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FEATURE              Hintergrundwissen Ka Band




Ka-Band – Die Zukunft der
Satellitenkommunikation?
Peter Miller

Das gesamte für Satellitenkommunikation nutzbare Spektrum ist eigentlich ziemlich breit,                Um den Kreis nun wieder zu schließen und
doch die meisten von Ihnen werden nur das C- und Ku-Band oder vielleicht noch das S-Band             zum Thema Ka-Band zu kommen, müssen wir
kennen, die zur Übertragung von TV und Radioprogrammen dienen. Bevor wir Ihnen etwas über            erneut einen Blick auf Abbildung 2 werfen.
das Ka-Band erzählen, sollten Sie einen Blick auf Abbildung 1 werfen, die die Einteilung des Fre-    Ihnen ist sicher sofort aufgefallen, dass der im
quenzspektrums in die verschiedenen Bereiche grafisch darstellt.                                      Ka-Band zur Verfügung stehende Frequenzbe-
                                                                                                     reich größer ist als der des C- und Ku-Bands
  Formell beginnt das Radiospektrum bei 3 Hz       relativ ungestört durchdringen. Wenn Sie sich     zusammen, nämlich genau 22 GHz. Kein
und endet bei 3 GHz, doch in der Realität sendet   beim Anblick von Abbildung 1 schon gewundert      Wunder also, dass hier die Zukunft der Satel-
niemand in diesen äußersten Randbereichen.         haben, welche seltsamen Bezeichnungen dort        litenkommunikation liegt und das Ka-Band
Der Langwellenempfang im klassischen Radio         zu finden sind, dann sollten Sie einen Blick auf   sowohl für Satellitenbetreiber als auch für den
beginnt in etwa ab 100 kHz (LF Bereich), alles     Abbildung 2 werfen, die die einzelnen Teile des   normalen Endverbraucher immer interessan-
was darunter liegt mag zur Kommunikation           Spektrums vergrößert und dort finden wir dann      ter wird.




Abbildung 1: Frequenzspektrum

zwischen U-Booten oder innerhalb einer Mine        auch die uns geläufigen Bezeichnungen wie             Leider sind die Dämpfungseigenschaften
bzw. für geophysikalische Messungen verwen-        C- und Ku-Band. Laut unserer Grafik beginnt        der Erdatmosphäre nicht für alle Bereiche des
det werden.                                        das Ku-Band erst bei 12 GHz, während aber         Spektrums gleich. Abbildung 3 zeigt die Dämp-
   Diese langwelligen Frequenzbereiche sind        allgemein bekannt ist, dass diverse Ku-Band       fung unter trockenen bzw. feuchten Bedingun-
für die Satellitenkommunikation völlig uninter-    Satelliten bereits im Bereich um 11 GHz und       gen. Deutlich erkennt man, dass der Bereich um
essant, denn einerseits sind niederfrequente       somit formell im X-Band senden. Nun, die Ein-     22 GHz unter feuchten Bedingungen besonders
Signale nicht in der Lage, große Datenmengen       teilung der Signale eines Satelliten erfolgt in   stark gedämpft wird. Wäre das alles, könnten
zu transportieren (analoges TV kann erst ab        der Regel nicht nach dessen Downlink- sondern     wir aber trotzdem getrost Bereiche bis zu 50
ca. 100 MHz übertragen werden) und anderer-        nach dessen Uplinkfrequenzen und die sind bei     GHz verwenden, wir sprechen hier schließlich
seits werden niederfrequente, aber auch sehr       Ku-Band Satelliten alle im Bereich von 12 und     von einer Dämpfung im Bereich 1 dB.
hochfrequente, Signale stark von der Erdat-        nicht 11 GHz. Die Bezeichnung Ku-Band Satel-         Bedauerlicherweise besteht ein starker
mosphäre absorbiert. Abbildung 1 zeigt daher       lit ist also völlig korrekt. Desweiteren sollte   Unterschied zwischen Feuchtigkeit in Form
anhand eines grünen Balkens, welcher Bereich       man stets beachten, dass niemals das gesamte      von Wolken und Regen. Wie Sie in Abbildung
für die Satellitenkommunikation überhaupt          Frequenzspektrum eines Bandes (egal ob C,         4 deutlich erkennen können, kann bei Regen-
nutzbar ist. Er beginnt bei ca. 20 MHz und endet   KU usw.) für den Downlink verwendet werden        wetter die Dämpfung deutlich steigen, je
bei ungefähr 40 GHz. Natürlich könnte man          kann, schließlich muss auch der Uplink reali-     höher die gewählte Frequenz ist. Genau das
auch höher- oder niederfrequentere Signale         siert werden und oftmals reserviert sich auch     ist auch Grund dafür, warum das Ka-Band
verwenden, die Signaldämpfung wäre dann            das Militär oder andere Dienste (z.B. Radar)      schon bisher hauptsächlich für Internet via
allerdings relativ stark, denn nur im genannten    einen Teil der theoretisch verfügbaren Kapa-      Satellit und nicht zur Übertragung von TV und
Bereich können die Signale die Erdatmosphäre       zitäten.                                          Radio Programmen eingesetzt wurde. Im Fall




