Leistungsfähige Kommunikationsnetze stellen das Rückgrat der Digitalisierung dar, welche Deutschland, Europa und die Welt in die Zukunft bringen soll. Zukünftige Technologien wie autonom agierende Fahrzeuge, aber auch die heute schon stattfindende Vernetzung im Internet der Dinge (IoT) benötigen eine zuverlässig verfügbare Datenverbindung - am besten immer und überall. Doch die Erneuerung der alten Festnetzinfrastruktur und der Ausbau der Mobilfunknetze mit 5G schreiten langsamer voran, als notwendig und wünschenswert ist.
Immer mehr Nutzer - ob Mensch oder Maschine - greifen auf das Internet zu, um Daten auszutauschen, und bringen die Netze damit schon heute an ihre Kapazitätsgrenzen. Der Bedarf wird in Zukunft noch weiter steigen: intelligente Energienetze kommunizieren dann mit Haushaltsgeräten, um Nachfrage und Bedarf zu regulieren, der öffentliche Nahverkehr wird im optimal abgestimmten Takt fahren, weil Busse und Bahnen stets mit der Leitzentrale, der Verkehrsinfrastruktur und anderen Verkehrsteilnehmern im Austausch stehen. Was früher wie Science-Fiction klang, wird in naher Zukunft realisierbar sein.
Gemeinsam müssen sich alle Beteiligten der Digitalisierung überlegen, wie die Netzte in Zukunft aussehen müssen, um diesem Bedarf gerecht zu werden. Doch auch der Weg dorthin ist keinesfalls eindeutig. Welche Technologien können welchen Beitrag leisten, um Mensch und Maschine heute und in Zukunft miteinander zu verbinden? Welche Technologien müssen entwickelt oder verbessert werden, um schnell und nachhaltig das Ziel der vernetzten Gesellschaft zu erreichen? Bei diesen Überlegungen ist aber eines klar: Kommunikationssatelliten werden aus den Netzen der Zukunft nicht wegzudenken sein.
Verbindungen überall übers All
Sowohl im Festnetz als auch im Mobilfunk spielen Satelliten eine wachsende Rolle. Sie sind ein zunehmend wichtiger Baustein, um die Sicherheit, Resilienz und Flexibilität von Kommunikationsnetzen zu erhöhen. Satelliten haben in den letzten Jahren an Leistungsfähigkeit und Flexibilität gewonnen, während die Kosten für Start und Betrieb reduziert werden konnten. Gerade im sich schnell ändernden Mobilfunkbereich wird diese Technologie daher zunehmend eingesetzt.
Satelliten als Teil des Netzes sind Voraussetzung für viele Nutzungsszenarien in 5G und 6G. Zum Beispiel sorgen Satelliten für Verbindungen bis in die entlegensten Gebiete der Erde, und sie bieten eine redundante Kommunikationsinfrastruktur im Katastrophenfall. So ist eine zentrale Einsatzmöglichkeiten für Satelliten im Mobilfunk die Anbindung von abgelegenen Funkzellen an das Kernnetz, der sogenannte Backhaul.
Satelliten können aber auch genutzt werden, um private Mobilfunkzellen, sogenannte Campus-Netze, zu einem großen Netz zu verbinden. Dies ist besonders für Firmen mit global verteilten Standorten wichtig, um diese sicher und einfach an das zentrale Firmennetzwerk anzukoppeln. Künftig sollen sich auch handelsüblich 5G-fähige Endgeräte, wie Smartphones und Tablets, direkt mit Funkzellen aus dem All verbinden. Niedrigfliegende Satelliten in wenigen hundert Kilometern Höhe dienen dann als "Funkmasten". Sie ergänzen den terrestrischen Mobilfunk überall dort, wo es weiße Flecken gibt. Zunächst sollen Textnachrichten, später auch Telefonate möglich werden.
Satellitenkommunikation wächst mit Mobilfunk und Festnetz zusammen
Um diese und weitere Nutzungsszenarien Realität werden zu lassen, unterstütz die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR im Rahmen der Beiträge zur Europäischen Weltraumorganisation ESA verschiedene Forschungsansätze, wie die Projekte ALIX, SATis5 und 5G-METEORS.
SATis5-Testdurchlauf
Im Projekt SATis5 haben sechs Forschungsinstitute und Firmen aus Deutschland ein Testbed aufgebaut, das mit verschiedenen Anwendungen des Satelliten-Backhaul experimentiert. Am 15. und 16. November 2019 fand ein Testdurchlauf mit fünf LTE-Sensoren am Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme in Berlin statt.
Das Projekt ALIX hat zum Ziel, den Standardisierungsprozess von 5G und 6G mit der Expertise der Raumfahrt mitzugestalten. Aus Deutschland sind das Fraunhofer-Institut für integrierte Schaltungen (IIS) in Erlangen und das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) in Berlin beteiligt. Das ALIX-Konsortium erarbeitet zusammen mit verschiedenen im Mobilfunk aktiven Firmen den Standard, der festlegt, wie die bisher getrennten Welten von Mobil- und Satellitenfunk zusammenwachsen werden.
Erste Anwendungen von Satelliten im Mobilfunk werden im Projekt SATis5 getestet. Dabei haben sechs Forschungsinstitute und Firmen aus Deutschland eine Infrastruktur aufgebaut, die das Einbinden von abgelegenen Funkzellen an das Kernnetz ermöglicht. In diesem Testbed wird mit verschiedenen Anwendungen des Satelliten-Backhaul experimentiert. Unter anderem werden die Übertragung von Live-Fernsehaufnahmen via 5G und die Anbindung eines mobilen 5G-Funkmastes untersucht.
5G-METEORS ist die erste High-Tech-Werkstatt (Makerspace) mit Fokus auf 5G-Satelliten-Integration. Viele kleine Entwicklungen sollen hier das Zusammenwachsen von Satelliten- und Mobilfunk voranbringen. Im Rahmen dieses Projekts wurde weltweit das erste Mal die 5G-Funkzugangstechnologie NewRadio über einen Satelliten im geostationären Orbit (GEO) getestet. Ein weiteres Thema ist die Anbindung von Internet-of-Things-Geräten über Satelliten.
Satelliten flankieren den Glasfaserausbau
Das Glasfaserkabel als Goldstandard des Festnetzes muss und soll schnellstmöglich in allen deutschen Haushalten verfügbar gemacht werden. Doch der Ausbau lahmt - nicht zuletzt wegen mangelnder Tiefbaukapazitäten. Zusätzlich wird der Glasfaserausbau voraussichtlich nicht in allen Gegenden wirtschaftlich lukrativ sein. Dennoch sollte allen Bürgerinnen und Bürgern möglichst schnell ein Internetzugang mit hoher Datenrate zur Verfügung stehen. Daher müssen alternative Technologien genutzt werden, um die Zeit bis zum erfolgten Glasfaserausbau zu überbrücken. Hier können Kommunikationssatelliten helfen.
Satelliten im geostationären Orbit und neuerdings auch im niedrigen Erdorbit (LEO) stellen schnelle und leistungsfähige Internetzugänge überall in Deutschland bereit. Diese können genutzt werden, um innerhalb kürzester Zeit Anschlüsse mit bis zu 150 Mbit/s im Download zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise können auch Haushalte in den weißen und grauen Flecken des Festnetzes bereits heute an der digitalen Gesellschaft teilhaben.
Das Projekt DORF.digital demonstriert speziell den Beitrag, den GEO-Satelliten in diesem Kontext leisten können. Über die Laufzeit von einem Jahr testen die Bewohnerinnen und Bewohner des Ortes Gruissem in Nordrhein-Westphalen kostenlos den Weltraum-Internetzugang. Dieser wird ihnen über ein zentrales WLAN-Netz zur Verfügung gestellt.
