Satellitenintegration in 5G

Das Zusammenwachsen terrestrischer und satellitenbasierte Netze erhält durch 5G gerade einen deutlichen Schub nach vorne. Unter dem Stichwort »Non-Terrestrial Networks (NTN)« wird erstmals die Integration von Satelliten bereits bei der Standardisierung eines neuen Mobilfunkstandards konsequent mitberücksichtigt. Davon profitieren beide Seiten: Während terrestrische Mobilfunknetze durch die Unterstützung von Satelliten jegliche Einschränkungen in der Reichweite überwinden, bietet sich für die Satellitenindustrie die Chance, das Angebot an Services weit über die Versorgung mit Satellitenfernsehen und -internet hinaus auszuweiten.

Der klassische Weg führt über den Einsatz von Satelliten zur Vernetzung von Mobilfunkbasisstationen am Boden (Backhaul). Durch Satelliten-Backhaul werden Basisstationen in entlegenen Gebieten gegebenenfalls auch ohne weitere Infrastruktur ans Mobilfunknetz angebunden. Die Satelliten dienen so als Verbindungspunkte zwischen den Mobilfunkbasisstationen am Boden, spannen ein weltweites Kommunikationsnetz auf und können damit einen wesentlichen Beitrag zu einem schnellen Roll-out weltweit verfügbarer 5G-Konnektivität leisten. Diese Art der Vernetzung ist bereits etabliert, setzt aber immer voraus, dass sowohl die Satelliten als auch die Endgeräte der Nutzer eine stabile Verbindung zu einer Mobilfunkbasisstation haben.

Neue Wege der Vernetzung – 5G Direct Access über Satellit

Am Fraunhofer IIS gehen wir einen Schritt weiter und widmen uns gezielt der Entwicklung von Technologien für eine direkte Kommunikation zwischen Satelliten und Endgeräten, um terrestrische und satellitenbasierte Kommunikationssysteme zusammenzuführen.

Diese neueren Konzepte zur Integration von Satelliten in die terrestrische 5G-Infrastruktur basieren auf einer unmittelbaren Konnektivität zwischen Satelliten und 5G-fähigem User Equipment (UE). Entsprechende Endgeräte haben dann jederzeit satellitenbasierten Zugriff auf das 5G-Netz – selbst dann, wenn gerade keine Basisstation in der Nähe ist. Smartphones oder Fahrzeuge sind so zukünftig in der Lage, die Verbindung je nach Empfangslage über eine Mobilfunkbasisstation oder direkt über Satellit aufzubauen. Es sind auch Netzarchitekturen möglich, in denen der Satellit selbst, entweder vollständig oder teilweise, als Basisstation (gNB) dient.

Warum 5G Direct Satellite Access?

Für einige Anwendungen bietet eine direkte Verbindung zwischen Satelliten und Empfangsgeräten besondere Vorteile:

Weltweite
Konnektivität

Empfang überall für festinstallierte VSAT-Modems oder mobile User und IoT-Devices – auch in den entlegensten Regionen der Welt.

Nahtloser Empfang bei mobilen Anwendungen

Zuverlässige Übermittlung von Updates und Warnmeldungen an Fahrzeuge oder durchgängig mögliche Übertragung von IoT-Sensordaten.

Effiziente Broadcast-Funktion

Entlastung der terrestrischen Infrastruktur (Data-Offloading) durch Übertragung von Medieninhalten und Software-Updates per Satellit an viele mobile Endgeräte gleichzeitig.

Icon mit LEO-Satelliten-Konstellation
© Fraunhofer IIS

 

Gerade im Zusammenspiel mit aktuell neu gestarteten oder geplanten LEO-Konstellationen verschiedener Satellitenbetreiber, bestehend aus einer großen Anzahl kleinerer Satelliten in niedriger Umlaufbahn (LEO = Low Earth Orbit), bietet die Integration von Satelliten in das 5G-Netz große Chancen für eine zuverlässige und globale Mobilfunkabdeckung ohne weiße Flecken.

So treiben wir die Satellitenintegration in 5G voran

Technologieentwicklung und Beratung

 

 

Wir entwickeln und erproben neueste Ansätze zur Integration terrestrischer und satellitenbasierten Kommunikation. Auf dieser Basis beraten wir Sie gerne zu allen Fragen rund um die Themen Satellitenkommunikation und 5G.

Unser Angebot umfasst dabei Beratungsleistungen mit Bezug zur 5G-Standardisierung genauso wie Machbarkeitsstudien und die Entwicklung systemspezifischer Integrationskonzepte.

Simulation
und Analyse

 

 

Erfahren Sie, wie Ihr Satellitensystem von 5G NR (New Radio) profitieren kann: Zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit von 5G NR Direct Access über Satellit bieten wir Link- und System-Level-Simulationen für bereits bestehende und neue Systeme an.

Dafür stehen Simulationstools zur Verfügung, die eine schnelle und detaillierte Analyse aller wichtigen Leistungsparameter ermöglichen.

Prototyping
und Demonstration

 

 

Um die Leistungsfähigkeit von 5G NR über Satellit auch in der tatsächlichen Übertragung zu validieren, setzten wir die Prototyping-Plattform »OpenAirInterface (OAI)« ein.