Abbildung 2: Einteilung in die verschiedenen Bandbereich



12 TELE-satellite & Broadband — 08-09/2007 — www.TELE-satellite.com
Feature
einer Internetverbindung ist es keineswegs        im Ka-Band entsprechen eher einem Transcei-     und 5/6 verarbeiten. Zum Senden wird jedoch
problematisch, wenn unter schlechten Wet-         ver als einem Receiver. Wenn wir z.B. das von   stets QPSK mit einer FEC von 1/2 verwendet.
terbedingungen das eine oder andere Daten-        der US Firma WildBlue verwendete Equipment      Die bei den Endkunden verwendete Antenne
paket erneut abgefragt werden muss. Unser         betrachten, so handelt es sich dabei um eine    ist ein Cassegrain Modell.
Equipment kümmert sich still und heimlich         Sende – und Empfangsanlage, also eine 2            Zusammenfassung
darum, der User vor dem PC wird davon nichts      Wege Kommunikation für die keinerlei andere        Ist das Ka-Band nun die Zukunft der Satel-
merken. Ganz anders sieht es hingegen beim        Verbindung wie z.B. über Telefonleitung mehr    litenkommunikation? Ja und Nein. Ja, weil wir
TV Empfang aus.                                   notwendig ist. Dabei wird für den Empfang       immer mehr und immer breitbandigere Über-
   Anwendungsbeispiel: WildBlue, USA              der Bereich zwischen 19.7 und 20.2 GHz ver-     tragungswege benötigen, da die herkömmli-
   Obwohl es zwischen beiden Anwendungs-          wendet, während zum Senden 29.5 bis 30          chen Frequenzbereiche voll sind und uns das
bereichen durchaus Ähnlichkeiten wie QPSK         GHz zum Einsatz kommen. Die IF Frequenzen       Ka-Band zusätzliche Frequenzbereiche auf
Modulation, Fehlerkorrektur und kleine Satel-     in diesem Fall betragen 1.0 bis 1.5 GHz und     bereits vorhandenen Satelliten eröffnet. Nein,
litenantennen gibt, so besteht doch ein ent-      1.8 bis 2.3 GHz. Der Receiver des verwende-     da das Ka-Band um etliches wetterabhängiger
scheidender Unterschied: Die Empfangsgeräte       ten Modems kann QPSK Signale mit einer FEC      als das Ku- und C-Band ist. Die Verlegung digi-
                                                                          von 1/2, 2/3, und 3/4   taler TV Transponder in diesen Bereich wäre
                                                                          als auch 8PSK Signale   also sehr riskant und nur für wirklich extrem
                                                                          mit einer FEC von 2/3   trockene Regionen der Erde vernünftig.




