SeRANIS-Doktoranden präsentieren auf der WSA einen B5G/6G-Demonstrator, der die Zukunft der drahtlosen Kommunikation einläutet.
Vom 17. bis 19. März 2024 fand an der Technischen Universität Dresden der „27th International Workshop on Smart Antennas“ (WSA 2024) statt. Dort präsentierten die SeRANIS-Doktoranden Diego Tuzi, Phoebe Agbo und Sertaç Övünç Kaya einen “B5G/6G-Demonstrator für indirekte Satellitenkonnektivität“. Die Demo stieß auf großes Interesse an dem SeRANIS-Satelliten „ATHENE 1“, insbesondere seitens der Organisatoren IEEE, IEEE Communication Society und 5G Lab Germany – ein starkes Zeichen für das Potenzial der wegweisenden Technologie.
Eine Revolution in der Netzwerkintegration
Ein 5G-System, besteht in der Regel aus einem Kern- und einem Funkzugangsnetz (Radio Access Network, RAN), die über eine Glasfaserverbindung miteinander verbunden sind. Das Kernnetz kann man sich als einen Server oder mehrere in Datenzentren verteilte Server vorstellen. Es übernimmt u.a. die Authentifizierung, mit der überprüft wird, ob sich ein Smartphone-Nutzer mit seiner SIM-Karte im Netz anmelden und dessen Dienste nutzen kann. Das Funkzugangsnetz hingegen besteht aus mehreren Basisstationen, die als „Antennentürme“ erkennbar sind.
Der B5G/6G-Demonstrator bietet an dieser Stelle ein praktisches Beispiel für die nahtlose Integration von terrestrischen und nicht-terrestrischen Netzwerken. Statt herkömmlicher Glasfaserverbindungen wird ein Satellitennetz im erdnahen Orbit (Low Earth Orbit, LEO) eingesetzt, um das Kernnetz mit dem entsprechenden Funkzugangsnetz zu verbinden.
Diese innovative Architektur, bekannt als LEO-Satelliten-Backhauling, verspricht, die Abdeckung terrestrischer Netze in entlegene Gebiete zu erweitern, in denen keine Glasfaserverbindungen aufgrund der hohen Kosten und schlechten Praktikabilität installiert werden können. Dank der indirekten Satellitenverbindung bedarf es nur der Installation einer Basisstation (also des Turms mit den Antennen), mit der sich das Smartphone verbindet. Diese Station nutzt dann eine Satellitenverbindung, um das Kernnetz und das Internet über eine Satellitenkonstellation (z. B. Starlink, OneWeb) zu erreichen. Somit wäre ein schneller mobiler Internetzugang, beispielsweise in einer kleinen Gemeinde im ländlichen Raum, möglich. Eine solche Netzwerkerfahrung würde herkömmlichen Verbindungen in ihrer Leistung sehr ähneln und zusätzlich dazu beitragen, die „digitale Kluft“ zu verringern.
Deep Dive
Die Demo zeigte eindrucksvoll, dass gängige Anwendungen die Verzögerungen und Leistungseinbußen tolerieren können, die für LEO-Satellitennetze typisch sind. Dies wurde durch die Implementierung von verschiedenen Lösungen ermöglicht: Die Kernseite des Netzes nutzt die open5GCore-Lösung des Fraunhofer FOKUS, während das End-to-End-LEO-Satellitensystem mit dem Open-Source-Projekt openSAND (CNES und Thales Alenia Space) nachgeahmt wurde. Die RAN-Seite verwendet eine gNB-Basisstation von Amarisoft, die eine drahtlose Verbindung mit herkömmlichen Smartphones und Modems ermöglicht.
Ausblick und Chance für ATHENE 1
Das Team plant bereits den nächsten Schritt in Richtung Zukunft des Mobilfunks. Auch die direkte Konnektivität soll mit dem SeRANIS-Satelliten ATHENE 1 getestet werden: Hier wird der Satellit selbst als Basisstation fungieren (nicht am Boden, sondern nur im Weltraum) und sich direkt mit dem Smartphone verbinden. Neben der Bevölkerung könnten von diesem Anwendungsfall auch Wissenschaftler und Soldaten profitieren.
Ein Beispiel: Man stelle sich einen Forscher vor, der in ein paar Jahren Untersuchungen in der Antarktis durchführt. Plötzlich entdeckt er etwas, was er nicht zuordnen kann, und möchte via Smartphone seinen Partner aus dem weit entfernten Labor kontaktieren. In naher Zukunft soll dies problemlos möglich sein.
ATHENE 1 wird es also ermöglichen, RF/optische Backhauling- und Direktverbindungslösungen zu testen. Diese Fortschritte werden nicht nur die Konnektivität in entlegenen Gebieten revolutionieren, sondern auch die Vision von IMT-2030 (6G) der ITU vorantreiben.
