Kommunikation über Satellit

Um eine vernünftige Entscheidung zu treffen ist es nötig etwas tiefer in die unterschiedlichen Systeme zu schauen. Erst mal einen Blick auf die unterschiedlichen Satellitensysteme. Da sind bei weitem nicht nur GPS und Iridium. Und die sind bei weitem nicht alle gleich! Und warum nicht nur UMTS?

Unterschiedliche SAT Systeme. Abhängig von der Flughöhe ergibt sich eine andere Flugbahn:

  • Parkbahn 150-200 Km Flughöhe (Bis hier kommen die meisten Transportraketen mit der Last)
  • LEO (Low-Earth-Orbit) 200-2’000 Km Flughöhe, leicht zu erreichen. 7Km/Sec.. 100 Min. Erdumlaufzeit. ca. 15 Min. Sichtbar/Empfangbar
  • MEO (Medium Earth Orbit) 2’000−36’000 Km Flughöhe. ca. 2-4 Std. Sichtbar/Empfangbar
  • GTO (Geotransferorbit) 200−800 Km Flughöhe Perigäum, 36.000 km Apogäum
  • GSO, IGSO (Geosynchroner Orbit) Umlaufzeit von 23h56min04s
  • GEO (geostationären Orbit) 35’786 Km Flughöhe. 250ms Signallaufzeit!
  • Supersynchroner Orbit
  • HEO (Highly Elliptical Orbit) 200 bis 15.000 km bzw. 50.000 bis 400.000 km Flughöhe
  • Friedhofsorbit ca. 300 Km oberhalb der GEO-Orbits

Mal eine Begriffssammlung

  • Globalstar (Hier laufen die SPOT)
  • Inmarsat (GEO)
  • Starlink (LEO)
  • Thuraya
  • Orbcomm
  • Ellipso
  • ACeS (ASIA Cellular Satellite)
  • NAVSTAR GPS, Navigational Satellite Timing and Ranging – Global Positioning System (MEO)
  • GLONASS (MEO)
  • Galileo (MEO)
  • Beiodou
  • Indian Regional Navigation Satellite System
  • Quasi-Zenit-Satelliten-System
  • InReach
  • GEOSAR (Hier läuft EPIRB)
  • Iridium (LEO)

Eines gleich vorne weg. Ich habe nicht DAS System und das existiert auch nicht. Dazu kommt, dass es sich auch verändern kann da gewisse Parameter sich verändern.

Für einen Entscheid sind folgende Parameter interessant:

  • Wo auf diesem Globus bewege ich mich (Welche Länder)
  • Anschaffungskosten
  • Betriebskosten
  • Verbindungskosten
  • Trackingkosten
  • Spannungsversorgung und Verbrauch
  • Handlichkeit
  • Verfügbarkeit
  • Verbindungssicherheit
  • Erlaubt in dem Gebiet in dem ich mich bewege?
  • Was will ich mit den Trackingdaten alles machen können?
  • Einbindung in eine Webseite?
  • Netzabdeckung

