Luftig

Handynetz überall: Telekom funkt aus der Stratosphäre

Seit Beginn des Mobil­funks träumen Netz­betreiber und Anwender von echter Flächen­deckung. Mit 14 km hoch flie­genden Basis­sta­tionen mit Wasser­stoff-Antrieb möchte die Telekom das möglich machen.

Flächen­deckender Mobil­funk, wirk­lich überall - bislang ein Traum. Eine Lösung: Sende­masten aufbauen, doch viele Sender stoßen auf Bedenken oder Ableh­nung. Ein andere Lösung: Flie­gende Sende­sta­tionen in der Luft. Lange galt das als "verrückte Idee", doch es ist offenbar möglich.

Die Deut­sche Telekom hat gemeinsam mit ihrem in Cambridge (UK) behei­mateten Tech­nolo­gie­partner Stra­tospheric Plat­forms Limited (SPL) die welt­weit erste erfolg­reiche Demons­tra­tion von LTE(4G)-Sprach- und Daten­ver­bin­dungen über eine am Rand der Stra­tosphäre flie­gende Platt­form durch­geführt, die voll­ständig in ein kommer­zielles Mobil­funk­netz inte­griert war.

Test­flüge bei Tussen­hausen

Ein Flugzeug der Marke H3Grob G520, die im bayrischen Tussenhausen hergestellt wird. Auf der Unterseite sind die Antennen sichtbar. Ein Flugzeug der Marke H3Grob G520, die im bayrischen Tussenhausen hergestellt wird. Auf der Unterseite sind die Antennen sichtbar.
Foto: Deutsche Telekom
Anfang Oktober wurden bei Tussen­hausen (Bayern) bei mehreren Test­flügen mit einem fern­gesteu­erten Flug­zeug­system vom Typ H3Grob G520 in einer Höhe von ca. 14 Kilo­metern (45.000 Fuss, FL450) Sprach- und Daten­ver­bin­dungen über die am Flug­zeug verbauten Antennen durch­geführt. Hierbei waren Voice-over-LTE-Anrufe (VoLTE), Video­anrufe, Daten­down­loads und Web-Brow­sing auf einem Stan­dard- Smart­phone möglich. Das Smart­phone war während des Tests über die Antennen am Flug­zeug mit dem terres­tri­schen Mobil­funk­netz der Telekom Deutsch­land verbunden. Der Stra­tosphä­ren­test zeigte im 2,1-GHz-Bereich Down­load-Geschwin­dig­keiten von 70 MBit/s und Upload-Geschwin­dig­keiten von 20 MBit/s über eine Kanal­band­breite von 10 MHz.

Freie Sicht, 100 km Zell­durch­messer

Durch die große Flug­höhe und eine nahezu freie Sicht auf den Boden kann ein Flug­zeug mit spezi­ellen Antennen Funk­zellen von bis zu 100 Kilo­metern Durch­messer versorgen und dabei das bestehende Mobil­funk­netz am Boden ergänzen. Gerade in Berei­chen, die z.B. durch geogra­fische Höhen­züge bislang in einem Funk­schatten liegen, die soge­nannten „weißen Flecken“, wäre zukünftig eine Mobil­funk­nut­zung möglich. Für Kunden erfolgt dabei der Über­gang der Verbin­dung von einem klas­sischen Mobil­funk­mast zu einer flie­genden Antenne reibungslos und unbe­merkt.

Sende­mast "fliegt" mit Wasser­stoff

Die Planarantennen senden auf 2,1 GHz in LTE oder 5G, je nachdem was gefragt ist. Die Planarantennen senden auf 2,1 GHz in LTE oder 5G, je nachdem was gefragt ist.
Foto: Deutsche Telekom
Am Unter­nehmen "Stra­tospheric Plat­forms (SPL)" ist die Deut­sche Telekom als Aktionär betei­ligt und einer der ersten Kunden. SPL entwi­ckelt eine mit Wasser­stoff-Brenn­stoff­zellen betrie­bene, lang­lebige Platt­form, die Kommu­nika­tions­nutz­last und die dazu­gehö­rige Infra­struktur, die als "Tele­kom­muni­kati­ons­mast" in der Stra­tosphäre betrieben werden soll. Der Vorteil: Als "Abgase" entsteht nur normaler Wasser­dampf.

Endlich überall Netz?

Diese Platt­form soll eine hoch­wer­tige, allge­gen­wär­tige 4G- und 5G-Abde­ckung bieten, welche für Netz­betreiber am Ende kosten­güns­tiger sein soll, als dies mit den derzeitig übli­chen terres­tri­schen Mast­lösungen möglich ist. Die Dienste aus der Stra­tosphäre sollen neben den bestehenden terres­tri­schen Kommu­nika­tions­netzen betrieben und voll­ständig in diese inte­griert werden. Das wird dann auch die Bereit­stel­lung von Breit­band­ver­bin­dungen in länd­lichen Gebieten und für mobile Netz­werk­dienste auf der grünen Wiese in unver­sorgten Gebieten möglich machen.

