Lange Zeit entwickelten sich Mobilfunk und Satellitenkommunikation technologisch weitgehend unabhängig voneinander, doch gibt es bereits praktische Ansätze für einen kombinierten erfolgreichen Einsatz. Erfahren Sie mehr über aktuell verfügbare Lösungen und jüngste Entwicklungen, mit denen auch Versorgungslücken der Mobilfunknetze mit Satellitenunterstützung geschlossen werden können.
Mobilfunk
In den Anfängen des digitalen Mobilfunks beschränkten sich die Anwendungen auf Sprachtelefonie und SMS. Mit Einführung der Mobilfunkstandards 3G, 4G und zuletzt 5G gingen beachtliche Leistungssteigerungen einher, die heute vielerorts höchste Datenübertragungsraten von über 100 Mbit/s mit geringer Latenz und damit Arbeiten auf Festnetz-Niveau ermöglichen.
Netzabdeckung
Während in urbanen Gebieten eine nahezu lückenlose Mobilfunkversorgung auch im Gebäudeinneren und selbst in der U-Bahn gegeben ist, weisen die Mobilfunknetze in ländlichen und entlegenen Gebieten noch immer erhebliche Lücken auf. Global betrachtet sind nur rund 10 % der Landfläche mit Mobilfunk versorgt. Mit regulatorischen Vorgaben und Förderprogrammen ist es gelungen, viele Funklöcher zu schließen oder deutlich zu schrumpfen. Für anspruchsvolle Anwendungen wie z. B. Notfallkommunikation bei Ausfall oder Überlastung des öffentlichen Mobilfunks, Notrufe bei Expeditionen, in der Hochseeschifffahrt oder die unterbrechungsfreie Ortung in Industrieanwendungen bleibt Mobilfunk allein aber keine Option.
Verfügbarkeit
Ein Mobilfunknetz ist auf intakte Basisstationen und Anbindungen ans Kernnetzwerk sowie Stromversorgung angewiesen. Die Flutkatastrophe im Ahrtal hat uns bitter vor Augen geführt, wie vulnerabel die Netzinfrastruktur im Katastrophenfall sein kann. Basisstationen konnten Stromausfälle mit Batteriepuffern meist nur für wenige Stunden überbrücken. Infrastrukturschäden wie unterbrochene Kabelanbindungen und überflutete Vermittlungsstellen führten zu großflächigen, mehrtägigen Netzausfällen. In der Not wurde improvisiert und mitunter auf CB-Funk und Amateurfunk zurückgegriffen.
Kapazität
Beim Ausfall eines Senders weichen Endgeräte in der betroffenen Mobilfunkzelle auf benachbarte Basisstationen aus, die infolge eines plötzlichen Nutzungsanstiegs oft überlastet werden. In der Folge können Wählverbindungen fehlschlagen oder Nachrichten verzögert übermittelt werden.
Satellitenkommunikation
In der Sprach- und Datenkommunikation blieb die Satellitenkommunikation bisher auf Spezialanwendungen beschränkt.
GEO und LEO
Satellitensysteme lassen sich in zwei Gruppen einteilen:
• Geostationär (GEO, Geostationary Earth Orbit)
Die zu dieser Gruppe gehörenden Satelliten bewegen sich auf einer geostationären Umlaufbahn in knapp 36.000 km Höhe über dem Äquator. Die große Entfernung ermöglicht eine Abdeckung ganzer Kontinente durch einen Satelliten, nur die Polarregionen können nicht erreicht werden. Gleichzeitig führt die Entfernung unvermeidlich zu einer Laufzeitverzögerung von mindestens einer halben Sekunde, die sich bei Sprachverbindungen unangenehm bemerkbar macht. Breitbandanwendungen sind nur sehr eingeschränkt möglich, da sich alle Nutzer des abgedeckten Gebiets die Kapazität eines Satelliten teilen müssen. Am Ende ihrer Lebensdauer werden diese Satelliten auf einen Friedhofsorbit gelenkt und verbleiben als Weltraumschrott im All.
• Niedrige Erdumlaufbahn (LEO, Low Earth Orbit)
Moderne Satellitennetze werden zunehmend mit Satelliten auf erdnahen Umlaufbahnen realisiert. Eine Flotte von hunderten bis tausenden Kleinsatelliten kreist in wenigen hundert Kilometern Höhe auf verschiedenen Umlaufbahnen über der Erde. Gegenüber GEO-Satelliten beträgt die Entfernung zur Erde also nur ca. ein Hundertstel. Nachdem die Signalstärke proportional zum Quadrat der Entfernung abnimmt, wird eine um Größenordnungen geringere Sendeleistung benötigt, um die gleiche Signalstärke beim Empfänger zu erzielen. Die hohe Dichte an Satelliten ermöglicht eine flächendeckende Versorgung und Kapazitätsreserven für eine echte Breitbandkommunikation. Der Start der LEO-Kleinsatelliten erfolgt üblicherweise in größeren Clustern, wodurch sich der Netzaufbau vergleichsweise kostengünstig gestaltet. Ausgediente oder defekte Satelliten nehmen Kurs auf die Erde und verglühen vollständig in der Atmosphäre.
