Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IISDas 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.
Direkte 5G-Satellitenkonnektivität#
Satellitenintegration in 5G
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.
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.
Aus dem Labor
5G Direct Access:
Echtzeit-Implementierung auf Basis von »OpenAirInterface«#
Datenschutz und Datenverarbeitung
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5G-ALLSTAR – 5G AgiLe and fLexible integration of SaTellite And cellulaR#
5G-ALLSTAR – 5G AgiLe and fLexible integration of SaTellite And cellulaR#
Im Projekt »5G-ALLSTAR« dreht sich alles um die Demonstration des Mehrfachzugriffs auf 5G sowohl mittels terrestrischer als auch satellitenbasierter Verbindungen. Das Zusammenspiel beider Übertragungswege sorgt für eine flächendeckende Verfügbarkeit von 5G und sichert insbesondere bei kritischen Anwendungen eine ununterbrochene Servicequalität. Das Projekt wird im Rahmen des Programms Horizon 2020 EU-Korea der Europäischen Union gefördert und vom koreanischen Institute for Information & communications Technology Promotion (IITP) unterstützt.
Das Fraunhofer IIS liefert hier die beiden Schlüsselkomponenten zur 5G-Übertragung über GEO-Satelliten: einen 5G-fähigen Prototypen der Basisstation (gNB) und des Endgerätes (UE), beide basierend auf OpenAirInterface.
5G-GOA – 5G-fähige Bodensegmenttechnologien und Over-the-Air-Demonstrator via GEO-Satellit#
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 parallel zur 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 METEORS – ESA Makerspace für 5G und Satellitenkommunikation#
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 entwickelt darüber hinaus im Unterprojekt »5G-EmuSat« die notwendigen Adaptionen von 5G New Radio in der OpenAirInterface-basierten Basisstation und dem Endgerät zum Betrieb über LEO-Satelliten.
ALIX – Beiträge zur Standardisierung der Satellitenkomponente in 5G#
ALIX – Beiträge zur Standardisierung der Satellitenkomponente in 5G#
ALIX fördert die aktive Beteiligung am 3GPP-Standardisierungsprozess, um die Definition der Satellitenkomponente in 5G und ihrer Schnittstellen zu anderen Netzen voranzutreiben. Das Projekt wird von der Europäischen Weltraumorganisation ESA im Rahmen des Programms ESA ARTES gefördert.
Das Fraunhofer IIS trägt hier aktiv zur 5G New Radio Standardisierung in den Arbeitsgruppen RAN1 (Physical Layer), RAN2 (Radio-Access-Protokollschichten) und RAN3 (Radio-Access-Architektur) bei.