„Wir haben gezeigt, dass wir zukünftig schnelles Internet und Konnek­tivität überall hinbringen können. Das vereinte Knowhow der SPL mit der Mobil­funk-Kompe­tenz der Telekom ist die Basis dieser neuen Tech­nologie“, sagt Bruno Jacobfeu­erborn, für die Deut­sche Telekom Aufsichts­rats­mit­glied bei SPL und Geschäfts­führer der Telekom Tochter Deut­sche Funk­turm. „Gerade in Berei­chen, die durch klas­sische Mobil­funk­masten nur schwer zu erschließen sind, werden flie­gende Basis­sta­tionen eine sinn­volle und kosten­effi­ziente Ergän­zung unseres Mobil­funk­netzes sein.“

Inter­natio­nale Koope­ration

Ground Control ruft fliegende Basis: Alle Messwerte im Blick. Ground Control ruft fliegende Basis: Alle Messwerte im Blick.
Foto: Deutsche Telekom
SPL arbeitet zusammen mit anderen Part­nern an der Entwick­lung eines wasser­stoff­betrie­benen, fern­gesteu­erten Flug­zeugs, der damit verbun­denen Kommu­nika­tions­kapa­zität und der zuge­hörigen terres­tri­schen Infra­struktur. Ferner wird SPL das komplette "Ökosystem" des Produk­tions- und Dienst­leis­tungs­part­ners, das erfor­der­lich ist, um die Tech­nologie in einem kommer­ziellen Netz zu inte­grieren ausrüsten. Der erste Flug ist für Mitte 2022 geplant. Bei SPL geht man davon aus, dass die Lösung 2024 kommer­ziell verfügbar sein wird.

SPL: Telekom entschei­dend betei­ligt

Das Unter­nehmen SPL wurde 2014 gegründet, die Deut­sche Telekom AG wurde 2016 Aktionär. Sie hält derzeit einen Anteil von 38 Prozent und verfügt über Exklu­siv­lizenzen für den Betrieb dieser Tech­nologie, sobald sie kommer­ziell einsetzbar ist, in 18 Ländern auf der ganzen Welt. Damit könnten über 500 Millionen Menschen welt­weit von dieser Tech­nologie profi­tieren.

Tech­nische Details

Sendestationen an Bord: Letzte Checks vor dem Abflug. Sendestationen an Bord: Letzte Checks vor dem Abflug.
Foto: Deutsche Telekom
SPL hatte von Anfang an, eine Platt­form im Sinn, die als "normales Zivil­flug­zeug mit behörd­licher Muster­zulas­sung" betrieben werden kann. Die Platt­form hat etwa 60 Meter Spann­weite, was der Spann­weite einer Boeing 747 entspricht - wiegt aber "nur" etwa 3,5 Tonnen.

Das Kommu­nika­tions­system auf der Platt­form besteht aus einer "Back­haul"-Antenne, die über Milli­meter­wellen in das terres­tri­sche Netz des Mobil­funk­netz­betrei­bers einge­speist wird, und einer großen "Front­haul"-Antenne (über 3 Meter Durch­messer), die Kommu­nika­tions­dienste direkt an ein normales Smart­phone, Laptops und andere Verbrau­cher­geräte liefert. Die nächste Gene­ration der Entwick­lung, die bereits von Stra­tospheric Plat­forms paten­tiert wurde, wird noch effi­zienter sein, dann sollen die Platt­formen unter­ein­ander verbunden sein, anstatt als einzelne "Masten am Himmel" zu arbeiten.

Tech­nisch mit an Bord sind der Luft­fahrt­kon­zern Northrop Grumman (USA), Bombar­dier Belfast (UK), Thales (UK) und NATS (UK).

Vorteile gegen­über Satel­liten

Mit fliegenden Basisstationen sollte es ab 2024 keine Funklöcher mehr geben. Mit fliegenden Basisstationen sollte es ab 2024 keine Funklöcher mehr geben.
Foto: Deutsche Telekom
Die Platt­form ist im Wesent­lichen ein flie­gender Mobil­funk­mast und kann im Gegen­satz zu Satel­liten eine direkte Verbin­dung zu den Endge­räten des Kunden herstellen. Das geht bei Satel­liten nicht, denn sie arbeiten aus mehr als der zehn­fachen Entfer­nung von der Erde und können daher nicht mit der "nied­rigen Latenz" konkur­rieren, die das System der Stra­tosphären-Platt­formen bietet - was eine wesent­liche Voraus­set­zung für 5G-Dienste ist.

Im Vergleich zur Solar­energie hat SPL einen enormen Leis­tungs­vor­teil durch den Wasser­stoff­antrieb (Brenn­stoff­zelle). Die flie­gende Antenne bietet am Boden eine Abde­ckung, die etwa 500 terres­tri­schen "Zellen" entspricht, und ermög­licht aufgrund des Signal­win­kels von oben eine nahezu 100-prozen­tige Abde­ckung von hoher Qualität über ein Gebiet mit einem Durch­messer von bis zu 140 km.

Im Gegen­satz zu Solar­zellen, die von Natur nicht genü­gend Strom erzeugen können (z.B. Nachts) liefert das SPL-Modell unab­hängig von Jahres- und Tages­zeiten rund um die Uhr Strom. Eine Satel­liten­abde­ckung sei aufgrund der geringen Sende­leis­tung, der breiten Abstrahl­fläche und der nied­rigen Daten­über­tra­gungs­raten deut­lich schlechter als bei der Stra­tosphären-Lösung von SPL.

Modular einsetzbar

Die flie­genden Basis­sta­tionen können schritt­weise und nach Bedarf einge­setzt werden. Es lassen sich jeder­zeit kurz­fristig Anpas­sungen an "Standort" oder die Kapa­zität durch­führen. Jede Platt­form kann bis zu 2 Wochen ohne Nach­laden fliegen. Der Netz­betreiber muss nur recht­zeitig eine Reser­veplatt­form starten. Sobald eine Platt­form gestartet ist, kann sie kurz darauf verwendet werden, bei Satel­liten dauert es viel länger bis alle Satel­liten (Konstel­lation) verfügbar sind.

Wenn ein Feri­enflieger Verspä­tung hat oder ausfällt, bekommen Kunden Probleme. Hier braucht es poli­tischen Druck.

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