Elon Musk – der 5G-Killer?

Joachim Wetzlar

Herr Musk scheint nur so von Ideen und Erfindergeist zu strotzen. Der Modebegriff „Disruption“ lässt sich auf viele seine Erfindungen anwenden. Seine Autos werden augenscheinlich bald zu Verbrenner-Killern. Seine Idee vom Internet für alle könnte zum 5G-Killer werden, oder nicht? Auf jeden Fall scheint er einer ungestörten Astronomie den Todesstoß zu versetzen. Die Rede ist von „Starlink“, dem Internet über Satelliten.

Moment mal! Die Satellitenkommunikation ist doch ein alter Hut. Und – mal ehrlich – ist diese Technik nicht bereits überholt? Ich erinnere die 70er Jahre, in denen ich von Zeit zu Zeit mit Kanada telefonierte (dort lebte eine Tante). Das ging über Satellit. Die Laufzeit des Signals war beträchtlich. Das Ergebnis: Ständig fiel man sich ins Wort, man hatte kaum eine Chance, eine Zwischenfrage zu stellen. Disziplin war erforderlich, erst Du, dann ich, dann wieder Du, und so fort.

Seit die Kontinente mit Glasfasern verbunden sind, kann man mit fernen Kontinenten fast so gut telefonieren, wie mit dem Nachbarn. Die Antwortzeiten (Round Trip Times, RTT) liegen zu den meisten Regionen dieser Welt unter 200 Millisekunden. Zum Telefonieren reicht das allemal. Anders sieht es jedoch mit der Datenübertragung aus. Mussten Sie schon einmal Dateien von einem Server am anderen Teil der Welt holen? Mir widerfuhr dies regelmäßig auf meinen Dienstreisen in die USA. Selbst mit 120 ms RTT macht die Arbeit nicht wirklich Spaß.

Warum haben Satellitenverbindungen eine so hohe RTT? Ganz einfach: Typische Kommunikationssatelliten sind geostationär. Sie scheinen über dem Äquator stillzustehen. Diese so genannte Geosynchronbahn setzt voraus, dass der Satellit in ca. 36.000 km Höhe fliegt. Funkwellen legen also pro Richtung das doppelte dieser Entfernung zurück. Daraus errechnet sich eine RTT von 480 ms allein durch die physische Entfernung. Hinzu kommen Latenzen in den Komponenten am Boden und im Satelliten.

Das geniale am Starlink-Konzept von Elon Musk ist nun, dass die Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen fliegen. Es handelt sich um so genannte Low Earth Orbiters (LEOs), derzeit in ca. 500 km Höhe. Aus dieser Höhe beträgt die Reichweite eines Satelliten bis zu 1.500 km, unter der Vorgabe, dass er mit einem Erhebungswinkel (Elevation) von mindestens 25° am Himmel steht. Allerdings stehen LEOs nicht fest am Himmel, sondern bewegen sich für den erdgebundenen Betrachter ziemlich schnell. Der einzelne Satellit ist immer nur wenige Minuten lang am Himmel zu sehen. Daraus ergibt sich, dass man tausende Satelliten benötigt, um eine dauernde und flächendeckende Verfügbarkeit sicherzustellen.

Die bei der Nutzung von LEOs zu erwartende RTT ist gering; sie wird in der Größenordnung von 20 ms liegen. Und die geringe Flughöhe hat einen weiteren Vorteil: Die Streckendämpfung ist ca. 30 dB geringer als bei geostationären Satelliten. Man benötigt weniger Sendeleistung bzw. weniger Aufwand bei der Antennentechnik.

Der Nutzer von Starlink installiert auf seinem Dach eine scheibenförmige Antenne mit ca. 50 cm Durchmesser. Es handelt sich um eine Richtantenne ähnlich der Ihnen bekannten Satellitenschüsseln. Nur wird hier die Richtwirkung auf elektronischem Wege mittels Phased Array erzeugt (das Konzept ist Ihnen unter dem Namen „Beamforming“ aus unseren Seminaren gut bekannt). Die Sendeleistung auf Nutzerseite beträgt nur 2,5 Watt. Dank der Richtwirkung ergibt sich daraus eine effektive Strahlungsleistung in Richtung des Satelliten von bis zu 5 kW (!).

Sie ahnen es schon: Der geringe Versorgungsradius der Satelliten erfordert ein dichtes Netz von Bodenstationen. Starlink hat derer drei für das Gebiet der Bunderepublik geplant [1]. Zur Abdeckung der USA werden knapp 50 Bodenstationen benötigt. Immerhin, zukünftige Generationen dieser Satelliten werden untereinander per LASER kommunizieren können. Dadurch wird es möglich werden, auch Gebiete mit mangelnder Infrastruktur zu versorgen. Der Preis dafür wird eine verlängerte RTT sein.

Das Internet aus dem Himmel wird somit zu einer Konkurrenz für das Internet aus dem Boden. Beides benötigt eine gewisse Infrastruktur beim Anwender. In beiden Fällen braucht man einen Übergabepunkt und einen entsprechenden Router. An Stelle der Telefondose oder Glasfaser tritt nun die Antenne samt Zuleitung und Steuerelektronik.

Das Internet aus der Luft, den Mobilfunk, wird der Satellit jedoch auf absehbare Zeit nicht ersetzen. Derzeit lässt sich die Technik nicht auf die Größe eines Smartphones komprimieren. Außerdem wird unbedingt freie Sicht zum Himmel benötigt. Fazit: Elon Musk ist nicht der 5G-Killer. Ungeachtet dessen wird er den Markt der Internet-Anbieter ein wenig aufmischen.

Verweis

[1] https://fragdenstaat.de/anfrage/frequenzen-fur-starlink-und-andere-satelitengestutzte-internetanbieter/

ComConsult Certified Wireless Engineer

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