Manche LEO-Satelliten kommunizieren zusätzlich untereinander per Laser, so dass das mobile Endgerät nicht zwingend mit dem gleichen Satelliten wie die Bodenstation kommunizieren muss. Somit können auch entlegene Gebiete ohne eigene Bodenstationen erschlossen werden und bei Ausfall einer Bodenstation nahtlos auf eine andere umgeschaltet werden.
Satelliten-Terminals
Verschiedene Anbieter wie Inmarsat oder Iridium bieten bereits seit den 1990er-Jahren fest installierte und portable Satellitenmodems für die Sprach- und Datenkommunikation an. Angesichts der hohen Endgeräte- und Nutzungspreise verwundert es aber wenig, dass sich die Nutzung bis heute auf Spezialanwendungen wie Luft- und Seefahrt, Forschung sowie Katastrophenkommunikation beschränkt.
Große Pläne verfolgt das Unternehmen SpaceX mit seinem Starlink-Netzwerk, das inzwischen 5.000 LEO-Satelliten umfasst und auf 30.000 Stück ausgebaut werden soll. Über zwei Millionen Kunden in zahlreichen Ländern nutzen inzwischen den stationären Breitbanddienst, der mit einer motorgesteuerten 60-cm-Flachantenne eine Datenübertragungsrate und Latenz auf VDSL-Niveau bietet. In Deutschland wird der Dienst seit 2021 vermarktet und ist aktuell für einmalig 450 € und monatlich 50 € inklusive Flatrate erhältlich. Mobile Nutzung auf Fahrzeugen oder Schiffen ist mit höherwertiger Hardware und teureren Tarifen möglich, die um Datenpakete mit priorisiertem Übertragungsvolumen ergänzt werden können. Weitere bedeutende Mitspieler im Marktsegment sind Amazon mit dem Kuiper-Projekt und der britische Anbieter OneWeb sowie das chinesische Technologieunternehmen Huawei, das unlängst in Tests einen Geschwindigkeitsrekord von 660 Mbit/s verzeichnen konnte.
Neben der Nutzung als primärer Internet-Zugang kommt eine Satellitenverbindung auch als Backup-Leitung oder Parallelverbindung im Rahmen einer SD-WAN-Strategie in Betracht, um hohe Bandbreiten und maximale Verfügbarkeit durch Medienredundanz zu moderaten Preisen zu erzielen.
Satellitentelefone
Der Blick auf satellitenfähige Mobiltelefone gleicht einer Zeitreise zum Beginn des aktuellen Jahrtausends vor der Einführung von Smartphones. Die wenigen verfügbaren Gerätetypen sind überwiegend unhandlich und schwer, die Funktionen auf Sprachtelefonie und SMS beschränkt. Für abgehende Sprachverbindungen und Datenübertragungen wird ein Vielfaches der üblichen Mobilfunkpreise berechnet, Flatrates hierzu gibt es nicht. Erreichbar sind die Satellitentelefone über spezielle Netzvorwahlen zu Minutenpreisen von mehreren Euro für den Anrufer.
Auf dem Markt gibt es verschiedene Produkte, um moderne Smartphones mit Satellitennetzwerken zu verbinden. Der Netzbetreiber Thuraya bietet beispielsweise mit dem SatSleeve eine Empfangseinheit in Gestalt einer überdimensionalen Schutzhülle, in die das Smartphone eingelegt und per WLAN gekoppelt wird. Neben mobiler Datenübertragung mit ca. 60 kbit/s steht damit Sprachtelefonie über eine spezielle iOS- bzw. Android-App zur Verfügung. Der Motorola Defy Satellite Link ähnelt optisch einem Pager und erlaubt nach Bluetooth-Kopplung das Senden und Empfangen von Kurznachrichten mit dem Smartphone.
iPhone sendet SOS via Satelliten
Der Hersteller Apple hat 2022 mit dem iPhone 14 eine SOS-Funktion eingeführt, die in einem Notfall ohne verfügbaren Mobilfunkempfang eine kurze Textnachricht mit der aktuellen Position über das Globalstar-Satellitennetzwerk an die Rettungsdienste übermittelt. Dieses Feature beweist die grundsätzliche Möglichkeit, Satellitenkommunikation direkt in gebräuchliche Smartphones zu integrieren und könnte im Ernstfall sehr hilfreich sein; eine Lösung für Funklöcher im Alltag ist es indes nicht.
Fliegende Basisstationen
Das 3GPP (3rd Generation Partnership Project) – eine internationale Kooperation von Standardisierungsgremien im Mobilfunk – hat unter dem Stichwort „Non-Terrestrial Networks“ (NTN) die Integration von Satellitenkommunikation in den 5G-Mobilfunkstandard spezifiziert.
