KAPITEL 9: SATELLITENKOMMUNIKATION

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1 KAPITEL 9: SATELLITENKOMMUNIKATION PROTOKOLLE UND DIENSTE DER MOBILKOMMUNIKATION 1. Einführung DEFINITION SATELLIT QUELLE BROCKHAUS Frz. von lat. Satelles, Satellitis: Leibwächter Astronomie: Begleiter eines Planeten (Mond) Raumfahrt: durch eine Trägerrakete oder (ab 1982) einen wiederverwendbaren Raumgleiter in das All gestarteter und dort auf elliptischen oder kreisähnlichen Umlaufbahnen von Planeten oder Monden gebrachter, i.d.r. unbemannter Raumflugkörper; meist als Erdsatellit 314 Fachgebiet Kommunikationsnetze 1

2 1. Einführung GESCHICHTE DER SATELLITENKOMMUNIKATION 1945 Arthur C. Clarke veröffentlicht Aufsatz über Extra Terrestrial Relays 1957 erster Satellit SPUTNIK 1960 erster reflektierender Nachrichtensatellit ECHO 1963 erster geostationärer Satellit SYNCOM 1965 erster kommerzieller geostationärer Satellit Early Bird (INTELSAT I): 240 Duplex-Telefonkanäle oder 1 Fernsehkanal, Lebensdauer 1,5 Jahre 1976 drei MARISAT Satelliten für maritime Kommunikation 1982 erstes mobiles Satellitentelefonsystem INMARSAT-A 1988 erstes landmobiles Satellitensystem für Datenkommunikation INMARSAT-C 1993 erste digitale landmobile Satellitentelefonsysteme 1998 globale Satellitentelefonsysteme für Handys Einführung GENERATIONEN VON NACHRICHTENSATELLITEN 1. Feste Satellitenkommunikationssysteme Kommunikation zwischen Satelliten und Gateway-Erdstationen 2. Mobile Satellitenkommunikationssysteme Kommunikation zwischen Satelliten, festen Erdstationen und Mobilstationen (Schiffe, Flugzeuge, Landfahrzeuge,...) 3. Portable Satellitenkommunikationssysteme Kommunikation direkt zwischen Mobilterminals (Handy) und Satelliten 316 Fachgebiet Kommunikationsnetze 2

3 1. Einführung DIE DREI GENERATIONEN IN DER ÜBERSICHT Größe des Sateliten 1500 kg 20 m 30 m 15 m Erdantennendurchmesser Gewicht des Satelliten 1000 kg 10 m 20 m 500 kg 5 m 10 m Einführung EINSATZGEBIETE FÜR SATELLITEN (I) traditionell: Wettersatelliten zur Wettervorhersage Rundfunk- und Fernsehsatelliten als Verteilmedien Kostengünstig für Empfänger Kleine Empfangsanlagen (Durchmesser cm in Deutschland) militärische Dienste Spionagesatelliten ( Erdfernerkundungssatelliten ) Militärische Sprach- und Datenkommunikation Satelliten zur Navigation und Ortung (GPS) Sehr präzise weltweite Positionsbestimmung bis auf wenige Meter genau Such- und Rettungssatelliten 318 Fachgebiet Kommunikationsnetze 3

4 1. Einführung EINSATZGEBIETE FÜR SATELLITEN (II) für Telekommunikation: weltweite Telefonverbindungen Backbone für globale Netze Ersatz für Unterseekabel ( big cable in the sky ) Relais-Stationen zur Funkverbindung zwischen Raumflugkontrollzentren und bemannten oder unbemannten Raumflugkörpern Kommunikationsverbindungen in schwer zugänglichen Gebieten oder unterentwickelten Regionen (Verkabelung nur mit großem Aufwand möglich) weltweite Mobilkommunikation Satellitensysteme als Ergänzung zu zellularen Mobilfunksystemen Integration notwendig! Einführung AUFBAU EINES SATELLITENSYSTEMS Mobile User Link (MUL) kleinere Zellen (Spotbeams) Intersatellitenverbindung (ISL) Gateway Link (GWL) GWL MUL gesamtes Ausleuchtungsgebiet (Footprint) ISDN Bodenstation oder Gateway Benutzerdaten 320 PSTN GSM Fachgebiet Kommunikationsnetze 4

