L/Ku/Ka-bands satelliter – vad betyder det hela?

Detta inslag om skillnaderna mellan L-, Ku- och Ka-bandsanslutningssystem ombord på flygplanet, som ursprungligen publicerades för tre år sedan, har varit ett av våra mest populära. Den har nu uppdaterats med den senaste informationen om de tillgängliga alternativen.

Tecknen L-band-, Ku- och Ka-satelliter används ganska fritt. Men vet du verkligen vad de betyder och vad som skiljer dem åt?

Det ”band” som används hänvisar till de radiofrekvenser som används till och från satelliten:

• L-bandet använder frekvenser i intervallet 1 till 2 GHz
• Ku-bandet utnyttjar ungefär 12-18 GHz, och
• Ka-bandetjänster använder 26.5-40 GHz-segmentet av det elektromagnetiska spektrumet.

Och om du undrar så står ”Ku” för ”Kurz unten” – tyska för bandet strax under det ”korta” eller K-bandet. Inte överraskande står ”Ka” för ”Kurz above” (kort ovanför). Detta beror på att Ku är den nedre delen av Natos ursprungliga K-band, som delades upp i tre band (Ku, K och Ka) på grund av förekomsten av den atmosfäriska vattenånga-resonanstoppen vid 22,24 GHz (1,35 cm), som gjorde centrumet oanvändbart för långdistansöverföring.

Så vad ropar du? Generellt sett gäller att ju högre frekvens desto större bandbredd kan man pressa ut ur systemet. Skillnaden är precis som när en FM-radiosändning jämförs med mellanvåg. Det högre frekvensbandet VHF-radio (100 MHz) ger dig större bandbredd än mellanvåg/AM (1 MHz) och ljudkvaliteten är bättre.

Skalera upp detta till satellitens mikrovågsfrekvenser och Ka-bandet bör ge dig större digital bandbredd än Ku, som i sin tur bör ge större bandbredd än L-bandet.

Men det är bara halva sanningen.

Fysikern och matematikern Claude Shannon utvecklade det som blev känt som ”Shannons sats” 1948. Detta gäller fortfarande i dag och är en student som är nödvändig för att förstå satelliternas genomströmning. Vi struntar i matematiken, men i huvudsak säger den följande:

• Desto högre bandbredd desto mer data kan överföras
• Desto högre frekvens desto mer bandbredd finns tillgänglig
• Ett högt signal-brusförhållande är bättre
• En ökning av sändningseffektnivån kan ge en ökning av kommunikationslänkens genomströmning.

Det handlar alltså inte bara om frekvensen – man måste ta hänsyn till den tillgängliga effekttätheten, och satelliternas punktstrålar ger i allmänhet en högre nivå, oavsett om det är på Ku- eller Ka-bandet.

Och siffran för bandbredd i rubriken hänvisar vanligtvis till transponderbandbredden från satelliterna. Nu måste vi fördela den på de många användarna.

Du måste också ta hänsyn till en mängd andra faktorer, till exempel hur stor är din antenn? Vilken höjd har satelliten över horisonten? Hur många mottagare delar på satellitens spotstråle vid denna tidpunkt och till och med, hur är vädret?

Ja, vädret. Både Ku och Ka kan drabbas av regnbortfall (Ka mer än Ku) – detta är vanligtvis inget problem på 35 000 fot, men hög luftfuktighet i tropiska områden kan också påverka signalerna.

Tar L-band först. Inmarsat erbjuder sitt IP-baserade SwiftBroadband (SBB) med 432 kbps, men dess lätta SB200-tjänst med 200 kbps, med utrustning som lätt kan monteras i en bizjet, är också populär.

Maximalt fyra kanaler per flygplan kan också ”bondas” och användas för strömmande IP-tjänster vid varje tillfälle.

En nyare HDR-vågform (High Data Rate) kan också ge ökad dataöverföring på konventionella flygplan – upp till 700 kbps med en full 200 kHz-bärare – men återigen endast i streamningsläge.

För att sätta en käpp i hjulet är satelliten som stödjer det nya luft-till-mark-nätverket för europeisk luftfart S-bandet – cirka 2,4 GHz. Hastigheterna är för närvarande okända, men förväntas ligga i intervallet 1-3 Mbps.

Men om Inmarsats L-band SwiftBroadBand-tjänst inte är tillräckligt snabb för dig, vad sägs om Inmarsats Global Xpress (GX Aviation) Ka-band-tjänst?

De högre frekvenserna innebär att dataöverföringshastigheter i storleksordningen 30-50 megabit per sekund (Mbps) är möjliga, jämfört med 432 kbps med det nuvarande L-band SwiftBroadband – en ökning av hastigheten med upp till 100 gånger.

ViaSat erbjuder också sitt Ka-bandsystem Exede för flygning, som kan leverera upp till 12 Mbit/s till varje passagerare.

Det finns alternativ, bland annat Ku-bandtjänster från Panasonic, Gogo, Global Eagle och ViaSat Yonder.

Ku-bandet ger vanligtvis anslutningshastigheter på omkring 1-12 Mbps, även om de kan vara högre.

Det finns också spot-beam Ku, med hjälp av nya High Throughput Satellites (HTS). Intelsats EpicNG lovar till exempel upp till 80 Mbps per flygplan och 200 Mbps per punktstråle. Varje punktstråle har en högre effekttäthet, därav de högre tillgängliga bandbredderna.

Både Ka och Ku gynnas också av nya modemkonstruktioner som lovar att öka dataöverföringshastigheterna ytterligare.

Både Ku- och Ka-leverantörerna talar faktiskt om hastigheter på upp till 100 Mbit/s till flygplanet. I verkligheten vill flygbolagen först och främst ha en bra, konsekvent och tillförlitlig uppkoppling. Ku- eller Ka-argumentet blir sekundärt.

”Get Connected” har testat både Gogos 2Ku-produkt och GX Aviations Ka-band och båda levererade runt 10 Mbps i testerna.

Så där har ni det. Varje band – L, Ku och Ka – arbetar på olika frekvenser. I allmänhet gäller att ju högre frekvens desto högre genomströmning.

Däremot kan tre nyckelparametrar manipuleras för att optimera kapaciteten hos en kommunikationslänk – bandbredd, signaleffekt och kanalbrus.

Ledare av kommunikationskanaler utvecklar sin teknik för att uppnå optimal länkkapacitet utifrån marknadens behov.

En ökning av sändningseffekten resulterar i en ökning av kommunikationslänkens genomströmning, medan en minskning av effekten leder till den motsatta effekten och minskar genomströmningen.

Ett annat sätt att förbättra länkens genomströmning skulle vara att öka storleken på mottagarantennen för att få en högre energinivå som tas emot av flygplanet.

Men det är här som de operativa begränsningarna blir uppenbara, eftersom detta skulle leda till en ogenomförbar installation för ett kommersiellt eller affärsflygplan.