Erst mal die Satellitensysteme für Kommunikation

  • Iridium (USA), 66 Satelliten auf 6 Umlaufbahnen (Geplant waren 77 Satelliten, daher der Name Iridium
    War in Jahr 2000 Konkurs! Am 1.1.2001 gerettet.
    Über das Iridium-Satellitennetzwerk ist weltweiter Empfang möglich, jedoch kann der Iridium-Empfang zeitweise ausfallen!
    Die Satellitenkommunikation über das Iridium-Satellitennetzwerk ist sehr anfällig für Störungen der Sichtverbindung.
    Unterbrechungsfreiheit ist bei klarer Sicht zum Himmel in alle Richtungen ab einem Höhenwinkel von 8,2° gegeben. Um eine einwandfreie, unterbrechungsfreie Kommunikation mit Iridium sicherzustellen, darf kein Objekt ab einem Höhenwinkel von 8,2° die Sicht zum Himmel stören. Als Faustregel gilt die geballte Faust bei waagerecht ausgestrecktem Arm. Die Höhe der geballten Faust entspricht ungefähr dem Höhenwinkel von 8,2°. Kein Objekt darf höher als die geballte Faust zum Himmel ragen.
    In einer sehr tiefen Schlucht, in der nur im Zenit uneingeschränkte Sicht zum Himmel besteht, ist im schlimmsten Fall über 120 Minuten keine Kommunikation möglich, da in dieser Zeit kein Iridium-Satellit in Sichtkontakt kommt. Durch die Erddrehung und Bewegung der Satelliten auf ihren Umlaufbahnen befindet sich nach rund 120 Minuten wieder ein Satellit im Zenit.
    Auf der Webseite „ASE Satfinder“ (siehe Weblinks) oder mit einer Smartphone-App zum Satellitentracking kann der aktuelle Standort der Iridium-Satelliten am Himmel berechnet werden. Hierzu benötigt die Satellitentracking-App aktuelle Satellitenbahndaten. Mit diesen TLE-Daten kann die App die Standorte aller Iridium-Satelliten für die nächsten 2 Stunden bestimmen. Mit Hilfe dieser Daten kann dann ein geeigneter Zeitpunkt für ein bevorstehendes Telefonat gewählt werden. Idealerweise wird ein Telefongespräch über den jeweils gerade im Zenit stehenden Iridium-Satelliten geführt. Aufgrund der polaren Satellitenumlaufbahnen ist die Versorgungsdichte in den Polarregionen besonders hoch. Für eine unterbrechungsfreie Iridium-Kommunikation benötigt man in den Polarregionen daher weniger freie Sicht zum Himmel als am Äquator. Bei langen Telefongesprächen muss im Schnitt alle neun Minuten der Iridium-Satellit gewechselt werden, da der bisher verwendete Satellit hinter dem Horizont verschwindet. Der Satellitenwechsel geschieht vollautomatisch. Die beiden Gesprächsteilnehmer merken vom Satellitenwechsel nichts, solange die Faustregel „keine Objekte mit Höhenwinkel über 8,2°“ eingehalten wird. Wird die Faustregel nicht eingehalten (Objekte mit Höhenwinkel über 8,2°), kann es zu einem Abbruch der Gesprächsverbindung kommen, wenn der alte Satellit hinter dem Horizont verschwindet und der neue Satellit noch nicht in Sichtweite ist.
    Obwohl die Netzabdeckung von Iridium technisch den weltweiten Einsatz erlaubt, dürfen Iridium-Satellitentelefone in einigen Staaten aus rechtlichen Gründen nicht importiert oder eingesetzt werden (z. B. im Jahr 2015: Kuba, Nordkorea). Einige Länder erlauben den Import, Export und Betrieb von Iridium-Satellitentelefonen auf ihrem Staatsgebiet nur unter Einhaltung bestimmter Auflagen. In einigen Staaten besteht eine Meldepflicht für Iridium-Satellitentelefone (z. B. im Jahr 2015: Russland, Indien). Vor dem Betrieb, Import oder Export von Satellitentelefonen ist abzuklären, ob dies gestattet ist und ob eine Meldepflicht besteht.
    352kbit – 528 kbit Upload, 704 kbit – 1.4Mbit Download
Abdeckung von Iridium (Bei 8.2 Grad Höhenwinkel)
  • Orbcomm (USA), 29 Kleinsatelliten (45 Kg) in ca. 800 Km Höhe und 13 weltweit verteilte Bodenstationen. Zweite Serie von 17 Satelliten
    UKW 137 MHz-150 MHz mit 160 Watt. 4.8 kbit/Sec. Uplink
    Für Firmen und nicht für Privatanwender geeignet
  • Thuraya (VAE Dubai), 3 Satelliten
    Eine Besonderheit von Thuraya ist, dass der Ausleuchtungsbereich der geosynchronen Satelliten in mehrere Spot-Beams unterteilt ist. Die Zuordnung zum korrekten Spot-Beam erfolgt auf der Basis der GPS-Position des Telefons. Auf einem sendeleistungsstarken „Sat-Alert“-Kanal wird das Telefon bei einem eingehenden Anruf zuerst alarmiert, der Benutzer bewegt sich dann in eine Zone mit klarer Sicht zum Satelliten (in Europa meistens nach Südosten). Nun bucht sich das Telefon auf dementsprechend der GPS-Position zugewiesenen Spot-Beam, Frequenz und Zeitslot ein. Die Abdeckungszonen können durch Veränderungen der Spot-Beam-Konfiguration verschoben werden. So wurde nach der Inbetriebnahme von Thuraya 2, der Teile Asiens abdeckt, die Abdeckungszone in Afrika durch Umkonfiguration der Spot-Beams auf Thuraya 1 verbessert. Der dritte Thuraya-Satellit ist seit Sommer 2008 in Betrieb und deckt Asien bis Japan, Ozeanien und Australien ab.
    Da die Satelliten sich nicht auf einer geostationären, sondern nur auf einer geosynchronen Bahn um die Erde befinden, ist ihr scheinbarer Standort am Himmel nicht fest, sondern variiert leicht im Laufe des Tages. Am Standort Bern beispielsweise schwankt die Himmelsposition von Thuraya 2 im Verlauf des Tages zwischen 132° und 136° südöstlich und der Höhenwinkel variiert von 22° bis 28°.
    Bei Gesprächen von Thuraya-Satellitentelefon zu Thuraya-Satellitentelefon wird der Sprachkanal direkt über den Satelliten vermittelt. Die Bodenstation wird lediglich für die Vermittlung des Gesprächs benötigt. Lediglich bei Gesprächen aus dem Festnetz oder in das Festnetz sowie zwischen Telefonen, die auf unterschiedlichen Thuraya-Satelliten eingebucht sind, wird der Sprachkanal über die Bodenstation in Schardscha abgewickelt.
    Aufgrund von bilateralen Roamingabkommen mit über 300 GSM-Netzbetreibern können Thuraya-Handys auch mit üblichen GSM-SIM-Karten verwendet werden. Zusätzlich verfügen Thuraya-Handys über einen GPS-Empfänger, mit dem die Position genau bestimmt werden kann. Da Thuraya auf der Luftschnittstelle zum Satelliten ein von GSM abgeleitetes Protokoll verwendet, ähnelt dieses System stark der normalen GSM-Nutzung, nur mit etwas mehr Verzögerung. Wie in GSM-Netzen wird als Datendienst GPRS mit bis zu 60 kbit/s im Downstream und bis zu 15 kbit/s im Upstream angeboten (GmPRS).
    Datenverbindung 9600 bit/s, Fax, SMS, Sprachkommunikation
Abdeckung von Thuraya für Telefon
  • Globalstar, 48 Satelliten in 1400 Km Höhe
  • Inmarsat, 11 Satelliten
Abdeckung von Inmarsat für Telefon