5 2. Umlaufbahn GRUNDLAGEN FÜR DIE KREISFÖRMIGE UMLAUFBAHN (I) Bei kreisförmigen Umlaufbahnen muss immer der gleiche Abstand zur Erdoberfläche gewahrt sein: Erdanziehungskraft F g, welche die Erde aufgrund der Gravitation auf den Satelliten ausübt: m g ( R/ r) 2 Fliehkraft F z, welche versucht, den Satelliten von der Erde wegzuziehen: 2 m r Umlaufbahn GRUNDLAGEN FÜR DIE KREISFÖRMIGE UMLAUFBAHN (II) Auflösung der Gleichung nach der Entfernung r des Satelliten vom Erdmittelpunkt: r 3 2 g R ( 2 f ) 2 Der Abstand eines Satelliten zur Erdoberfläche hängt lediglich von seiner Umlaufdauer ab! 322 Fachgebiet Kommunikationsnetze 5

6 2. Umlaufbahn ZUSAMMENHANG VON UMLAUFDAUER UND -BAHN Geschwindigkeit [ x1000 km/h] Umlaufdauer [h] Synchrondistanz km x10 6 m Radius Umlaufbahn KENNDATEN Umlaufbahnen (= Orbits) elliptisch oder kreisförmig bei kreisförmigen Orbits Umlaufdauer von Höhe über Erdoberfläche abhängig Inklination: Neigung des Orbits gegenüber dem Äquator Elevation: Erhebungswinkel des Satelliten über den Horizont Sichtverbindung (LOS = Line of Sight) zum Satelliten für Funkverbindung notwendig höhere Elevation besser, da weniger Abschattung durch Hindernisse 324 Fachgebiet Kommunikationsnetze 6

7 2. Umlaufbahn INKLINATION Ebene der Satellitenbahn Satellitenbahn erdnächster Punkt d Inklination d Äquatorialebene Umlaufbahn ELEVATION Elevation: Einfallswinkel für die Mitte der Strahlungskeule (bezogen auf die Erdoberfläche) Mindestanforderung für Kommunikation: e = 10 minimale Elevation: kleinste Elevation, bevor ein neuer Satellit des Systems sichtbar wird e 326 Fachgebiet Kommunikationsnetze 7

8 2. Umlaufbahn SONSTIGE BAHNKENNDATEN Umlaufdauer Für nicht kreisförmige Umlaufbahnen: Erdnächster Bahnpunkt (Perigäum) Erdfernster Bahnpunkt (Apogäum) Unterschiedliche Geschwindigkeiten! Je näher an der Erde, desto schneller Signalübertragung ÜBERTRAGUNGSLEISTUNG VON SATELLITEN (I) Parameter wie Dämpfung oder empfangene Leistung werden von vier Werten bestimmt: Sendeleistung Antennengewinn (Sender) Abstand von Sender und Empfänger Antennengewinn (Empfänger) 4 r f L c 2 L: Loss f: carrier frequency r: distance c: speed of light 328 Fachgebiet Kommunikationsnetze 8

9 3. Signalübertragung SIGNALDÄMPFUNG UND MAXIMALE DATENRATE Abschwächung ist proportional zum Quadrat der Entfernung Signaldämpfung hat wiederum großen Einfluss auf die maximale Datenrate, die unter bestimmten weiteren Annahmen (Sendeleistung, Antennendurchmesser, Trägerfrequenz) mit einem Satellitensystem erreicht werden kann: Standardantenne für mobile Telefone, Trägerfrequenz 2 GHz, niedrige Umlaufbahn maximale Datenrate 10 kbit/s Gleiche Bedingungen, Umlaufbahn in km Höhe maximale Datenrate 10 bit/s Signalübertragung ÜBERTRAGUNGSLEISTUNG VON SATELLITEN (II) Probleme schwankende Signalstärke auf Grund der Mehrwegeausbreitung Signalunterbrechung auf Grund von Abschattungen (keine LOS) Mögliche Lösungen Signalschwankungen können durch Leistungsreserven ausgeglichen werden Satellitendiversität hilft bei geringerer Sendeleistung (Einsatz mehrerer gleichzeitig sichtbarer Satelliten) 330 Fachgebiet Kommunikationsnetze 9

