Satelliten Megakonstellationen und 5G Mobilfunk – Unsere Zukunft?

von Mathias Diwo  // 16 Oktober, 2022

Während sich die Welt allmählich auf die Leistung von 5G einlässt, richten die Netzbetreiber ihren Fokus auf die nächste Welle der drahtlosen Vernetzungs-Satelliten. Die Satellitenkommunikation hat seit ihrer Einführung vor mehr als sechs Jahrzehnten einen langen Weg zurückgelegt.

Von der reinen Bereitstellung von Rundfunk- (TV und Radio) und Wettervorhersagediensten hin zu einem umfassenderen Kommunikationssystem, das sich auf Mobilfunk-, Sprach- und Fernerkundungsdienste erstreckt.

Die Kapazität von Unterwasser-Glasfaserkabeln übertraf schon vor langer Zeit das, was Satelliten bieten konnten, so dass sie als Backhaul-Unterstützung für Kernnetzwerke mit höherer Geschwindigkeit eingesetzt wurden.

Satellitensysteme sind relevant, da mehrere traditionelle Unternehmen und Technologieriesen wie Amazon, SpaceX, OneWeb und Facebook Satelliten Megakonstellationen im niedrigen Erdorbit (LEO) errichten, um Breitband-Internetdienste zu übertragen.

Satelliten-Megakonstellationen

Diese neue Generation von Netzwerken basiert auf Satelliten Megakonstellationen, die aus tausenden von massenproduzierten Kleinsatelliten bestehen, von denen einige in Kombination mit Sende- und Empfangsstationen am Boden arbeiten.

Ähnlich wie die Satelliten Megakonstellationen, aus der das Global Positioning System (GPS) besteht, werden die Satelliten dieser neuen Megakonstellationen die Erde auf bestimmten Ebenen, den Orbitalschalen, umkreisen.

Dies ermöglicht es, viele Tausende von ihnen gleichzeitig auf verschiedenen Orbitalschalen zu platzieren und in mehreren Konstellationen zu konfigurieren. Die Satelliten werden Daten zur und von der Erde im Ku-Band (12-18 GHz) und Ka-Band (26-40 GHz) des Funkfrequenzspektrums senden und empfangen, das zum Teil bereits für die Übertragung von Satellitenfernsehen genutzt wird.

Dabei handelt es sich um Millimeterwellenbänder, die Informationen mit extrem hohen Geschwindigkeiten übertragen. Die Satelliten werden auch optische Inter-Satelliten-Verbindungen nutzen, die auf Lasertechnologie basieren und Daten mit Lichtgeschwindigkeit zueinander und um die Erde herum senden, um jeden Ort auf der Erde nahezu in Echtzeit zu erreichen.

Mit dem Ziel, die digitale Kluft auf der Welt zu überbrücken und Hochgeschwindigkeits-Breitbanddienste für jeden, überall auf der Erde, zur Verfügung zu stellen, konkurrieren derzeit mehrere große und gut ausgestattete Unternehmen um den Bau ihrer Satelliten Megakonstellationen. Die wichtigsten davon sind OneWeb, SpaceX und Amazon.

Die Rolle der Satelliten für 5G in drahtlosen Netzwerksystemen

Es wird erwartet, dass Satelliten Megakonstellationen eine wichtige Rolle in 5G und darüber hinaus in drahtlosen Netzwerksystemen spielen werden. Die Vision von 5G wird getrieben von den erhöhten Datenraten und der Verbindungsdichte, der deutlich reduzierten Netzwerklatenz und der optimierten Netzwerkeffizienz.

Es gibt jedoch mehrere Anwendungsfälle, in denen eine standardmäßige terrestrische Abdeckung entweder nicht vorhanden oder nicht möglich ist, wodurch Satellitensysteme einzigartig positioniert sind, um eine Lösung zur Überbrückung dieser Lücke zu bieten.

Die Satellitenkommunikation wird in 5G und darüber hinaus eine wichtige Rolle spielen, da sie eine ergänzende Lösung für die flächendeckende Versorgung, die Bereitstellung von Rundfunk/Multicast, die Kommunikation in der Luft- und Seefahrt, die Notfall-/Katastrophenhilfe und die Versorgung abgelegener ländlicher Gebiete darstellt.

In den letzten Jahren gab es auch einige Fortschritte bei Satellitensystemen und Netzwerken, die eine bessere Effizienz, Zuverlässigkeit, höhere Datenraten und neue Anwendungen ermöglichen. Bis 2025 wird es mehr als 100 High Throughput Satellite (HTS) Systeme geben, die geostationäre (GEO) Orbits nutzen. Aber auch Mega-Konstellationen von Low Earth Orbit (LEO) Satelliten, die ein Terabit pro Sekunde (Tbps) an Kapazität über die ganze Welt liefern.

Die neuen Systeme werden eine mehrschichtige Antennenkomponente mit LEOs, HAPs, UAVs und Drohnen umfassen. Neue kosteneffektive Systemarchitekturen wie Cubesat- und Starlink-Systeme sollten in Betracht gezogen werden.

Einige der Standardisierungsorganisationen wie 3GPP (Release 16 und jetzt Release 17) haben an diesen Non-Terrestrial Networks (NTN) gearbeitet. 5G und Beyond 5G Satellitensysteme müssen die KPIs in Bezug auf Spitzendatenraten, spektrale Effizienz, Verbindungsdichte, e2e Latenz, Delay Jitter und Mobilität erfüllen.

