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05.01.1996

Satellitenkommunikation/Ueberblick: Dienste fuer die Kommunikation per Satellit

Mit dem Schritt in den Massenmarkt Mobilkommunikation wird eine neue Generation von Kommunikationssatelliten erscheinen, kurz als "LEO" und "MEO" bezeichnet. Die Kuerzel stehen fuer Low- beziehungsweise Medium-Earth-Orbit und beschreiben die mittlere Bahnhoehe der Satelliten, wobei Low fuer etwa 600 bis 1000 und Medium fuer etwa 5000 bis 10000 Kilometer steht.

Im Vergleich zu den bekannten geostationaeren Satelliten (GEO) wie Eutelsat und Intelsat mit Bahnhoehen von 36000 Kilometern handelt es sich also um recht niedrige Umlaufbahnen. Erst sie jedoch ermoeglichen einen Funkkontakt mit kleinen Mobilgeraeten.

Aufgrund einer internationalen Konvention von 1979 hatte bis vor einigen Jahren exklusiv Inmarsat das Recht, mobile satellitengestuetzte Kommunikationsdienste anzubieten. Diese International Maritime Satellite Organisation umfasst heute 76 Mitgliedslaender. Zu den zunaechst auf maritime Anwendungen beschraenkten Services sind 1988 auch die Dienste fuer aeronautische und landmobile Kommunikation hinzugekommen.

Sie nutzen die terrestrischen Fernmeldenetze fuer den Zugang zu den Festnetzanschluessen. Im All laeuft die Kommunikation ueber drei geostationaere Satelliten, die fest ueber dem Atlantik, dem Pazifik und dem Indischen Ozean positioniert sind. Sie reichen fuer eine - mit Ausnahme der Polarzonen - globale Funkversorgung vollkommen aus. In Deutschland vermarktet die DeTeMobil die Inmarsat-Dienste.

Internationale Standards seit Ende der 70er Jahre

Mit dem Standard A hat Inmarsat 1979 seine operationelle Taetigkeit fuer den internationalen Schiffsverkehr begonnen. Es ist ein analoges Gegensprech-Fernmeldenetz, das in den meisten Punkten dem analogen terrestrischen Fernsprechnetz entspricht. Deshalb lassen sich ueber entsprechende Modems weitere Dienste wie Fax-, Telex-, Teletex- und Datendienste bis 9,6 Kbit/s ueber diese Kanaele abwickeln. Auf der mobilen Seite sind Parabolantennen von etwa einem Meter Durchmesser mit Schwenkmechanik noetig, um eine sichere Verbindung zum Satelliten zu gewaehrleisten. Bis Anfang 1995 waren in Deutschland 538 Anlagen nach Standard A zugelassen.

Seit Mitte 1991 ist der digitale Standard B verfuegbar. Er soll langfristig den inzwischen veralteten analogen Standard A abloesen und bietet die gleichen Dienste wie dieser, jedoch mit verbesserter Uebertragungsqualitaet. Auch im Standard B ist auf der mobilen Seite eine Parabolantenne mit Schwenkmechanik erforderlich. Ihr Durchmesser ist mit 85 Zentimeter allerdings etwas kleiner als beim Standard A. Der Datendienst in Standard B wurde verbessert und erreicht eine Uebertragungsrate von 16 Kbit/s. Fuer Standard B gab es in Deutschland bis Anfang 1995 nur eine einzige Zulassung.

Standard C wurde im Mai 1989 eingefuehrt und bietet volle Mobilitaet, denn er verzichtet beim Mobilgeraet auf eine nachzufuehrende Richtantenne. Damit stehen Inmarsat-Dienste auch fuer viele landgebundene Anwendungen, die sich bisher nicht bedienen liessen, zur Verfuegung.

Speditionsunternehmen zum Beispiel erkannten die Moeglichkeit, ihre Fahrzeugflotten europaweit ueber Satellit staendig erreichen und leiten zu koennen, was ihre Wirtschaftlichkeit und Termintreue verbesserte. Allerdings hat die Mobilitaet auch ihren Preis: Es ist ausschliesslich Datenverkehr mit nur 600 Bit/s moeglich. Die Uebertragung findet paketorientiert nach dem Store-and-forward- Prinzip statt. Nach Standard C waren in Deutschland bis Anfang 1995 immerhin 613 Geraete zugelassen.

Der Inmarsat-Standard Aeronautical fuer Verkehrsflugzeuge des Mittel- und Langstreckendiensts gilt seit 1990. Er bietet mehrkanalige Verbindungen (bis zu sechs) sowohl zur Passagierkommunikation als auch zur betrieblichen Nutzung der Airline, um beispielsweise aktuelle Flug- und Maschinendaten in die Einsatzzentrale zu uebertragen. Die Flugzeuge haben flache Array-Antennen, deren Richtcharakteristik sich elektronisch steuern laesst.