10 3. Signalübertragung ATMOSPHÄRISCHE DÄMPFUNG e Beispiel: Satellitensystem mit 4-6 GHz Absorption durch Regen Absorption durch Nebel 10 Abschwächung des Signals in % Atmosphärische Absorption Elevation des Satelliten Orbits ORBITS I Vier Klassen von Satellitenorbits: GEO: geostationärer Orbit in etwa km Höhe LEO (Low Earth Orbit) in km Höhe MEO (Medium Earth Orbit) oder ICO (Intermediate Circular Orbit) in km Höhe HEO (Highly Elliptical Orbit) elliptische Orbits 332 Fachgebiet Kommunikationsnetze 10

11 4. Orbits ORBITS II HEO LEO (Globalstar, Irdium) Van-Allen-Gürtel: ionisierte Teilchen in km und in km Höhe (kein Satelliten- Betrieb möglich) Erde km GEO (Inmarsat) MEO (ICO) innerer und äußerer Van-Allen-Gürtel Orbits GEOSTATIONÄRE SATELLITEN Orbit in km Entfernung von der Erdoberfläche in der Äquatorebene (Inklination 0 ) Umlaufzeit beträgt 1 Tag Satellit bewegt sich synchron mit Erddrehung feste Position der Antennen, kein Nachführen nötig Satellit leuchtet relativ großes Gebiet aus Frequenzen dadurch schlecht wiederbenutzbar durch feste Position über Äquator schlechte Elevation in Breitengraden über 60 hohe Sendeleistungen nötig durch große Entfernung lange Laufzeit: ca ms ungeeignet für flächendeckende Mobilfunkversorgung, daher meist Rundfunk- und Fernsehsatelliten 334 Fachgebiet Kommunikationsnetze 11

12 4. Orbits LEO-SYSTEME Orbit in km Höhe Sichtbarkeitsdauer eines Satelliten Minuten globale Funkversorgung möglich Laufzeit vergleichbar mit terrestrischen Weitverkehrsverbindungen, etwa 5-10 ms kleinere Ausleuchtungsgebiete, bessere Frequenznutzung Gesprächsübergabe (Handover) benötigt viele Satelliten für globale Funkversorgung nötig Frequenzänderung wegen Satellitenbewegung (Doppler-Effekt) Beispiele: Iridium (Betriebsbeginn Sept. 1998, 66 Satelliten) Bankrott! Einstellung der Dienste: März 2000, danach Übernahme durch Boeing Globalstar (Betriebsbeginn 1999, 48 Satelliten) Orbits MEO-SYSTEME Orbit in km Höhe Vergleich mit LEO-Systemen: Geschwindigkeit des Satelliten langsamer weniger Satelliten benötigt weniger starker Doppler-Effekt Verbindungen meist ohne Handover möglich Längere Laufzeiten, etwa ms Höhere Sendeleistung nötig stärker bündelnde (= größere) Antennen für kleine Ausleuchtungsgebiete nötig Beispiele: ICO (Intermediate Circular Orbit, Inmarsat), Start geplant 2000, Bankrott! 336 Fachgebiet Kommunikationsnetze 12

13 Erdstationen 4. Orbits HEO-SYSTEME Satelliten mit elliptischen Umlaufbahnen Nur wenige derartige kommerzielle Systeme derzeit in Planung Anwendungsbeispiele: Satellitenradio (Sirius Satellite Radio) meteorologische Überwachung der Polarregion Vorteil Im erdnahen Bereich sehr kurze Signallaufzeiten, z. B. über Großstädten Nachteil Satelliten an manchen Stellen auf der Umlaufbahn nicht nutzbar Medienzugriff SATELLITENKOMMUNIKATION ZUGRIFF Gemeinsame Uplink- Frequenzen Satellit Downlink- Frequenz... Downlink... Satellit Uplink Geostationäre Satelliten: Synchron zur Erdrotation in der Äquatorebene Satellit kann in einem Umkreis von bis zu ca. 70 km driften. Getrennte Frequenzbänder für Aufwärts- (Uplink) und Abwärtstransfer (Downlink) im GHz-Bereich Frequenzbereiche von geostationären Satelliten: Uplink Downlink C-Band 6 GHz 4 GHz Ku-Band 14 GHz 12 GHz Ka-Band 30 GHz 20 GHz 338 Fachgebiet Kommunikationsnetze 13