Unlängst wurden durch das von Elon Musk geführte Raumfahrt- und Telekommunikationsunternehmen SpaceX sechs neuartige LEO-Satelliten gestartet, die mit ihrer Direct-to-Cell-Funktion auf regulären Mobilfunkfrequenzen als fliegende Basisstationen mit Mobiltelefonen kommunizieren. In gemeinsamen Tests mit dem amerikanischen Netzbetreiber T-Mobile ist das Senden und Empfangen von Textnachrichten mit einem handelsüblichen Smartphone bereits gelungen. Ab 2025 könnten nach aktueller Planung SMS und ausgewählte Messaging-Dienste in den USA via Satelliten verfügbar sein. Durch die Verdichtung des Satellitennetzwerks soll dabei die Netzkapazität gesteigert werden, um auch Sprachtelefonie und eine weltweite Markteinführung mit internationalen Partnern zu ermöglichen.
Das amerikanische Unternehmen AST SpaceMobile hat den Testsatelliten BlueWalker 3 gestartet, dessen Flachantenne mit 64 qm Fläche die größte aller kommerziellen Kommunikationssatelliten darstellt. Mit einem normalen Samsung Galaxy S22-Smartphone ist im US Bundesstaat Texas eine Vollduplex-Sprachverbindung (Senden und Empfangen) auf den Frequenzen des Netzbetreibers AT&T erfolgreich aufgebaut worden.
Die Satelliten werden die terrestrische Netzinfrastruktur zwar nicht ersetzen, jedoch könnte es damit gelingen, in bisher nicht abgedeckten Gebieten eine solide Basisversorgung mit Mobilfunk anzubieten – einzig freie Sicht auf den Himmel muss hierzu gegeben sein.
Technisch gestalten sich die Vorhaben überaus komplex: Da sich die einzelnen LEO-Satelliten mit mehr als 25.000 km/h bewegen, müssen die Satellitenantennen sehr schnell und präzise auf die Mobiltelefone ausgerichtet werden, um das stark gedämpfte Signal aus mehreren hundert Kilometern Entfernung aufzunehmen. Gleichzeitig muss in kurzen Abständen die nahtlose Übergabe (Handover) von einem zum nächsten Satelliten sichergestellt sein, da letztere jeweils nur für wenige Minuten im Sichtfeld des Nutzers verbleiben. Moderne Phased-Array-Flachantennen ermöglichen die elektronische Strahlsteuerung ohne bewegliche Teile. Die erforderlichen Hochfrequenzkomponenten sind kostspielig, jedoch fallen die Preise mit den nun steigenden Stückzahlen.
Abhängigkeit von ausländischen Unternehmen
Die meisten Satellitennetzwerke werden von Telekommunikationskonzernen außerhalb Europas betrieben. In der aktuellen weltpolitischen Lage ist es dringend geboten, Abhängigkeiten zu minimieren und kritische Infrastrukturen selbst vorzuhalten. Das europäische Parlament hat beschlossen, in einer 2,4 Mrd. Euro schweren Public-Private-Partnership zwischen der EU, der europäischen Raumfahrtagentur ESA sowie europäischen Unternehmen bis 2027 ein eigenes Netzwerk aus 170 LEO-Satelliten aufzubauen. Das Programm hört auf den Namen IRIS2, ein Akronym für „Infrastruktur für Resilienz, Interkonnektivität und Sicherheit durch Satelliten“. Vorwiegend sollte es EU-Regierungen, Betreibern kritischer Infrastrukturen sowie Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben eine performante Kommunikationsplattform liefern, die auch im Krisenfall flächendeckend zur Verfügung steht.
Abb.: Funktechnologien im Vergleich
Hermann Bauer
Lead Consultant
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Lange Zeit entwickelten sich Mobilfunk und Satellitenkommunikation technologisch weitgehend unabhängig voneinander, doch gibt es bereits praktische Ansätze für einen kombinierten erfolgreichen Einsatz. Erfahren Sie mehr über aktuell verfügbare Lösungen und jüngste Entwicklungen, mit denen auch Versorgungslücken der Mobilfunknetze mit Satellitenunterstützung geschlossen werden können.
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Welche Collaboration-Tools bieten sich an, wenn Teams ihre Aktivitäten in einer einzigen, synchronisierten Arbeitsumgebung zusammenführen und vereinheitlichen wollen? Dieser Frage gehen wir in unserer Reihe "Collaboration Tools" nach und stellen heute die Lösung von Mitel vor: „MiTeam“.
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Am 26.07.2018 hat sich der Bundesgerichtshof BGH mit der Frage der Haftung für offene WLAN-Hotspots befasst. Bis zu der BGH-Entscheidung Az. I ZR 64/17 war in Deutschland strittig, ob das seit 2017 geltende nationale Telemediengesetz überhaupt wirksam ist.
Zurzeit verändert sich die Nutzung von Wide-Area-Kommunikationsnetzen WAN grundlegend. Es stehen verschiedenste Medien wie MPLS, Ethernet, DSL und LTE zur Verfügung, und immer mehr Dienste wie z. B. Microsoft Office 365 werden aus der Cloud angeboten. Heute werden in der Regel …