Feederlink: de onzichtbare schakel tussen satelliet en internet
Stel je een postbezorgdienst voor die pakketjes aflevert bij mensen in afgelegen dorpen, ver van elke snelweg. De bezorger op de scooter die het pakketje bij de voordeur aflevert, is te vergelijken met wat in satellietinternet een user link heet: de verbinding tussen een satelliet en de schotel op iemands dak. Maar voordat die bezorger kan vertrekken, moet het pakketje eerst ergens de grote sorteerhal binnenkomen die aangesloten is op het landelijke wegennet. Die verbinding tussen de sorteerhal en de snelweg is de feederlink: de schakel die de satelliet koppelt aan een grondstation dat op zijn beurt is aangesloten op het gewone internet.
Zonder feederlink zou een satelliet een geïsoleerd eilandje in de ruimte zijn, dat wel signalen naar gebruikers kan sturen maar nergens mee verbonden is. De feederlink is dus het punt waar het satellietnetwerk 'aardt' in de bestaande internetinfrastructuur. Dit begrip duikt steeds vaker op in nieuwsberichten over satellietinternetdiensten zoals Starlink, OneWeb en Amazons Project Kuiper, omdat de capaciteit en plaatsing van deze links in de praktijk vaak bepalend zijn voor hoe goed zo'n dienst werkt.
Wat is het precies?
Een satellietinternetsysteem bestaat grofweg uit drie onderdelen: de satelliet zelf, de gebruikersterminal (de schotel bij de klant thuis) en een grondstation dat 'gateway' wordt genoemd. De link tussen satelliet en gebruikersterminal heet de user link. De link tussen satelliet en gateway heet de feederlink. Beide zijn in de praktijk radioverbindingen, al wordt er ook geëxperimenteerd met licht (laser).
De gateway is geen gewoon zendmastje, maar een flinke schotelinstallatie die is aangesloten op een glasvezelnetwerk. Data die vanaf internet naar een gebruiker moet, gaat dus eerst via de gewone kabel naar de gateway, van daar via de feederlink omhoog naar de satelliet, en vervolgens via de user link naar de schotel bij de klant. Bij het versturen van data gaat het traject in omgekeerde richting. De feederlink werkt dus in beide richtingen: een uplink (van gateway naar satelliet) en een downlink (van satelliet naar gateway).
Voor deze verbinding wordt meestal de zogeheten Ka-band gebruikt, een deel van het radiospectrum rond de 20 tot 30 gigahertz. Deze frequenties bieden veel capaciteit, maar hebben ook een bekend nadeel: ze zijn gevoelig voor regen. Regendruppels verzwakken het signaal, een verschijnsel dat ingenieurs 'rain fade' noemen. Om dat op te vangen, bouwen operators vaak meerdere gateways in een regio, zodat het verkeer kan uitwijken naar een grondstation waar het op dat moment droog is. Deze techniek heet site diversity.
Bij sommige moderne netwerken, zoals Starlink, is er een extra tussenstap: laserverbindingen tussen satellieten onderling, ook wel inter-satellite links of crosslinks genoemd. Daardoor hoeft een satelliet niet meer direct boven een gateway te vliegen om data door te geven; het signaal kan eerst via laser naar een andere satelliet worden gestuurd die wél een gateway in het zicht heeft. Dat is vooral nuttig boven oceanen en de polen, waar nauwelijks gateways staan.
Wat wil men ermee bereiken?
Het uiteindelijke doel van satellietinternet is mensen verbinden op plekken waar geen glasvezel of goede mobiele dekking is: afgelegen platteland, eilanden, schepen op zee, vliegtuigen, en gebieden na natuurrampen waar de infrastructuur is uitgevallen. De feederlink is daarbij de bottleneck die vaak bepaalt hoeveel capaciteit zo'n systeem in totaal kan leveren, ongeacht hoeveel schotels er bij gebruikers staan.
Operators proberen daarom drie dingen tegelijk te bereiken: zoveel mogelijk data door een beperkt aantal gateways jagen, het aantal benodigde gateways beperken omdat elke gateway een dure investering is en toestemming van een land vergt, en toch de dienst overal ter wereld beschikbaar houden, ook boven zee en op de polen waar praktisch geen gateways te bouwen zijn. Laser-crosslinks tussen satellieten zijn een directe uitkomst van die derde wens: ze verminderen de afhankelijkheid van een dicht netwerk van feederlink-gateways.
Daarnaast speelt spectrumbeleid een rol. Radiofrequenties zijn schaars en worden wereldwijd gecoördineerd door de Internationale Telecommunicatie Unie (ITU), die specifieke banden reserveert voor feederlinks zodat ze niet interfereren met user links of met andere satellietdiensten. Efficiënt gebruik van deze banden is dus ook een doel op zich, zeker nu er steeds meer satellietconstellaties bijkomen die allemaal dezelfde schaarse frequenties willen gebruiken.