14 5. Medienzugriff BEZEICHNUNGEN Satellit Raumwürfel Kantenlänge 70 km Uplink Downlink Ausleuchtzone (Footprint) Erdstation Medienzugriff ZUGRIFFSVERFAHREN SDMA/FDMA/TDMA SDMA (Space Division Multiple Access) Einteilung des Raums in Sektoren, gerichtete Antennen vgl. Zellenstruktur FDMA (Frequency Division Multiple Access) zeitlich gesteuerte Zuordnung eines Übertragungskanals zu einer Frequenz permanent (z. B. Rundfunk), langsames Springen (z. B. GSM), schnelles Springen (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum) TDMA (Time Division Multiple Access) zeitlich gesteuertes Zugriffsrecht eines Übertragungskanals auf eine feste Frequenz CDMA (Code Division Multiple Access) Codierung bestimmt den Sender 340 Fachgebiet Kommunikationsnetze 14

15 5. Medienzugriff STARRES ZEITMULTIPLEX Erdstation C Erdstation A Erdstation B Medienzugriff ALOHA Zugriffsverfahren Zufällig nicht zentral gesteuert Zeitmultiplex Kollision Sender A Sender B Sender C t 342 Fachgebiet Kommunikationsnetze 15

16 Durchsatz 5. Medienzugriff SLOTTED ALOHA Slotted Aloha führt zusätzlich gewisse Zeitschlitze ein, in denen ausschließlich gesendet werden darf Synchronisierung notwendig Kollision Sender A Sender B Sender C t Medienzugriff VERGLEICH DER ALOHA-VERFAHREN MIT CSMA/CD Quelle: Angebotene Last Ausnutzung des Kanals bei Aloha (18%) und Slotted Aloha (36%) nur sehr gering (Annahme von Poisson-Verkehr). Mit Hilfe von Vorabreservierung kann dies auf 80% erhöht werden. 344 Fachgebiet Kommunikationsnetze 16

17 5. Medienzugriff DAMA - DEMAND ASSIGNED MULTIPLE ACCESS Sender reserviert einen zukünftigen Zeitschlitz sofortige Sendung innerhalb dieses Zeitschlitzes ohne Kollision höhere Gesamtverzögerung typisch für Satellitenstrecken Beispiele für Reservierungsalgorithmen: Explizite Reservierung nach Roberts Implizite Reservierung (Reservation-ALOHA) Reservation-TDMA Medienzugriff EXPLIZITE RESERVIERUNG Zwei Modi: ALOHA-Modus für die Reservierung: In einem weiter aufgegliederten Zeitschlitz kann eine Station Zeitschlitze reservieren. Reserved-Modus für die Übertragung von Daten in erfolgreich reservierten Zeitschlitzen (keine Kollision mehr möglich). Wesentlich ist, dass die in den einzelnen Stationen geführten Listen über Reservierungen miteinander zu jedem Punkt übereinstimmen, daher muss synchronisiert werden. 346 Fachgebiet Kommunikationsnetze 17

18 5. Medienzugriff EXPLIZITE RESERVIERUNG ABLAUF Kollision Aloha Reserved Aloha Reserved Aloha Reserved Aloha Medienzugriff PACKET RESERVATION MULTIPLE ACCESS (PRMA) Implizite Reservierung Eine bestimmte Anzahl von Zeitschlitzen bilden einen Übertragungsrahmen, der sich zyklisch wiederholt. Stationen belegen einen (leeren) Zeitschlitz gemäß dem Slotted ALOHA -Prinzip. Ein einmal erfolgreich belegter Zeitschlitz bleibt in allen darauffolgenden Übertragungsrahmen der erfolgreichen Station zugewiesen, aber nur solange, bis diese den Zeitschlitz nicht mehr benötigt und dieser somit leer bleibt. 348 Fachgebiet Kommunikationsnetze 18