Damit können wir neue Features aus der laufenden Standardisierung frühzeitig implementieren und in Live-Tests erproben. Unsere Labors verfügen ergänzend über die entsprechende Ausstattung, um verschiedenste Kanaleigenschaften in der Satellitenübertragung realitätsgetreu nachzubilden.

 

Aus dem Labor

5G Direct Access:
Echtzeit-Implementierung auf Basis von »OpenAirInterface«

Datenschutz und Datenverarbeitung

Wir setzen zum Einbinden von Videos den Anbieter YouTube ein. Wie die meisten Websites verwendet YouTube Cookies, um Informationen über die Besucher ihrer Internetseite zu sammeln. Wenn Sie das Video starten, könnte dies Datenverarbeitungsvorgänge auslösen. Darauf haben wir keinen Einfluss. Weitere Informationen über Datenschutz bei YouTube finden Sie in deren Datenschutzerklärung unter: https://policies.google.com/privacy

Aktuelle Forschungsprojekte

  • 5G-GOA – 5G-fähige Bodensegmenttechnologien und Over-the-Air-Demonstrator via GEO-Satellit

    Ziel des Projekts 5G-GOA ist die Entwicklung und Implementierung notwendiger Adaptionen von 5G New Radio gemäß der Standardisierung von 5G NTN in 3GPP, um einen direkten Funkzugang terrestrischer Kommunikationsnetze über Satellit zu ermöglichen. Das Projekt wird von der Europäischen Weltraumorganisation ESA gefördert.

    Das Fraunhofer IIS entwickelt dabei neue Softwarekomponenten zur Umsetzung 5G-fähiger Prototypen der Basisstation (gNB) und der mobilen Endgeräte (UE), beide basierend auf OpenAirInterface.

  • 5G-IS – 5G-Systeminfrastrukturstudie

    Die von der Europäischen Weltraumorganisation ESA (Directorate of Telecommunications and Integrated Applications TIA) geförderte Studie 5G-IS befasst sich mit dem enormen Potenzial satellitengestützter 5G- und 6G-Dienste für die globale Konnektivität und den damit verbundenen infrastrukturellen Anforderungen.

    Das Fraunhofer IIS bringt seine Expertise im Hinblick auf die Integration von Satelliten in 5G-Netze in dieses Projekt ein.

  • Im von der Europäischen Weltraumorganisation ESA geförderten Projekt 5G-LEO arbeitet das Fraunhofer IIS gemeinsam mit Partnern an der Weiterentwicklung des Open-Source-Code für die OpenAirInterface-Plattform (OAI). Damit soll die Unterstützung von Satellitensysteme in nicht-geostationären Umlaufbahnen ermöglicht werden. Diese Erweiterung wird den vollständigen 5G-Protokollstapel sowohl für mobile Endgeräte (UE) als auch für Basisstationen (gNB) umfassen. Ziel ist es, eine öffentlich verfügbare aktualisierte Version der OAI-Softwarebibliothek mit neuen Funktionen zur Simulation und zum Testen von 5G-Kommunikationsverbindungen über Satelliten im Low Earth Orbit (LEO) bereitzustellen.

  • 5G METEORS – ESA MakerSpace für 5G und Satellitenkommunikation

    5G METEORS, gefördert durch die Europäische Weltraumorganisation ESA, adressiert ein breites Spektrum an Herausforderungen, die sich aus der Konvergenz und Integration von 5G und Satellitenkommunikation ergeben, insbesondere für die direkte Anwendung von 5G New Radio über Satelliten. Das 5G-METEORS-Programm fördert verschiedene kleinere Aktivitäten zur Implementierung und Demonstration von 5G-Technologie über Satelliten.

    Das Fraunhofer IIS unterstützt die technische Koordination des 5G-METEORS-Programms und ist an Technologiedemonstrationen für 5G in nicht-terrestrischen Netzen (NTN) beteiligt.

  • 6G SENTINEL ist ein Fraunhofer-Leitprojekt. Mit ihren Leitprojekten setzt die Fraunhofer-Gesellschaft strategische Schwerpunkte, um konkrete Lösungen zum Nutzen für den Standort Deutschland zu entwickeln. Im Projekt 6G SENTINEL entwickeln fünf beteiligten Fraunhofer-Institute Schlüsseltechnologien für den kommenden 6G-Mobilfunkstandard.

    Das Fraunhofer IIS setzt dabei einen Schwerpunkt auf System-Level-Simulationen für hybride Netze der Zukunft, um die Integration von Satelliten in 6G-Mobilfunknetze umfassend zu erproben.

  • 6G-SKY – 6G for Connected Sky

    Im Projekt 6G-SKY werden Lösungen für die nächste Mobilfunkgeneration entwickelt, die am Boden und in der Luft für eine zuverlässige und robuste Vernetzung sorgen. 6G-SKY wird im Rahmen der europäischen Forschungsinitiative CELTIC-NEXT vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.

    Das Fraunhofer IIS leitet das deutsche Konsortium, entwickelt im Projekt System-Level-Simulationen für 6G weiter und ist an Technologiedemonstrationen für 6G-Funkstrecken über Satellit und für terrestrische 6G-Verbindungen beteiligt.

Mehr Informationen

 

Flyer

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