Aeronautical ist ein digitaler Standard fuer Sprach-, Fax- und Datenuebertragung mit 9,6 Kbit/s. Er bietet neben Airline-internen Anwendungen Fluggaesten auf den langen Interkontinentalstrecken erstmals die Gelegenheit, weltweit mit jedem Anschluss zu kommunizieren, der ueber das Festnetz erreichbar ist.

Der 1992 eingefuehrte digitale Standard M bietet Sprach-, Fax- und Datenuebertragung, jedoch mit reduzierten Leistungsmerkmalen. Sprache wird mit 6,4 Kbit/s uebertragen, was nur eine maessige Tonqualitaet zulaesst. Die Datenuebertragung erlaubt Transferraten von nur 2,4 Kbit/s und bleibt damit hinter der im Festnetz ueblichen zurueck. Der Vorteil des Standards liegt darin, dass sich kleine Array-Antennen von nur 15 x 90 Zentimetern verwenden lassen, die auch nur grob auf den Satelliten auszurichten sind.

Damit eroeffnen sich fuer Geschaeftsreisende in infrastrukturschwachen Gebieten weltweite Kommunikationsmoeglichkeiten mit einem Geraet in der Groesse eines Aktenkoffers. In dessen Deckel ist die Array-Antenne mit der zugehoerigen Elektronik integriert, der Boden enthaelt das eigentliche Funktelefon mit Bedienteil. Das gesamte Geraet wiegt weniger als zehn Kilogramm. Die Attraktivitaet dieses juengsten Inmarsat-Sprosses zeigt die Zahl von 278 Zulassungen in Deutschland bis Anfang 1995.

Die Bezeichnung VSAT ist kein Betreibername, sondern ein technisches Akronym, das sich aus den Worten "Very Small Aperture Terminal" zusammensetzt. Damit sind die relativ kleinen Parabolantennen der Aussenstationen gemeint, die einen Durchmesser von 1,2 bis 1,8 Meter haben. Sie benoetigen ein stabiles Fundament und muessen wegen ihrer starken Richtwirkung exakt auf den geostationaeren Satelliten ausgerichtet sein.

VSAT-Dienste bieten die grossen Satellitenorganisationen wie Intelsat und Eutelsat an, allerdings nicht direkt dem Endkunden, sondern grossen Kommunikationsunternehmen, die diese weitervermarkten. Hierzu sind Lizenzen noetig. Inzwischen sind in einem harten Konkurrenzkampf um die Gunst der Kunden die VSAT- Preise derart gefallen, dass manche Anwender heute sogar innerdeutsche Verbindungen mittels VSAT realisieren.

Dem Endkunden werden Kommunikationsdienste mit Datenraten bis 64 Kbit/s als Simplex- oder Duplexkanal angeboten, ueber die sich Sprach-, Fax-, Daten- und Bilddienste abwickeln lassen. Die Service-Provider duerfen sogar Sprachdienste unter dem inzwischen gelockerten Fernsprechmonopol in Corporate Networks beziehungsweise wirtschaftlich engverflochtenen Unternehmen anbieten. Betreiber der VSAT-Bodenstationen sind grosse Lizenznehmer, die ihrerseits wiederum Kapazitaet an kleinere VSAT- Service-Provider verkaufen. Die Verbindung von der VSAT- Bodenstation zur Zentralstation des Nutzers erfolgt in der Regel ueber eine Mietleitung der Telekom.

Die typische VSAT-Struktur besitzt eine mit der VSAT-Bodenstation verbundene Zentralstation und eine Anzahl von Aussenstationen in der Reichweite eines geostationaeren Satelliten. Die Zentralstation ist in der Regel mit der Informations- und Kommunikationszentrale eines Unternehmens identisch. Die Aussenstationen koennen beispielsweise in den osteuropaeischen Niederlassungen des Unternehmens stehen, die ueber VSAT mit der Zentrale verbunden sind. Waehrend frueher nur der Verkehr zwischen der Aussen- und der Zentralstation moeglich war, laesst das VSAT-Verfahren inzwischen auch die Kommunikation zwischen den Aussenstationen zu.

Bis Mitte 1995 waren in Deutschland 49 Service-Provider fuer VSAT- Dienste lizenziert, wobei die Rundfunkanstalten eine grosse Anbietergruppe bilden. Der starke Wettbewerb hat zwar die Preise gedrueckt, dafuer aber die Auswahl erschwert. Denn jeder Anbieter verwendet sein eigenes Abrechnungsmodell, zum Beispiel pauschal nach der Bit-Rate oder exakt gemessen nach der uebertragenen Informationsmenge. Dadurch ist es zu einer Tarifvielfalt wie bei den GSM-Service-Providern gekommen. Potentielle VSAT-Kunden sollten sich fuer einen Kostenvergleich etwas Zeit nehmen, es lohnt sich.