19 5. Medienzugriff PRMA ABLAUF Reservierung Zeitschlitz: ACDABA-F Rahmen 1 A C D A B A F ACDABA-F Rahmen 2 A C A B A AC-ABAF- A---BAFD Rahmen 3 Rahmen 4 A B A F A B A F D Kollision bei der Belegung ACEEBAFD Rahmen 5 A C E E B A F D t Medienzugriff RESERVATION-TDMA Reservation Time Division Multiple Access Ein Rahmen besteht aus N Minizeitschlitzen und x Datenzeitschlitzen. Jede Station hat ihren Minizeitschlitz und kann darin bis zu k Datenzeitschlitze reservieren (d. h. x = N k) Im Daten-Teil des Rahmens können nicht benutzte Zeitschlitze gemäß Round-Robin-Methode von anderen Stationen mitverwendet werden. 350 Fachgebiet Kommunikationsnetze 19

20 5. Medienzugriff RESERVATION-TDMA ABLAUF N Minischlitze N * k Datenschlitze z.b. N=6, k=2 Rahmen Reservierung für diesen Datenbereich freie Zeitschlitze können zusätzlich gemäß Round-Robin mitbenutzt werden Wegewahl bei Satellitenkommunikation VORAUSSETZUNGEN ZUM LOKALISIEREN VON MOBILSTATIONEN Systeme benutzen ähnliche Mechanismen wie bei GSM In Bodenstationen oder Gateways werden Benutzerdaten abgelegt HLR (Home Location Register): Stammdaten des Teilnehmers VLR (Visitor Location Register): (letzter) Aufenthaltsort des TN SUMR (Satellite User Mapping Register): zugeordneter Satellit des TN Positionen aller Satelliten 352 Fachgebiet Kommunikationsnetze 20

21 6. Wegewahl bei Satellitenkommunikation KOMMUNIKATIONSVERBINDUNGEN ÜBER SATELLITEN Anmeldung einer Mobilstation: Feststellen der Position durch den Satelliten Anforderung der Benutzerdaten im HLR Neuzuordnung des VLR und SUMR Anrufen einer Mobilstation: Feststellen der Position der Mobilstation über die Register Verbindungsaufbau über entsprechenden Satelliten Wegewahl bei Satellitenkommunikation EINFACHE VERMITTLUNGSFUNKTION Satellit nur einfacher Repeater Umsetzen des Uplinks auf den Downlink Kommunikation nur mit Erdstationen Einfach Langsam (0,25 s Verzögerung über einen geostationären Satelliten!), wenn mehrere Satelliten genutzt werden sollen: 354 Fachgebiet Kommunikationsnetze 21

22 6. Wegewahl bei Satellitenkommunikation INTERSATELLITENKOMMUNIKATION Verbesserungsmöglichkeit: Intersatellitenlinks (ISL) reduziert Anzahl erforderlicher Gateways Gespräche werden so weit wie möglich über Satelliten geführt (weniger Gebühren für terrestrische Netze) bei Verbindung zweier Mobilstationen nur ein Uplink und ein Downlink nötig Wegewahl bei Satellitenkommunikation PROBLEME DER ISL Probleme: präzise Ausrichtung der Antennen komplex kompliziertes Regelungssystem wegen Eigenbewegung der Satelliten nötig höherer Treibstoffverbrauch kürzere Lebensdauer Iridium und Teledesic mit ISL geplant Andere Systeme benutzen Gateways und terrestrische Netze 356 Fachgebiet Kommunikationsnetze 22

23 6. Wegewahl bei Satellitenkommunikation HANDOVER Wechsel des physikalischen Kanals, ohne dass eine bestehende Verbindung unterbrochen wird Wesentliches Leistungsmerkmal eines Mobilfunknetzes Notwendigkeit des Handovers besonders bei MEOs und LEOs, da diese sich relativ zur Erdoberfläche bewegen LEOs : 7 km/s Wegewahl bei Satellitenkommunikation BEWEGUNG EINER AUSLEUCHTZONE Bahngeschwindigkeit des Satelliten (ca km/h) Ausleuchtzone Geschwindigkeit aufgrund der Erdrotation (ca km/h) 358 Fachgebiet Kommunikationsnetze 23

