Fraunhofer IIS demonstriert direkte IoT-Konnektivität über GEO-Satellit

/ 7.6.2018

Erlangen: Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS hat erfolgreich die direkte Übertragung von Sensordaten mehrerer Sender über einen geostationären Satelliten demonstriert. Für die getestete Übertragung kamen am Boden transportable Sender mit kleiner, ungerichteter C-Band-Antenne zum Einsatz. Das genutzte Übertragungsverfahren hat das Fraunhofer IIS speziell für Internet-of-Things-Anwendungen via Satellit (Satelliten-IoT) entwickelt.

© Fraunhofer IIS/Sabine Metzger

Mit der C-Band-Antenne (Vordergrund) hat das Fraunhofer IIS Sensordaten erfolgreich über einen geostationären Satelliten übertragen.

Die Herausforderungen bei der Nutzung von GEO-Satelliten für IoT-Anwendungen liegen vor allem in der sehr großen Distanz zwischen den Sendern und den Satelliten (etwa 36 000 km) sowie in der mehrfachen Belegung von Frequenzen durch Satelliten im Orbit. Deswegen benötigt man am Boden typischerweise relativ große Antennen mit hoher Verstärkung und geeigneter Richtcharakteristik, um Störungen benachbarter Satelliten und Systeme zu minimieren.

Erfolgreiche Datenübertragung selbst bei extrem geringer Sendeleistung

Das für die Technologie-Demonstration genutzte Übertragungskonzept ermöglicht es, eine direkte Verbindung von IoT-Sensorknoten über transportable Sendeterminals mit einer eigens entwickelten kleinen, omnidirektionalen C-Band-Antenne zu einem GEO-Satelliten herzustellen. Aufgrund der speziell für geringe Datenraten optimierten Wellenform ist eine erfolgreiche Übertragung selbst bei extrem geringer Sendeleistung gewährleistet.

Die Verringerung der Übertragungsleistung geht soweit, dass die Wellenform unterhalb der für das C-Band geltenden regulatorischen Schranken betrieben werden kann. Erst dadurch können omnidirektionale Antennen eingesetzt werden, die keinerlei Ausrichtung benötigen und gleichzeitig keine anderen Satellitensysteme stören. Der besondere Vorteil der Lösung ist zudem, dass kleine, kostengünstige Sende- und Empfangsterminals mit erhöhter Batterielebensdauer eingesetzt werden können.

Direkte IoT-Satellitenverbindung ohne terrestrische Infrastruktur

IoT-Konnektivität via Satellit ist überall dort die praktikabelste Lösung, wo kleinere Datenmengen übertragen werden müssen, aber keine Infrastruktur für Mobilfunk oder terrestrische IoT-Netze vorhanden ist. Die Demonstration anhand von GPS-Positionsdaten einzelner Sender hat gezeigt, dass Satelliten-IoT zukünftig auch zur Positionsübermittlung von Sicherheitskräften eingesetzt werden kann. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind beispielsweise das Monitoring von Temperatur und Feuchtigkeit für landwirtschaftliche Aufgaben oder die Zustandsüberwachung von Öl- und Gasinfrastruktur zur Instandhaltung und frühzeitigen Entdeckung von Leckagen.

Bestehende Satelliteninfrastruktur für globale IoT-Anwendungen nutzbar

Entsprechende Weiterentwicklungen sollen es in Zukunft ermöglichen, IoT-Daten parallel zur normalen Nutzung des Satelliten zu übertragen, ohne dass weitere Satellitenkapazität benötigt wird. Dadurch kann die bereits bestehende Satelliteninfrastruktur zusätzlich für globale IoT-Anwendungen genutzt werden.