HAPS: Leistungsstarkes, weltweites 5G-Netz nur mit Satelliten
Ein leistungsstarkes, weltweites 5G-Netz ist nur mit Satelliten(öffnet im neuen Fenster) möglich. Das sagte Marius Corici, stellvertretender Leiter des Geschäftsbereichs Software-based Networks am Fraunhofer-Institut FOKUS (Offene Kommunikationssysteme), im Gespräch mit Golem.de. "Eine Verbindung von terrestrischen 5G-Netzen mit einem Kommunikationsnetz über das All bietet viele Vorteile. Es kann Gebiete mit keiner oder schlechter Mobilfunkabdeckung versorgen, für die eine Glasfaseranbindung zu teuer oder nicht möglich ist, wie in ländlichen Regionen, auf einer Bohrinsel oder auf dem weiten Ozean."
So könne man bei einem überlasteten Netz, zum Beispiel bei Großveranstaltungen, temporär aushelfen und auch in Situationen, in denen ein besonders zuverlässiges Netz verlangt werde, wie etwa im Katastrophenfall. Nur aus dem All sei es außerdem für internationale IT-Hersteller möglich, ein Update für Hardware weltweit über ein einzelnes Netz auszuspielen, da terrestrische Netze länderspezifisch unterschiedliche Frequenzen nutzten.
Auch die Schifffahrts- und Luftfahrtindustrie profitiere von solch einem Netz. "Möglich sind dadurch etwa Videostreaming in Flugzeugen und die Fernwartung von Containerschiffen. Denn das Kombinetz ermöglicht weltweit eine zuverlässige, deterministische Kommunikation. So ist derzeit über LEO-(Low Earth Orbiter)-Satelliten ein Datenaustausch mit einer Latenz von unter 40 ms erreichbar" , erklärte Corici.
Die Kommunikation über ein Non-Terrestrial Network könne dabei durch unterschiedliche Flugkörper in verschiedenen Höhen unterstützt werden: In Bodennähe sei der Einsatz von Drohnen mit entsprechender Kommunikationsinfrastruktur möglich, in 500 km bis 1.500 km Höhe seien LEO-Satelliten im Einsatz.
Als neueste Entwicklung gibt es HAPS (High Altitude Platform Stations), die sich in der Stratosphäre in circa 15 bis 20 Kilometer von der Erde entfernt befinden und nicht wie die Satelliten um die Erde kreisen. Allerdings benötigen die HAPS Energie, um an einer Stelle zu bleiben. Daher müssen sie für Wartungsarbeiten immer wieder auf die Erde gebracht werden.
Mobiles 5G-Campusnetz gegen Waldbrände in Brandenburg
Das Fraunhofer-Institut testet mit Partnern im Projekt ALADIN (Advanced Low Altitude Data Information System) ein temporäres, mobiles 5G-Campusnetz für die Waldbrandbekämpfung in Brandenburg. So könnten Drohnen-Videos des Einsatzortes direkt in Echtzeit über Satellit bis ins Lagezentrum in eine weiter entfernte Stadt übermittelt werden, sagte Corici. "Doch bis die Integration der beiden Netze nahtlos erfolgt, müssen noch einige technischen Herausforderungen gemeistert werden."
Lässt sich 5G-Wellenform über Satellit übertragen?
"Zum einen muss technisch bewiesen sein, dass die 5G-Wellenform über Satellit übertragen werden kann" , sagte Corici. "Hierzu laufen bereits erste Untersuchungen. Die Herausforderung besteht auch darin, dass ein LEO-Satellit abhängig von der Umlaufbahn manchmal weniger als 30 Minuten von einem Punkt auf der Erde sichtbar ist. Daher müssen die zeitliche Übergabe von Kommunikationspaketen genau geplant und Systemverzögerungen berücksichtigt werden."
Interoperabilität von Satellitensystemen erforderlich
Neben der grundsätzlichen Integrationsarbeit der beiden Netze müsse auch neueste Satellitentechnologie eingebunden werden. Beispielsweise werde an der Interoperabilität von Satellitensystemen gearbeitet.
Über Inter-Satellite-Links, kurz ISL, versenden Satelliten bidirektional Informationen untereinander. Aktuell gelinge dies nur mit Satelliten der gleichen Umlaufbahn, also nur zwischen LEO-, MEO- oder GEO-Satelliten, sagte der Wissenschaftler. "In Zukunft sollen diese Verbindungen auch über verschiedene Satellitensysteme in sogenannten Multi-Satelliten-Systemen funktionieren. Dies hat zur Folge, dass das sogenannte 3D-Kommunikationsnetz um neue Lösungen für die Verwaltung und Weiterleitung von Verbindungen zwischen den Umlaufbahnen ergänzt werden muss."
Um die Integration und neue Funktionalitäten zu erproben, ist Fraunhofer FOKUS mit seiner Testumgebung 5G Playground ein Bestandteil des europaweiten 5G-Satellitentestfelds SATis5 der Europäischen Weltraumorganisation Esa. Das Fraunhofer-Institut entwickelt dafür sein Software-basiertes Kernnetz Open5GCore weiter. Ergänzend nutzt es seine Management-Plattform Nemi für den Edge-basierten Datenaustausch und -analyse.
So könne in der 5G-Satellitenkommunikation zum Beispiel festgelegt werden, wie viele Daten transportiert und welche Echtzeitfähigkeit gewährleistet werden könne. Dies sei auch eine wichtige Basis, um Machine Learning in das Kommunikationsnetz einzubinden. Perspektivisch ermögliche dies, dass das softwarebasierte Netz Kapazitäten und Funktionen autonom entsprechend des Anwendungsfalles anpassen könne.
Es dauert noch fünf Jahre
Es wird davon ausgegangen, dass ein 5G-Netz mit Satellitenintegration in den nächsten fünf bis zehn Jahren Marktreife erlangenund die Anforderungen des globalen Kommunikationsmarktes erfüllen wird. "Die Konvergenz wird außerdem durch die 6G-Forschung, zum Beispiel im Projekt Open6GHub, weiter vorangetrieben. Dort nimmt die Satellitenkommunikation einen wichtigen Platz ein, um vielfältige Optionen für eine hocheffiziente Kommunikation für sowohl nomadische als auch stationäre Netze sowie für über verschiedene Standorte verteilte Campusnetze zu ermöglichen" , sagte Corici.
5G-Satellitenkommunikation biete große Vorteile: "Sie ist überall verfügbar, verbraucht wenig Energie, verursacht weniger Jitter und gewährleistet deterministische Kommunikationsprotokolle" , betonte er.
Das 5G-Satellitennetz ist aber auch nicht mehr ganz so fern: 5G-Daten aus dem Mobilfunknetz wurden im Juni bereits per Satellit in Echtzeit zwischen Japan und Europa übertragen. In dieser Woche kündigten Ericsson, der französische Rüstungskonzern Thales und der US-Chipentwickler Qualcomm an, ein Netz von 5G-Satelliten in die Erdumlaufbahn zu bringen .