Iridium Luftschnittstelle
Iridium Start und Bankrott
Globalstar
Globalstar Luftschnittstelle
Inbetriebnahme und Bankrott von Globalstar
Inmarsat und Thuraya

Eine Basisstation im All

Eine natürliche Überlegung in den achtziger und neunziger Jahren war es, eine Basisstation praktisch in einer Umlaufbahn zu stationieren und diese zum Telefonieren zu benutzen. Man hätte dadurch eine riesige Funkzelle und könnte Bereiche abdecken in denen es sich entweder nicht lohnt eine Basisstation zu errichten oder wo dies unmöglich ist. Allerdings ist eine große Investition nötig um ein solches System aufzubauen und die Kapazität wird immer begrenzt sein.

Technisch entsprachen Satellitentelefone der digitale 2G Technologie und entstanden auch parallel dazu oder kurz danach in den neunziger Jahren.

Iridium

Motorola war stets der Führer, was mobile Kommunikation anging und sie waren ehrgeizig. 1987 hatten sie einen kühnen Plan. Ein satellitengestütztes Mobilfunksystem welches auf dem gesamten Planeten zugängig sein sollte, und zwar mit Handgeräten. 1988 gab es einen ersten Entwurf, den Motorola veröffentlichte. Das System sollte aus 77 Satelliten bestehen, welche auf sechs niedrigen Bahnen (270 km) von Pol zu Pol kreisen sollten. Die Satelliten konnte untereinander (mit benachbarten Satelliten) und natürlich mit Bodenstationen kommunizieren.

Weil es (ursprünglich) 77 Satelliten sein sollten nannte man das System Iridium, weil das Element Iridium die Ordnungszahl 77 hat und somit 77 Elektronen um ein Iridium Atom kreisen. Später hatte das System lediglich 66 Satelliten aber der Name blieb.

1991 gründete Motorola eine Firma namens Iridium Inc gegründet, welche später das System betreiben sollte.

Iridium Luftschnittstelle

Für die Iridium Kommunikation gelang es weltweit ein Frequenzband von 10,5 MHz von 1616 MHz bis 1626,5 MHz betreiben zu können. Die ersten 10 MHz sind in 30 Kanäle a 333 kHz Breite aufgeteilt. Diese Kanäle werde auf die Satelliten aufgeteilt, um Interferenzen zu vermeiden. Diese Bänder dienen nur zur Kommunikation mit den Mobilfunkgeräten. Für die Kommunikation der Satelliten mit den Bodenstationen und untereinander benutzt das System Frequenzen zwischen 19 und 29 GHz. Jedes Band ist wiederum in 8 Unterkanäle unterteilte welche eine Bandbreite von 31,5 kHz haben und einen Abstand von reichlich 41,66 kHz.

Es gibt keine Uplink und Downlink Kanäle. Die Subfrequenzen sind in Frames von 90 ms Länge eingeteilt. Darin enthalten sind 4 Slots für den Uplink und 4 Slots für den Downlink. Insgesamt kann ein Satellit somit 30 x 8 x 4 also rund 1000 Datenkanäle verarbeiten. Somit kann man in einer Region von der Größe Europas lediglich bis zu 1000 Verbindungen herstellen.

Neben den Kanälen zur Sprach und Datenvermittlung gibt es auch 12 Kanäle oberhalb von 1626 MHz. Diese werden für sogenannte Simplex Kanäle benutzt, welche für Kontrollinformationen zur Verfügung stehen. Die Übertragungsrate bei Datenübertragung liegt bei lediglich 9,6 kbit/s. Für Sprachübertragung stehen lediglich 2,4 kbit/s zur Verfügung. Das reichte nicht für einen guten Sprachkodierer. Die Qualität entsprach somit nicht einem normalen Mobilfunknetz, sondern eher dem eines einfachen Walkie Talkies. 

Die Zellgröße eines Iridium Satelliten hat einen Radius von rund 2000 km. So deckt ein Satellit etwa ganz West-Europa ab. Dennoch braucht das System ein Handover da sich die Satelliten relativ schnell bewegen. Alle 9 Minuten muss man daher automatisch von einem Satelliten auf einen neuen Satelliten wechseln.

Start und Bankrott von Iridium

Ab 1997 brachte man die Satelliten mit 20 Raketen in ihre Umlaufbahnen gebracht. Im November 1998 begann der offizielle Start des Netzwerkes. Der Geschäftsplan von Iridium sah 500.000 Teilnehmer für Ende 1999 voraus. Hierzu ist es jedoch nicht gekommen. Stattdessen gab es lediglich nur 50.000 Nutzer. Der Grund war vielseitig und vorhersehbar. Die Geräte waren mit 6000$ zu teuer. Außerdem zu groß und zu schwer. Dann kostete eine Minute Sprechzeit bis zu 6$. Und all das bei schlechter Qualität und nicht sehr stabilen Verbindungen. Verbindungen kommen nur bei „line of sight“ (Sichtverbindung) mit den Satelliten zustanden. In tiefen Tälern ist dies oft nicht der Fall. Ein weiteres Problem, war dass das zellulare Netz mittlerweile fast überall flächendeckend zur Verfügung stand. Somit war das Satellitentelefon nur für Teilnehmer interessant, welche sich in extrem entlegenen Regionen aufhielten.