24 6. Wegewahl bei Satellitenkommunikation AUSLEUCHTZONE AM BEISPIEL IRIDIUM In einer Minute neue überflogene Fläche Zellfläche = km 2 (IRIDIUM) (dunkle Fläche) = km 2 t=0 min. t=1 min Wegewahl bei Satellitenkommunikation HÄUFIGKEIT VON HANDOVER-EREIGNISSEN Beispiel IRIDIUM In einer Minute überfliegt eine IRIDIUM-Satellitenzelle eine Fläche, die 1,12 mal so groß ist wie die Zellfläche Bei einem Verkehrsaufkommen von 80 Erl. beträgt die Zahl der Handover- Ereignisse durchschnittlich 80 1,12 = 90 pro Minute Die Zahl neuer Verbindungen bei einer durchschnittlichen Gesprächsdauer von 2 Minuten und 80 Erl. Verkehr beträgt 40 pro Minute Die Zahl der Handover-Ereignisse ist also um den Faktor 2,25 größer! 360 Fachgebiet Kommunikationsnetze 24

25 6. Wegewahl bei Satellitenkommunikation HANDOVER-TYPEN IN SATELLITENSYSTEMEN Intrasatelliten-Handover Intersatelliten-Handover Gateway-Handover Intersystem-Handover Komplexität Wegewahl bei Satellitenkommunikation INTRASATELLITEN-HANDOVER von einem Spotbeam zum nächsten Mobilstation noch im Footprint des Satelliten, aber in anderer Zelle Verbindung wird innerhalb des Satelliten von einem Spot in den nächsten umgelenkt 362 Fachgebiet Kommunikationsnetze 25

26 6. Wegewahl bei Satellitenkommunikation INTERSATELLITEN-HANDOVER Handover von einem Satelliten zum nächsten Mobilstation nicht mehr im Footprint eines Satelliten Relevant: Auswahl eines geeigneten Satelliten beim Verbindungsaufbau / beim Handover Satellit, der über einen möglichst langen Zeitraum sichtbar bleibt Eventuell Verschlechterung der Kanalparameter, da auch ungünstige, noch akzeptable Elevationen auftreten können Satellit, der optimale Kanalparameter aufweist Wahrscheinlich viele Handover notwendig Wegewahl bei Satellitenkommunikation VERFAHREN ZUR AUSWAHL DES SATELLITEN (I) Maximierung des momentanen Elevationswinkels Auswahl des Satelliten mit dem momentan größten Elevationswinkel Handover werden auch schon bei noch ausreichender Verbindungsqualität durchgeführt Verringerte Abschattungswahrscheinlichkeit Eventuell viele unnötige Handover 364 Fachgebiet Kommunikationsnetze 26

27 6. Wegewahl bei Satellitenkommunikation VERFAHREN ZUR AUSWAHL DES SATELLITEN (II) Minimierung der Intersatelliten-Handoverrate Handover erst bei Erreichen eines vorgegebenen minimalen Elevationswinkels e min Auswahl des noch am längsten sichtbaren Satelliten Dazu Positionsbestimmung der Mobilstation erforderlich Niedrige Handover-Rate bei zeitweise unakzeptabler Verbindungsqualität Wegewahl bei Satellitenkommunikation GATEWAY-HANDOVER Gateway-Handover Handover von einem Gateway zum nächsten Mobilstation noch im Footprint des Satelliten, aber Gateway nicht mehr in diesem Footprint Verbindung muss im Festnetz umgeleitet werden! 366 Fachgebiet Kommunikationsnetze 27

28 6. Wegewahl bei Satellitenkommunikation INTERSYSTEM-HANDOVER Integration von Satellitennetzen in terrestrische Zellularnetze Wechsel einer aktiven Verbindung von einer terrestrischen Zelle zu einer Satellitenzelle (Spotbeam) oder umgekehrt Typische Anwendungen: Unterstützung lokaler Zellularnetze durch das Satellitennetz in stadtfernen Gebieten Wegewahl bei Satellitenkommunikation OVERLAY-NETZWERKE Integration heterogener Fest- und Mobilnetze mit stark variierenden Übertragungscharakteristika Regionalnetze Vertikaler Handover Stadtnetze Campusnetze Horizontaler Handover Gebäudenetze 368 Fachgebiet Kommunikationsnetze 28