Größeres Umsatzpotenzial in Unternehmensmärkten als in Verbrauchermärkten

Wenn es bei 5G um rasante Geschwindigkeiten und hohe Leistung geht, dann geht es bei der Satelliten-Internetverbindung darum, ein vergleichbares Erlebnis für ein breiteres Publikum zu bieten. Trotz der Fortschritte bei der Vernetzung der Welt, hat laut der International Telecommunications Union (ITU) Ende 2019 nur etwas mehr als die Hälfte (53 %) der Weltbevölkerung Zugang zum Internet.

Dies verschlechtert sich noch, wenn man die Entwicklungsländer und die am wenigsten entwickelten Länder einzeln betrachtet und liegt bei 45 % bzw. mageren 20,3 %. Während dies ein erhebliches Umsatzpotenzial für Satellitenbetreiber darstellt, um die unverbundenen und unterversorgten Gebiete in weniger entwickelten Ländern und abgelegenen Regionen zu verbinden, wird es wahrscheinlich nur sehr wenige Abnehmer haben.

Selbst mit dem Versprechen von schnellerem Internet, ist die Breitbandverbindung über Satellit in ihrer jetzigen Form für den Direktvertrieb zu teuer. Dies wird durch Starlinks kürzlich durchgeführte Beta-Tests von Satelliteninternet in den ländlichen und abgelegenen Gebieten Kanadas belegt.

Allein die Ausrüstung für Starlinks Service kostet ca. 500 €, dazu muss der Nutzer ca. 100 € pro Monat für den Breitbanddienst bezahlen. Dies wird sicherlich viele Kunden in weniger entwickelten Ländern abschrecken.

Um solche Märkte zu bedienen, müssten die Satellitenbetreiber die Preise für ihre Angebote senken, was passieren könnte, wenn mehr Wettbewerber ins Spiel kommen.

Aus Sicht der Satellitenbetreiber ist eine breitere Abonnentenbasis der Schlüssel, um den Break-Even-Punkt zu erreichen und das Angebot letztendlich profitabel zu machen. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, wäre die Entwicklung einer Vielzahl von Angeboten für den Unternehmensmarkt.

Dies ist einfacher für Unternehmen mit weiteren Web-Angeboten, die Satelliten-Breitband anbieten, die ihre Cloud– und andere Dienste durch die Nutzung der Satellitentechnologie für Cross-Selling anbieten können. Amazon erforscht dies bereits in großem Stil, indem es ein Netzwerk von sechs Bodenstationen (genannt AWS Ground Station) aufbaut, die es Nutzern ermöglichen, sich mit Satelliten zu verbinden.

IoT ist ein weiteres wichtiges Marktsegment, in dem LEO-Satelliten die Möglichkeit bieten, sich mit einem Netzwerk von Objekten und Geräten in intelligenten Fabriken und Lieferketten zu verbinden.

Andere Märkte, auf die alle Satellitenanbieter abzielen können, sind die Logistik- und Transportindustrie, Fernwartung und Regierungsprojekte, die eine entfernte und dedizierte Konnektivität erfordern.

Entwicklung der 5G Dienste

Ungeachtet der Bedenken, die geäußert wurden, werden Satelliten Megakonstellationen, die Hochgeschwindigkeits-Breitbanddienste aus dem Weltraum an jeden Ort der Erde liefern, zur Realität. Mit mehreren kapitalkräftigen Technologieunternehmen, die diese Projekte verfolgen und sich von der Planungs- in die Errichtungsphase begeben, werden die Dienste bald verfügbar sein.

Zu Beginn werden sich die Betreiber vor allem auf den B2B-Markt konzentrieren, während der B2C-Markt erst zu einem späteren Zeitpunkt ins Spiel kommt, wenn die Konstellationen an Größe und Netzwerkkapazität zunehmen.

Satellitennetzwerke werden sich wahrscheinlich von der Untermauerung der 5G-Netzwerke mit globalen Backhaul-Diensten zu deren Dominanz entwickeln oder sie sogar ersetzen, zumindest für einige Anwendungen.

5G-Netze werden weiterhin von den Mobilfunkbetreibern aufgebaut und auch noch einige Zeit bleiben. Der Zeitrahmen dafür wird wahrscheinlich ein oder zwei Jahrzehnte betragen. Die durchschnittliche Lebensdauer der vorherigen Generationen von Mobilfunknetzen lag bei etwa 10 Jahren.

Am wichtigsten ist jedoch, dass die Fähigkeit dieser Satelliten Megakonstellationen, unterversorgte Gebiete mit Hochgeschwindigkeits-Breitband zu versorgen, das Leben von Milliarden von Menschen verändern wird, indem sie ihnen die Möglichkeit bieten sich mit der Welt zu verbinden.

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Über den Autor

Mathias Diwo

Mathias schreibt über transformative Digital- und Technologietrends, der Digitalisierung und der digitalen Transformation. Die Entwicklungen der Megatrends: von Cloud bis KI, von AR/VR bis 5G, den digitalen Arbeitsplatz, Management, Leadership und die Zukunft der Arbeit. Lade ihn ein, bei deiner nächsten Veranstaltung zu sprechen.

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