare opties.

De termen L-band, Ku- en Ka-satellieten worden nogal eens in de mond genomen. Maar weet u eigenlijk wel wat ze betekenen en wat de verschillen zijn?

De gebruikte “band” verwijst naar de radiofrequenties die van en naar de satelliet worden gebruikt:

• L-band gebruikt frequenties in het 1 tot 2GHz bereik
• Ku-band gebruikt ongeveer 12-18GHz, en
• Ka-band diensten gebruiken het 26.5-40GHz segment van het elektromagnetisch spectrum.

En voor het geval u het zich afvraagt “Ku” staat voor “Kurz unten” – Duits voor de band net onder de “korte” of K-band. Het zal u niet verbazen dat “Ka” staat voor “Kurz boven”. Dat komt omdat Ku het onderste deel is van de oorspronkelijke K-band van de NAVO, die in drie banden werd gesplitst (Ku, K en Ka) vanwege de aanwezigheid van de resonantiepiek van atmosferische waterdamp op 22,24 GHz, (1,35 cm), waardoor het midden onbruikbaar werd voor langeafstandstransmissie.

Wat roep je nu? In het algemeen geldt: hoe hoger de frequentie, hoe meer bandbreedte je uit het systeem kunt persen. Het verschil is net als bij een FM radio-uitzending vergeleken met middengolf. De hogere frequentie VHF radio (100MHz) band geeft je een grotere bandbreedte dan middengolf/AM (1MHz) en de geluidskwaliteit is beter.

Schaal dit op naar de satelliet microgolf frequenties en Ka-band zou je meer digitale bandbreedte moeten geven dan Ku, die op zijn beurt een grotere bandbreedte zou moeten geven dan L-band.

Maar dit is slechts de helft van het verhaal.

Fysicus en wiskundige Claude Shannon ontwikkelde in 1948 wat bekend werd als “Shannon’s Theorem”. Deze stelling geldt vandaag de dag nog steeds en is van essentieel belang voor het begrijpen van satellietdoorvoer. We zullen de wiskunde negeren, maar in essentie staat er:

• Hoe hoger de bandbreedte, hoe meer gegevens kunnen worden overgebracht
• Hoe hoger de frequentie, hoe meer bandbreedte beschikbaar is
• Een hoge signaal-ruisverhouding is beter
• Een verhoging van het zendvermogen kan een verhoging van de verwerkingscapaciteit van de communicatieverbinding geven.

Het gaat dus niet alleen om de frequentie – je moet ook rekening houden met de beschikbare vermogensdichtheid, en satelliet spot beams leveren over het algemeen een hoger niveau, of het nu op Ku- of Ka-band is.

En het bandbreedtecijfer in de kop verwijst meestal naar de transponder bandbreedte van de satellieten. Nu moeten we die verdelen over de vele gebruikers.

Je moet ook rekening houden met een hele reeks andere factoren, zoals hoe groot is je antenne? Wat is de hoogte van de satelliet boven de horizon? Hoeveel ontvangers delen de satellietstraal op dit moment en zelfs, hoe is het weer?

Ja, het weer. Zowel Ku als Ka kunnen last hebben van rain fade (Ka meer dan Ku) – dit is meestal geen probleem op 35.000 voet, maar een hoge vochtigheidsgraad in tropische gebieden kan ook van invloed zijn op signalen.

De L-band als eerste nemen. Inmarsat biedt zijn op IP gebaseerde 432kbps SwiftBroadband (SBB) aan, maar zijn lichte 200kbps SB200-dienst, met apparatuur die gemakkelijk in een bizjet kan worden ingebouwd, is ook populair.

Een maximum van vier kanalen per vliegtuig kan ook worden “gebonden” en gebruikt voor streaming IP-diensten op eender welk moment.

Een nieuwere High Data Rate (HDR) golfvorm, kan ook zorgen voor een hogere gegevensdoorvoer op conventionele vliegtuigen – tot 700kbps met behulp van een volledige 200kHz bearer – maar, nogmaals, alleen in streaming mode.

Om een spaak in het wiel te steken, de satelliet die het nieuwe lucht-grond Europese luchtvaartnetwerk ondersteunt is S-band – rond 2,4 GHz. De snelheden zijn momenteel onbekend, maar naar verwachting in de 1-3Mbps range.

Maar als Inmarsat’s L-band SwiftBroadBand service niet snel genoeg is voor u, wat dacht u van Inmarsat’s Global Xpress (GX Aviation) Ka-band service?

De hogere frequenties betekenen dat data doorvoersnelheden in de orde van 30-50 megabits per seconde (Mbps) mogelijk zijn, vergeleken met 432kbps met de huidige L-band SwiftBroadband – tot een 100x snelheidstoename.

ViaSat biedt ook zijn Ka-band in-flight Exede-systeem aan, dat tot 12 Mbps aan elke passagier kan leveren.

Er zijn alternatieven, waaronder Ku-banddiensten van Panasonic, Gogo, Global Eagle en ViaSat Yonder.

Ku-band biedt doorgaans verbindingssnelheden van ongeveer 1-12 Mbps, hoewel het hoger kan zijn.

Ook beschikbaar is spot-beam Ku, met behulp van nieuwe High Throughput Satellites (HTS). Intelsat’s EpicNG bijvoorbeeld belooft tot 80 Mbps per toestel en 200 Mbps per spot beam. Elke spotbundel heeft een hogere vermogensdichtheid, vandaar de hogere beschikbare bandbreedtes.

Zowel Ka als Ku profiteren ook van nieuwe modemontwerpen die de gegevensdoorvoer nog verder beloven te verhogen.

In feite hebben zowel Ku- als Ka-aanbieders het over snelheden tot 100 Mbps aan boord van het vliegtuig. De realiteit is, luchtvaartmaatschappijen willen goede, consistente, betrouwbare connectiviteit eerst en vooral. Het Ku of Ka argument wordt secundair.

“Get Connected” heeft zowel Gogo’s 2Ku product als GX Aviation’s Ka-band getest en beide leverden rond de 10Mbps in de tests.

Dus daar heb je het. Elke band – L, Ku en Ka – werkt op een andere set frequenties. In het algemeen geldt: hoe hoger de frequentie, hoe hoger de doorvoer.

Echter, drie belangrijke parameters kunnen worden gemanipuleerd om de capaciteit van een communicatieverbinding te optimaliseren – bandbreedte, signaalvermogen en kanaalruis.

Aanbieders van communicatiekanalen ontwikkelen hun technologieën om de optimale verbindingscapaciteit te bereiken op basis van hun marktbehoeften.

Een verhoging van het zendvermogen leidt tot een verhoging van de verwerkingscapaciteit van de communicatieverbinding, terwijl een verlaging van het zendvermogen juist tot een verlaging van de verwerkingscapaciteit leidt.

Een andere manier om de verwerkingscapaciteit van de verbinding te verbeteren, is de ontvangstantenne groter te maken, zodat het vliegtuig meer energie ontvangt.

Maar hier komen de operationele beperkingen aan het licht, omdat dit tot een onhaalbare installatie voor een commercieel of zakenvliegtuig zou leiden.