Voorbeelden uit de praktijk
Starlink (SpaceX) bouwde vanaf 2019 een wereldwijd netwerk van gateway-grondstations uit, die via Ka-band feederlinks met de satellieten communiceren. Vanaf 2021 voegde het bedrijf laser-crosslinks toe aan nieuwere satellieten, waardoor dekking boven oceanen en de polen mogelijk werd zonder dat daar gateways hoeven te staan.
OneWeb (tegenwoordig onderdeel van Eutelsat) bouwde een eigen netwerk van gateway-aardstations, vaak in samenwerking met lokale partners en bestaande grondstationbedrijven, om vanaf 2021 dekking te bieden, met een focus op noordelijke, afgelegen regio's zoals Alaska en het noordpoolgebied.
Amazon Project Kuiper lanceerde in oktober 2023 zijn eerste twee testsatellieten, KuiperSat-1 en KuiperSat-2, om onder meer de feederlink-technologie te beproeven voordat de eigenlijke constellatie in productie werd gelanceerd vanaf 2025.
Ook bestaande geostationaire breedbandsatellieten, zoals die van Viasat en Eutelsat Konnect, draaien al jaren op hetzelfde principe: grote, vaste gateway-schotels op de grond sturen via Ka-band feederlinks data naar de satelliet, die deze vervolgens in gebundelde 'spotbeams' naar consumenten verspreidt. Dit is de meest volwassen en langst bestaande toepassing van feederlink-technologie.
Aan de onderzoekskant loopt bij het Europese ruimtevaartagentschap ESA het initiatief HydRON, dat onderzoekt of feederlinks ook via laserlicht in plaats van radiogolven kunnen, om spectrumschaarste te omzeilen. Het Duitse ruimtevaartcentrum DLR test met een optisch grondstation in Oberpfaffenhofen vergelijkbare laserverbindingen tussen aarde en satelliet.
Hoe ver is de techniek?
Radiogebaseerde feederlinks in de Ka-band zijn volwassen technologie: ze draaien al jaren betrouwbaar bij geostationaire satellieten en vormen ook de ruggengraat van de nieuwe LEO-constellaties (satellieten in een lage baan om de aarde, LEO staat voor low earth orbit). Dit is geen experimentele techniek meer, maar de gevestigde werkpaard-oplossing van de sector.
De laser-crosslinks tússen satellieten, die de druk op feederlinks verlichten, zijn de afgelopen jaren van experiment naar operationele praktijk gegaan, vooral dankzij Starlink dat ze op grote schaal inzet. Dat is een van de belangrijkste recente doorbraken in dit vakgebied.
Optische feederlinks, waarbij ook het traject grondstation-satelliet zelf via laser in plaats van radio verloopt, staan nog in een vroeg, experimenteel stadium. Het grootste obstakel is dat laserlicht, anders dan radiogolven, volledig wordt geblokkeerd door bewolking. Dat maakt site diversity nog belangrijker, en er is voorlopig geen grootschalige commerciële uitrol van optische feederlinks.
Overkoepelende knelpunten blijven: rain fade bij radiofeederlinks, wolkendek bij optische varianten, de hoge kosten en vergunningstrajecten voor het bouwen van gateways in tientallen landen, en toenemende drukte op de beschikbare frequentiebanden nu meerdere grote spelers tegelijk constellaties uitrollen. Ook geopolitieke overwegingen spelen mee: niet elk land staat buitenlandse bedrijven toe om er een gateway neer te zetten.
Wie werken eraan?
De belangrijkste commerciële partijen zijn SpaceX met Starlink, Eutelsat OneWeb, Amazon met Project Kuiper, en de Canadese operator Telesat met zijn geplande Lightspeed-constellatie. Voor geostationaire breedband zijn Viasat en Hughes Network Systems al langer actief. Gespecialiseerde bedrijven zoals AWS Ground Station en Kongsberg Satellite Services (KSAT) bouwen en verhuren gateway-infrastructuur aan diverse operators.
Op onderzoeksgebied is het Europese ruimtevaartagentschap ESA actief met het HydRON-programma voor optische feederlinks, en werkt het Duitse DLR aan optische grondstations. In de Verenigde Staten doet NASA vergelijkbaar onderzoek naar lasercommunicatie met de ruimte, al is dat primair gericht op ruimtevaartmissies en niet specifiek op commerciële feederlinks.
Op regelgevend vlak is de ITU (International Telecommunication Union), een gespecialiseerd orgaan van de Verenigde Naties, de partij die wereldwijd bepaalt welke frequentiebanden voor feederlinks gereserveerd zijn en die geschillen tussen landen en operators over spectrumgebruik beslecht.