29 6. Wegewahl bei Satellitenkommunikation INTERSYSTEM-HANDOVER AM BEISPIEL GSM S-VLR SRSS VLR HLR BTS BSC MSC SS Satellitensysteme GEOSTATIONÄRE SATELLITENSYSTEME Primär nur für ortsfeste Dienste geeignet DTAG bietet seit 1982 satellitengestützte Mobilfunkdienste über die Inmarsat-Organisation (International Maritime Satellite Organisation) Deutschland ist seit 1979 Mitglied dieser Organisation, deren Sitz London ist Die von Inmarsat angebotenen Dienste beschränkten sich ursprünglich nur auf den maritimen Einsatz Das Inmarsat-Satellitensystem besteht aus 11 Satelliten, vier Betriebs- und 7 Reservesatelliten Reservesatelliten können von verschiedenen Organisationen angemietet werden 370 Fachgebiet Kommunikationsnetze 29

30 7. Satellitensysteme KONFIGURATION DER INMARSAT-BETRIEBSSATELLITEN Satellitensysteme LEO-SYSTEME Seit 1990 hat Motorola inc. die Entwicklung des IRIDIUM-Systems bekannt gegeben Der Betrieb von IRIDIUM wurde im März 2000 (bei Nutzern) eingestellt Deorbiting war geplant (Kosten 50 Mio. US$) Ein Zusammenschluss (Boeing, US DoD) hat das IRIDIUM-Projekt (vorläufig) gerettet Jetziger Betreiber Iridium Satellite LLC, Übernahmekosten 25 Mio. US$ Firma in U.S.A., um 2 Mrd. US$ von Motorola als Schadensersatz einzuklagen Direkter Konkurrent Globalstar Drittes Quartal 2000: Die Wachstumsrate von Globalstar sowohl bei den Kundenzahlen als auch bei der Nutzung ist stetig, aber dennoch unannehmbar langsam ( Nutzer) 372 Fachgebiet Kommunikationsnetze 30

31 7. Satellitensysteme IRIDIUM Ursprünglich mit 77 Satelliten geplant (Element Iridium hat 77 Elektronen) Betrieb mit 66 Satelliten plus 6 Reservesatelliten Erstes kommerzielles LEO-System, das die gesamte Welt abdeckt Satelliten kreisen in 780 km Höhe Satelliten wiegen ca. 700 kg Relativ hohes Gewicht wegen ISL-Unterstützung Iridium heute: Iridium is the world's only truly global mobile satellite communications company, with voice and data solutions covering every inch of the Earth's surface Satellitensysteme AUSLEUCHTZONE DES IRIDIUM-SYSTEMS 374 Fachgebiet Kommunikationsnetze 31

32 7. Satellitensysteme GLOBALSTAR 48 Satelliten plus 4 Reservesatelliten Einfachere Satelliten, da kein ISL unterstützt wird Gewicht des Satelliten ca. 450 kg Dadurch geringeres Startgewicht der Raketen Keine weltweite Abdeckung (nur Gebiete zwischen 70 nördlicher und südlicher Breite), dafür größere Bandbreite Weicher Übergang von einem Satelliten zum nächsten durch CDMA und gleichzeitigem Empfang mehrerer Satelliten Laut Pressemeldung sollte ab Sommer 2009 die zweite Generation Globalstar- Satelliten die 32 verbliebenen Satelliten der ersten Generation ablösen Satellitensysteme AUSLEUCHTZONEN DES GLOBALSTAR-SYSTEMS 376 Fachgebiet Kommunikationsnetze 32

33 7. Satellitensysteme AUSLEUCHTUNG GEMÄß WEB-SITE cid_101/voice-coverage_map_sep9_15.jpg satellite phone wifi hotspot and voip phone Satellitensysteme TELEDESIC Unternehmen 1990 gegründet von Craig McCaw und Bill Gates Weltweites breitbandiges Satellitennetz Breitbandiger Internet-Zugang Kundengruppe umfasst Firmen, Schulen, Krankenhäuser,... Ziel: 64 Mbit/s Downlink 2 Mbit/s Uplink (mit speziellen Antennen sogar 64 Mbit/s) Erste Komponenten des Systems sollen 2003 in Betrieb gehen Planung: 288 Satelliten + Reserve Einstellung des Systems am 1. Oktober 2002! 378 Fachgebiet Kommunikationsnetze 33

34 7. Satellitensysteme SATELLITENBAHNEN IM TELEDESIC-SYSTEM Satellitensysteme INTERMEDIATE CIRCULAR ORBIT ICO MEO-System Unternehmensgründung ICO (Intermediate Circular Orbit) für Inmarsat-P21- Projekt 10 Satelliten in zwei Bahnen mit 45 Inklination, 2 Reserve-Satelliten Auswahl des Satelliten mit der besten Kanalqualität, durchschnittliche Elevation 40 Satellitengewicht kg Lebensdauer 12 Jahre Im Jahr 2000 bankrott, dann als New ICO wieder auferstanden: next-generation Multimedia Service ICO mim für Fahrzeuge 380 Fachgebiet Kommunikationsnetze 34

35 7. Satellitensysteme ICO-AUSLEUCHTZONE Satellitensysteme ÜBERSICHT ÜBER VORGESTELLTE MEO/LEO-SYSTEME Iridium Globalstar ICO Teledesic # Satelliten Höhe (km) ca. 700 Abdeckung global 70 Breite global global min. Elevation Frequenzen [GHz (circa)] 1,6 MS 29,2 19,5 23,3 ISL 1,6 MS 2,5 MS 5,1 6,9 2 MS 2,2 MS 5, ,8 62 ISL Zugriffs- FDMA/TDMA CDMA FDMA/TDMA FDMA/TDMA methode ISL ja nein nein ja Datenrate 2,4 kbit/s 9,6 kbit/s 4,8 kbit/s 64 Mbit/s 2/64 Mbit/s # Kanäle Lebensdauer 5-8 7, [Jahre] Kosten (grobe 4,4 Mrd 3 Mrd 4,5 Mrd 9 Mrd Abschätzung) Bankrott! Übernahme soll ausgebaut werden Bankrott! New ICO vor Start eingestellt 382 Fachgebiet Kommunikationsnetze 35

36 7. Satellitensysteme KOSTENVERGLEICH IRIDIUM Globalstar ICO Teledesic Betreiber Systemkosten (Mio. US$) Gesprächsminute (US$) Endgerätekosten (US$) Urspr. Motorola Loral Qualcomm INMARSAT 3,7 2 2,6 9 2,25 0,4+X 1,25+X Microsoft, McCaw Cellular Satellitensysteme DATENDIENSTE ÜBER SATELLIT, BEISPIEL ASTRA IP Multicast Streaming High Speed Internet Access Quelle: Fachgebiet Kommunikationsnetze 36

37 LITERATUR Linnartz, Jean Paul (2010): Wireless Communication. Jean Paul Linnartz' Reference Website. Online verfügbar unter Maral, Gérard; Bousquet, Michel; Sun, Zhili (2009): Satellite Communications Systems. Systems, Techniques and Technology. 5th edition. Chichester, West Sussex, U.K.: John Wiley & Sons. Schiller, Jochen (2003): Mobilkommunikation. 2., überarbeitete Auflage. München: Pearson-Studium (Pearson Studium Informatik). Tanenbaum, Andrew S.; Wetherall, David (2014): Computer Networks. 5. edition. Harlow, Essex: Pearson Education (Pearson Custom Library). Walke, Bernhard (2001): Mobilfunknetze und ihre Protokolle, Band 2. Bündelfunk, schnurlose Telefonsysteme, W- ATM, HIPERLAN, Satellitenfunk, UPT. 3. Auflage. Stuttgart, Leipzig, Wiesbaden: B.G. Teubner (Informationstechnik, 2). (Quelle für Bilder der Ausleuchtzonen) 385 Fachgebiet Kommunikationsnetze 37