Downlink

Ein Downlink ist ein Funksignal, das von einem Satelliten in der Erdumlaufbahn zu einer oder mehreren Empfängerstationen auf dem Boden übertragen wird. Der Satellit fungiert als Transponder, empfängt ein Uplink-Signal von der Erde, verstärkt es, verschiebt seine Frequenz und sendet es zurück. Die Empfängerstation nutzt eine Parabolantenne, um dieses schwache Signal zu erfassen, das durch die Freiraumdämpfung über Entfernungen von typisch 400 km für niedrige Erdumlaufbahn bis 36.000 km für die geostationäre Umlaufbahn abgeschwächt worden ist.

Downlink-Frequenzbänder werden durch internationale Vereinbarung zugewiesen und variieren je nach Anwendung. Kommunikationssatelliten nutzen üblicherweise C-Band (4 bis 8 GHz), Ku-Band (11 bis 18 GHz) oder Ka-Band (27 bis 40 GHz); höhere Bänder bieten größere Bandbreite, leiden aber unter stärkerer atmosphärischer Absorption, besonders bei Regen. Wettersatelliten verwenden X-Band und S-Band. GPS-Satelliten strahlen L-Band-Signale aus. Jedes Frequenzfenster erfordert unterschiedliche Antennenentwürfe und Empfängerempfindlichkeiten.

Die Stärke eines Downlink-Signals beim Empfänger hängt von der Sendeleistung des Satelliten, der Antennenrichtcharakteristik auf Satellit und Boden, der Wegedämpfung und den atmosphärischen Bedingungen ab. Ein typischer geostationärer Kommunikationssatellit sendet mit 40 bis 100 Watt pro Träger und erreicht Empfangsleistungen von minus 100 dB oder schwächer. Bodenempfänger müssen rauscharme Verstärker (LNAs) mit Rauschzahlen unter 1 dB einsetzen, um akzeptable Signal-Rausch-Verhältnisse zu erreichen, und müssen Regenfading in tropischen Regionen berücksichtigen.

Downlink versus Uplink

Der Uplink trägt Nutzerdaten oder Befehle von der Erde zum Satelliten; der Downlink gibt verarbeitete oder weitergeleitet Informationen zur Erde zurück. Moderne Satellitensysteme sind asymmetrisch: die Downlink-Bandbreite kann deutlich größer sein als der Uplink, besonders bei Rundfunk- oder Datenverwertungsanwendungen. Bei Bent-Pipe-Satelliten (transparente Satelliten) wird die Downlink-Frequenz einfach vom Uplink verschoben. Bei regenerativen Satelliten wird das Signal demoduliert, dekodiert und vor der Übertragung neu codiert, was Formatkonvertierung und komplexere Vermittlung ermöglicht.

Die Downlink-Qualität wird durch Doppler-Versatz, Mehrwegausbreitung in der Nähe der Bodenstation und Interferenzen von anderen Satelliten, die das gleiche Frequenzband nutzen, beeinträchtigt. Geostationäre Satelliten zeigen minimalen Doppler-Effekt, während polare Umlaufbahnsatelliten Doppler-Versätze von mehreren Kilohertz über einen Pass aufweisen. Bodenstationen müssen Satelliten nachführen und die Empfängerfrequenz entsprechend anpassen und eine ausreichende Antennenrichtwirkung aufrechterhalten, um Störungen von der Seite zu unterdrücken.