GEO-Satelliten übertragen riesige Datenmengen, decken große Bereiche am Boden ab und sind zuverlässig verfügbar. Dabei bedienen sie vor allem weniger latenzkritische Anwendungen wie Streaming oder das Ausbringen von Software-Updates. In zukünftigen 3D-Netzen können sie daher einen stabilen, kapazitätsstarken Überbau zu den dynamischeren und erdnahen Komponenten von NTNs bilden. Außerdem können sie bei Ausfällen und Engpässen einspringen, um eine weltweite Konnektivität ohne Lücken zu gewährleisten.

In dem kürzlich durchgeführten Kommunikationsexperiment mit dem geostationären Heinrich-Hertz-Satelliten hat das Fraunhofer IIS eine breitbandige 5G-NTN-Verbindung demonstriert. Die Ende-zu-Ende-Übertragung im Frequenzband n512 (Ka-Band) basierte auf 3GPP Release 18 des 5G-Standards. Die Forschenden nutzten verschiedene Bandbreiten von 50 bis 100 MHz und erzielten dabei Datenraten von bis zu 137 Mbit/s.

Spezielles Sende- und Empfangsequipment für mehr Bandbreite

In der klassischen Satellitenkommunikation ist die Ka-Band-Nutzung bereits etabliert. Die Satellitenübertragung von 5G-Signalen in den hohen Gigahertzfrequenzen ist dagegen noch weitgehend unerprobt. Entsprechende Gateways mit integrierter 5G-Basisstation und NTN-Empfangsterminals sind derzeit am Markt noch nicht verfügbar. Um das Ka-Band für breitbandiges 5G nutzen zu können, entwickelten die Forschenden des Fraunhofer IIS deshalb speziell angepasstes Sende- und Empfangsequipment, mit dem während des Tests Übertragungen mit Bandbreiten von bis zu 100 MHz realisiert werden konnten.

»Mit der erfolgreichen Demonstration einer 5G-Ende-zu-Ende-Übertragung im Ka-Band haben wir gezeigt, wie breitbandige 5G-Verbindungen via Satellit umgesetzt werden können. Das ist die Grundlage dafür, dass Satelliten in zukünftigen 3D-Netzen nahtlos mit der bestehenden 5G-Infrastruktur zusammenarbeiten«, erklärt Rainer Wansch, Abteilungsleiter HF und SatKom Systeme am Fraunhofer IIS.

Reibungslose Handover für mobile Anwendungen

Ein weiteres wichtiges Kriterium für nahtlose Verbindungen sind präzise Handover, denn neueste GEO-Satelliten nutzen eine Vielzahl einzelner Übertragungsbeams, um Signale in Richtung Erde zu senden. Verlässt ein User den Abdeckungsbereich eines Beams und wechselt in die Ausleuchtzone eines neuen Beams, ist eine stabile Übergabe nötig. Besonders relevant ist das für mobile Anwendungen wie Internet in Flugzeugen oder an Bord von Schiffen. Dort sorgen reibungslose Handover dafür, dass Passagiere und Crew ohne Unterbrechung online bleiben.

Das Fraunhofer IIS hat einen solchen Handover im Rahmen des Kommunikationsexperiments erstmals erfolgreich im FR2-Spektrum demonstriert. Der Handover erfolgte zwischen Nord- und Südbeam des als Experimentalplattform im All genutzten Heinrich-Hertz-Satelliten. Dafür implementierten die Experten des Fraunhofer IIS die Handover-Fähigkeit sowohl in der für die Tests genutzten Basisstation (gNodeB, gNB) als auch im 5G-Endgerät (User Equipment, UE). Die beiden Komponenten, die in den Tests als gNB und UE eingesetzt wurden, sind vollständig software-definierte Lösungen. Sie basieren auf einer Open-Source-Implementierung des Protokollstacks für 5G namens OpenAirInterface, die um entsprechende Erweiterungen für hohe Kanalbandbreiten und Inter-Beam-Handover ergänzt wurde.

Gefördert durch:

Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt