Das Satelliten-Internet wird erwachsen

Das Thema hatte ich danach in einem „Webinar der Woche“ aufgegriffen, und zwar unter dem Titel „Internet auf hoher See“, weil ich auf diesem Feld Erfahrung habe. Kürzlich nun kam etwas mehr Erfahrung hinzu, weil ich für das Schiff, welches ich in dieser und anderer Hinsicht betreue (Segelschulschiff Alexander von Humboldt II), eine alte Satellitenanlage für geostationäre Satelliten durch zwei Anlagen für niedrig fliegende Satelliten ersetzt habe (Abbildung 1).

Internet über Satelliten ist in der Seefahrt schon lange verbreitet. So betreibt die Firma Inmarsat bereits seit Mitte der 70er Jahre Telekommunikationsdienste auf Basis geostationärer Satelliten. Heute noch ist Inmarsat C auf Seeschiffen weit verbreitet und Teil des internationalen Seenotfunksystems GMDSS. Es handelt sich um einen paketvermittelten Dienst, der im Wesentlichen für die Verbreitung von E-Mails genutzt wird.

Auch das System von Iridium ist seit Langem in Betrieb und bietet eine weltweit nutzbare Anbindung mobiler Telefone. Es basiert auf einer Konstellation von 66 Satelliten, die in ca. 800 km Höhe fliegen und insbesondere die Pol-Regionen der Erde versorgen.

Mit dem steigenden Bedarf nach „richtigen“ Internet-Verbindungen hat man vor ca. 15 Jahren begonnen, leistungsfähige geostationäre Satelliten zu positionieren. Mit Richtantennen, sogenannten Very Small Aperture Terminals (VSAT) auf Frequenzen jenseits von 20 GHz, erzielt man Bitraten im ein- bis zweistelligen Megabit-Bereich. Eine solche Anlage war auf dem genannten Schiff bis jetzt im Einsatz. „Surfen“ im Web machte damit keinen Spaß, doch für den Austausch von E-Mails und den Download elektronischer Seekarten bzw. von Wetterberichten war das ausreichend. Einzig die Kosten waren hoch.

Was ist der Vorteil geostationärer Satelliten (Geostationary Orbit, GEO)? Ganz einfach, sie bewegen sich relativ zur Erde nicht. Man kann also eine Richtantenne fest ausrichten, sofern man sich an Land befindet. Das kennen Sie von den Fernsehantennen, die immer noch unsere Dächer zieren. Auf einem Schiff muss die Richtantenne in der Lage sein, die Schiffsbewegung auszugleichen. Die mir vom Schiff bekannte Antenne war ein mechanisches Wunderwerk: Motoren für Azimut und Elevation sorgten dafür, dass die Schüssel immer auf den Satelliten zeigte, das Schiff also quasi unter der Antenne hindurchschaukelte.

Was ist der Nachteil geostationärer Satelliten? Sie sind einfach zu weit weg. Damit ein Satellit geostationär wird, muss seine Umlaufzeit 24 Stunden betragen und seine Bahn über dem Äquator verlaufen. Mithilfe der Keplerschen Gesetze lässt sich errechnen, dass der Satellit zu diesem Zweck ca. 36.000 km über dem Äquator stehen muss. Daraus ergibt sich für die Kommunikation ein Round Trip Delay von knapp 500 Millisekunden. Sie können sich vorstellen, dass viele Online-Anwendungen damit Probleme haben werden.

Darüber hinaus sind geostationäre Satelliten in Polnähe kaum nutzbar, weil sie dort nur knapp über dem Horizont stehen. Dieses Problem habe ich immer wieder in Häfen erlebt, wo Gebäude oder benachbarte Kreuzfahrtschiffe den Satelliten abschatteten.

Diese Nachteile lassen sich mit Satelliten auf erdnahen Bahnen (Low Earth Orbit, LEO) vermeiden. Der bekannteste Vertreter Starlink nutzt Bahnen, die sich um die 550 km über dem Erdboden befinden. Beim europäischen Pendant Eutelsat OneWeb sind es ca. 1.200 km. Ein einzelner Satellit deckt bei Starlink einen Radius von ca. 1.000 km ab, bei OneWeb sind es etwas mehr.

Wegen der niedrigen Bahnen rasen die Satelliten ziemlich schnell am Betrachter vorbei. Ein einzelner Satellit ist für den Anwender am Boden nur wenige Minuten sicht- bzw. empfangbar. Damit dennoch ein ununterbrochener Internetzugang gewährleistet ist, müssen es sehr viele Satelliten sein. Bei Starlink sind es mehrere Tausend, bei OneWeb einige Hundert.

Derart schnell fliegende Satelliten lassen sich nicht mit mechanisch angetriebenen Antennen verfolgen. Stattdessen nutzt man flache Antennen mit sehr vielen Einzelstrahlern, die in einem so genannten Phased Array zusammengefasst sind. Beamforming – das kennen Sie vom WLAN – ist hier das Zauberwort. Zwei solcher Antennen durfte ich neulich an Bord installieren. Sie erkennen sie in Abbildung 1 als weiße Rechtecke in den Ecken des Kartenhauses, oben Starlink und unten OneWeb.

Wahrscheinlich sind Sie jetzt genauso gespannt auf die tatsächlichen Leistungsdaten, wie ich es nach Fertigstellung der Anlage war. Ich konnte inzwischen Tests an verschiedenen Standorten durchführen. Über die beiden Satelliten-Anlagen verfügt das Schiff mittlerweile auch über einen 5G-Mobilfunk-Router, der in den Häfen genutzt wird.

Zum Test habe ich jeweils dieselbe IP-Adresse in Deutschland „angepingt“. Mithilfe eines Dienstes zur Bestimmung der eigenen IP-Adresse (z.B. https://whatismyipaddress.com/) konnte ich ermitteln, über welche IP-Adresse der jeweilige Provider die Daten ins Internet ausleitet und an welcher „Geolocation“ sich die Adresse befindet. Mittels Ping ermittelte Round Trip Delays und Geolocation finden Sie in der nachfolgenden Tabelle 1.

Standort	Eutelsat OneWeb	Space-X Starlink	Telekom Mobilfunk
Bremerhaven	100 ms (London)	18-25 ms (Berlin)	25 ms (Hamburg)
mittlere Nordsee	nicht getestet	45 ms (London)	kein Empfang
Sirevåg (Südwest-Norwegen)	kein Empfang	25-45 ms (Amsterdam)	55-80 ms (Düsseldorf)

Tabelle 1: Einige Messergebnisse von Bord

Interessant finde ich, wie gut sich Starlink mittlerweile macht. Die hohe Zahl von Satelliten stellt sicher, dass jederzeit mehrere am Himmel zu sehen sind. Außerdem betreibt SpaceX ein dichtes Netz von Bodenstationen. An dieser Stelle sei ein weiterer Vorteil der LEO-Konstellationen genannt: Sie skalieren gut. Zur Kapazitätserhöhung werden „einfach“ mehr Satelliten gestartet und Bodenstationen errichtet (die negativen Auswirkungen solcher Skalierung mag ich an dieser Stelle nicht diskutieren).

Im Gegensatz dazu steht Eutelsat erst am Anfang. Bei meinen Tests an der Pier in Bremerhaven erlebte ich immer wieder minutenlange Zeiten ohne jeglichen Empfang. Wahrscheinlich reicht die Zahl der Satelliten für eine lückenlose Abdeckung nicht aus. Auch das Netz der Bodenstationen befindet sich noch im Aufbau. So kündigte man mir für den östlichen Atlantik vor Afrika große Abdeckungslücken an, die erst zum Jahresende geschlossen sein sollen.

Das Schiff wird im Herbst mit der Passatwindroute dieses Seegebiet kreuzen, sodass ich dann vielleicht mehr weiß. Ich bin ebenfalls gespannt, wie es im nächsten Frühjahr auf der Rückreise über den Atlantik aussehen wird. Im Gegensatz zu Starlink verfügen die OneWeb-Satelliten anscheinend nicht über die Möglichkeit, untereinander über Laser zu kommunizieren. Möglicherweise wird es dann zwischen Bermuda und den Azoren weiterhin Lücken geben, denn diese Inseln sind ca. 3.500 km voneinander entfernt.

Ungeachtet dessen war ich erfreut darüber, dass sich beide Systeme so unkompliziert einbauen und in Betrieb nehmen ließen. Und das Beste daran ist, dass die laufenden Kosten der Gesamtanlage nur noch knapp die Hälfte dessen betragen, was wir zuvor für die VSAT-Anlage berappen mussten; die einmaligen Hardware- und Installationskosten werden sich innerhalb eines Jahres amortisiert haben. In der Tat, das Satelliten-Internet wird erwachsen!