Abbildung 3: Die Dämpfung der Erdatmosphäre je nach Frequenzbe-          Abbildung 4: Die durch Regen verursachte Signaldämpfung je nach Fre-
reich                                                                    quenzbereich


14 TELE-satellite & Broadband — 08-09/2007 — www.TELE-satellite.com

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  • 1. FEATURE Hintergrundwissen Ka Band Ka-Band – Die Zukunft der Satellitenkommunikation? Peter Miller Das gesamte für Satellitenkommunikation nutzbare Spektrum ist eigentlich ziemlich breit, Um den Kreis nun wieder zu schließen und doch die meisten von Ihnen werden nur das C- und Ku-Band oder vielleicht noch das S-Band zum Thema Ka-Band zu kommen, müssen wir kennen, die zur Übertragung von TV und Radioprogrammen dienen. Bevor wir Ihnen etwas über erneut einen Blick auf Abbildung 2 werfen. das Ka-Band erzählen, sollten Sie einen Blick auf Abbildung 1 werfen, die die Einteilung des Fre- Ihnen ist sicher sofort aufgefallen, dass der im quenzspektrums in die verschiedenen Bereiche grafisch darstellt. Ka-Band zur Verfügung stehende Frequenzbe- reich größer ist als der des C- und Ku-Bands Formell beginnt das Radiospektrum bei 3 Hz relativ ungestört durchdringen. Wenn Sie sich zusammen, nämlich genau 22 GHz. Kein und endet bei 3 GHz, doch in der Realität sendet beim Anblick von Abbildung 1 schon gewundert Wunder also, dass hier die Zukunft der Satel- niemand in diesen äußersten Randbereichen. haben, welche seltsamen Bezeichnungen dort litenkommunikation liegt und das Ka-Band Der Langwellenempfang im klassischen Radio zu finden sind, dann sollten Sie einen Blick auf sowohl für Satellitenbetreiber als auch für den beginnt in etwa ab 100 kHz (LF Bereich), alles Abbildung 2 werfen, die die einzelnen Teile des normalen Endverbraucher immer interessan- was darunter liegt mag zur Kommunikation Spektrums vergrößert und dort finden wir dann ter wird. Abbildung 1: Frequenzspektrum zwischen U-Booten oder innerhalb einer Mine auch die uns geläufigen Bezeichnungen wie Leider sind die Dämpfungseigenschaften bzw. für geophysikalische Messungen verwen- C- und Ku-Band. Laut unserer Grafik beginnt der Erdatmosphäre nicht für alle Bereiche des det werden. das Ku-Band erst bei 12 GHz, während aber Spektrums gleich. Abbildung 3 zeigt die Dämp- Diese langwelligen Frequenzbereiche sind allgemein bekannt ist, dass diverse Ku-Band fung unter trockenen bzw. feuchten Bedingun- für die Satellitenkommunikation völlig uninter- Satelliten bereits im Bereich um 11 GHz und gen. Deutlich erkennt man, dass der Bereich um essant, denn einerseits sind niederfrequente somit formell im X-Band senden. Nun, die Ein- 22 GHz unter feuchten Bedingungen besonders Signale nicht in der Lage, große Datenmengen teilung der Signale eines Satelliten erfolgt in stark gedämpft wird. Wäre das alles, könnten zu transportieren (analoges TV kann erst ab der Regel nicht nach dessen Downlink- sondern wir aber trotzdem getrost Bereiche bis zu 50 ca. 100 MHz übertragen werden) und anderer- nach dessen Uplinkfrequenzen und die sind bei GHz verwenden, wir sprechen hier schließlich seits werden niederfrequente, aber auch sehr Ku-Band Satelliten alle im Bereich von 12 und von einer Dämpfung im Bereich 1 dB. hochfrequente, Signale stark von der Erdat- nicht 11 GHz. Die Bezeichnung Ku-Band Satel- Bedauerlicherweise besteht ein starker mosphäre absorbiert. Abbildung 1 