Gegen Ende des 20. Jahrhunderts werden die eingangs erwaehnten LEO- und MEO-Satellitendienste die terrestrischen Kommunikationsdienste ergaenzen. Da sie zwangslaeufig im Wettbewerb zu den terrestrischen Diensten stehen, muessen die Anbieter die Kosten fuer den Nutzer attraktiv gestalten. Das wird der Satellitenkommunikation einen weiteren Schub geben.

Das Prinzip der LEO/MEO-Systeme beruht auf dem Direktempfang der Satellitensignale durch die Mobilstationen, die auf die Groesse eines Handy schrumpfen. Sie werden wie die heutigen Geraete nach dem Mobilfunkstandard Global System for Mobile Communications (GSM) mit PCMCIA-Schnittstellen zum Anschluss kleiner tragbarer Datenendgeraete (Notebooks, Sub-Notebooks) ausgeruestet sein.

Komfortable Geraete werden automatischen Dualmode-Betrieb erlauben. Wo beispielsweise ein terrestrisches GSM-Netz verfuegbar ist, wird vorzugsweise dieses genutzt, andernfalls automatisch auf das entsprechende LEO/MEO-System geschaltet. Die LEO/ MEO-Datendienste werden mit brutto 4,8 und netto 2,4 Kbit/s nicht ganz den Datendurchsatz bieten, der heute in terrestrischen Datenfunknetzen ueblich ist.

Wie bei den Inmarsat-Services dienen die oeffentlichen internationalen Fernmeldenetze als Zugang zu den Festnetzanschluessen. Die Rufnummer des Mobilteilnehmers ist als persoenliche Kennung weltweit nur einmal im Netz vergeben, so dass die LEO/ MEO-Systeme erstmals ein lueckenloses weltweites "Roaming" gestatten.

Von den vielen LEO/MEO-Konzepten seien stellvertretend nur vier genannt: Globalstar (LEO), Inmarsat-P (MEO), Iridium (LEO) und Odyssey (MEO). Das Raumsegment dieser Konzepte ist wesentlich aufwendiger als das der geostationaeren Systeme. Iridium etwa benoetigt 66 LEO-Satelliten in elf polaren Umlaufbahnen, wobei die Satelliten zu Vermittlungszwecken im Orbit miteinander verbunden sind. Ab 1998 sollen die ersten Systeme den kommerziellen Betrieb aufnehmen. Bis dahin sind noch viele technische Probleme zu loesen, und man darf darauf gespannt sein, welches System zuerst verfuegbar sein wird.

Die Navigationsdienste zaehlen zwar nicht zu den Kommunika- tionsdiensten, ergaenzen diese aber vorteilhaft, so dass einige zukuenftige LEO/MEO-Systeme Kommunikations- und Navigationsdienste in integrierter Form anbieten werden. Aber auch heute existieren schon weltweit zwei satellitengestuetzte Navigationssysteme: das amerikanische "Global Positioning System" (GPS) und die russische Entwicklung "Glonass".

Navigationsdienste erlauben eine dreidimensionale Positionsbestimmung durch recht kleine mobile Empfaenger. Diese liefern in kurzen Abstaenden aktuelle Positionsdaten - allerdings nur bei vorhandenem Funkkontakt zum Satelliten. Dazu muss die Sicht nach oben frei sein, schon enge Haeuserschluchten koennen den Kontakt stoeren.

Die Ortungsgenauigkeit von GPS liegt fuer die zivile Nutzung bei etwa 100 Meter. Das System laesst sich durch eine terrestrische Station zum Differential-GPS (DGPS) ergaenzen und erreicht dann eine Genauigkeit von etwa zehn Meter.

Die Europaeische Union arbeitet unter dem Titel Global Navigation Satellite System (GNSS) an einem zweistufigen europaeischen Konzept zur satellitengestuetzten Navigation. GNSS1 soll durch ein geostationaeres Overlay ueber Inmarsat III eine Erweiterung von GPS/Glonass bringen. Vorgesehen ist die Realisierung von GNSS1 in den Jahren 1998 bis 2000. Mit GNSS2 will sich dann Europa mit einem autonomen Satelliten-Navigationssystem von Amerika und Russland unabhaengig machen. Hierzu soll 1998 die Systemdefinition zum Abschluss kommen.

*Detlev Klostermann ist Geschaeftsfuehrer der Funk-Consult, Beratung und Planung Mobilkommunikation, in Senden.

Kurz & buendig

Eine Satellitenorganisation wie Inmarsat bietet ueber Dienstleistungsunternehmen ihre Verbindungen in verschiedenen Standards an, die sich auf die Qualitaet der Uebertragung beziehen. So gibt es fuer die unterschiedlichen Beduerfnisse der Kunden adaequate Loesungen. Die Service-Provider erweitern das Angebot durch VSAT-Dienste, die Kommunikationslinien am Boden einbeziehen. Starke Konkurrenz hat die Preise deutlich gesenkt, aber unterschiedliche Preisstrukturen erschweren die Auswahl. Juengste Bestrebungen zielen darauf, auch Handies per Satellit anwaehlbar zu machen.