zeigt daher lit ist also völlig korrekt. Desweiteren sollte Unterschied zwischen Feuchtigkeit in Form anhand eines grünen Balkens, welcher Bereich man stets beachten, dass niemals das gesamte von Wolken und Regen. Wie Sie in Abbildung für die Satellitenkommunikation überhaupt Frequenzspektrum eines Bandes (egal ob C, 4 deutlich erkennen können, kann bei Regen- nutzbar ist. Er beginnt bei ca. 20 MHz und endet KU usw.) für den Downlink verwendet werden wetter die Dämpfung deutlich steigen, je bei ungefähr 40 GHz. Natürlich könnte man kann, schließlich muss auch der Uplink reali- höher die gewählte Frequenz ist. Genau das auch höher- oder niederfrequentere Signale siert werden und oftmals reserviert sich auch ist auch Grund dafür, warum das Ka-Band verwenden, die Signaldämpfung wäre dann das Militär oder andere Dienste (z.B. Radar) schon bisher hauptsächlich für Internet via allerdings relativ stark, denn nur im genannten einen Teil der theoretisch verfügbaren Kapa- Satellit und nicht zur Übertragung von TV und Bereich können die Signale die Erdatmosphäre zitäten. Radio Programmen eingesetzt wurde. Im Fall Abbildung 2: Einteilung in die verschiedenen Bandbereich 12 TELE-satellite & Broadband — 08-09/2007 — www.TELE-satellite.com
  • 3. einer Internetverbindung ist es keineswegs im Ka-Band entsprechen eher einem Transcei- und 5/6 verarbeiten. Zum Senden wird jedoch problematisch, wenn unter schlechten Wet- ver als einem Receiver. Wenn wir z.B. das von stets QPSK mit einer FEC von 1/2 verwendet. terbedingungen das eine oder andere Daten- der US Firma WildBlue verwendete Equipment Die bei den Endkunden verwendete Antenne paket erneut abgefragt werden muss. Unser betrachten, so handelt es sich dabei um eine ist ein Cassegrain Modell. Equipment kümmert sich still und heimlich Sende – und Empfangsanlage, also eine 2 Zusammenfassung darum, der User vor dem PC wird davon nichts Wege Kommunikation für die keinerlei andere Ist das Ka-Band nun die Zukunft der Satel- merken. Ganz anders sieht es hingegen beim Verbindung wie z.B. über Telefonleitung mehr litenkommunikation? Ja und Nein. Ja, weil wir TV Empfang aus. notwendig ist. Dabei wird für den Empfang immer mehr und immer breitbandigere Über- Anwendungsbeispiel: WildBlue, USA der Bereich zwischen 19.7 und 20.2 GHz ver- tragungswege benötigen, da die herkömmli- Obwohl es zwischen beiden Anwendungs- wendet, während zum Senden 29.5 bis 30 chen Frequenzbereiche voll sind und uns das bereichen durchaus Ähnlichkeiten wie QPSK GHz zum Einsatz kommen. Die IF Frequenzen Ka-Band zusätzliche Frequenzbereiche auf Modulation, Fehlerkorrektur und kleine Satel- in diesem Fall betragen 1.0 bis 1.5 GHz und bereits vorhandenen Satelliten eröffnet. Nein, litenantennen gibt, so besteht doch ein ent- 1.8 bis 2.3 GHz. Der Receiver des verwende- da das Ka-Band um etliches wetterabhängiger scheidender Unterschied: Die Empfangsgeräte ten Modems kann QPSK Signale mit einer FEC als das Ku- und C-Band ist. Die Verlegung digi- von 1/2, 2/3, und 3/4 taler TV Transponder in diesen Bereich wäre als auch 8PSK Signale also sehr riskant und nur für wirklich extrem mit einer FEC von 2/3 trockene Regionen der Erde vernünftig. Abbildung 3: Die Dämpfung der Erdatmosphäre je nach Frequenzbe- Abbildung 4: Die durch Regen verursachte Signaldämpfung je nach Fre- reich quenzbereich 14 TELE-satellite & Broadband — 08-09/2007 — www.TELE-satellite.com