Somit musste Iridium Ende 1999 bankrott anmelden. 5 Milliarden Dollar Investment waren dadurch verloren. Es entstand ein erheblicher Schaden vor allen für Motorola von dem man sich nur schwer erholen konnte. Zunächst sah es so aus, als ob alle Satelliten gezielt zum Absturz gebracht werden sollten, da man den Betrieb nicht mehr aufrecht erhalten konnte. Aber der Druck der Öffentlichkeit verhinderte dies. Es gab viele Abenteurer und Expeditionen die auf die Kommunikation mit Iridium angewiesen waren. 

Schließlich wurde eine neue Betreiberfirma gegründet Iridium Satellite LLC welche für lediglich 25 Millionen Dollar das gesamte System kaufte. Auch das amerikanische Militär sah einen Wert in dem System und gaben einen Auftrag von 72 Millionen Dollar. So gewann das System nach und nach mehr Kunden und wurde schließlich 2004 profitabel.

Globalstar

Parallel zu Iridium entstand in den USA mit Globalstar ein weiteres System für ein Satellitentelefon. Der Ursprung kam von Qualcomm. Sie wollten praktisch die Nutzung ihres CDMA-Systems (IS-95) über Satelliten erweitern. Globalstar war ein Joint Venture zwischen Qualcomm und der Loral Cooperation einer amerikanischen Rüstungsfirma, welche sich auf Satellitentechnik verstand. Die Grundidee von Globalstar war, das die Satelliten lediglich als Repeater arbeiten sollten. Sie sollten praktisch die Signale des Endgeräts an eine „Basisstation“ weiterleiten. Somit gab es nicht wie bei Iridium eine Verbindung der Satelliten untereinander und es musste immer eine Basisstation im Empfangsbereich des Satelliten liegen.

Globalstar setzte für sein System 48 Satelliten ein, welche auf 8 Bahnen verteilt waren. Diese flogen jedoch nicht wie bei Iridium über die Pole, sondern zwischen dem den Längengraden 70° und -70°. Sie flogen auch auf einer höheren Bahn mit 1400 km Höhe.

Globalstar Luftschnittstelle

Globalstar benutzt das gleiche Band wie Iridium für seinen Uplink das sogenannten L-Band: 1616 MHz bis 1626,5 MHz. Weiterhin erhielten sie noch ein weiteres Band im S-Band: 2483,5 MHz – 2500 MHz für den Downlink. Für die Verbindung zur Basisstation gab es Spektrum um 5000 MHz und 7000 MHz. In den Bändern lagen 13 Kanäle mit 1,23 MHz Breite.

Über diese Bänder betrieb man CDMA welches annähernd identisch mit IS-95 war. Somit gab es eine hohe Kapazität pro Kanal. Ein Globstar-Satellit strahlte jedoch nicht nur großflächig auf die Erde sondern mit sogenannte Funkstrahlen. 16 Funkstrahlen gab es insgesamt welche wie Sektoren eines zellularen Netzwerkes unabhängig betrieben werden können. Somit gab es theoretisch 16 x 13 x 55 = 11440 Kanäle die über einen Satelliten geführt werden können. In der Tat waren die Globalstar Basisstationen die mächtigsten Basisstationen ihrer Zeit und bearbeiten 10000 Gespräche gleichzeitig. Allerdings ist die „Fläche“ dieser Basisstation auch so große wie halb Nordamerika.

Inbetriebnahme und Bankrott von Globalstar

Globalstar war mit 1.8 Milliarden $ günstiger als Iridium. Die ersten Satelliten wurden 1998 ins All geschickt und Irvin Jacobs von Qualcomm war im selben Jahr der erste, der ein Gespräch mit dem neuen System durchführte. 2001 waren alle 48 Satelliten in ihren Bahnen und der Betrieb konnte beginnen. Trotz der besseren Leistungsfähigkeit war Globalstar ebenfalls ein Misserfolg und musste 2002 Bankrott anmelden. Im Gegensatz zu Iridium war Globalstar nicht überall auf der Welt zu empfangen. Hauptsächlich nur in den USA, Europa und Australien wo es bereits gut ausgebaute zellulare Netze gab. Dennoch wurde das System gerettet und von einer Nachfolgeorganisation weiterbetrieben.

Inmarsat und Thuraya

Es gibt zwei weitere Satellitensystem welche auf geostationäre Satelliten aufbauen. D.h. die Satelliten befinden sich stets über dem gleichen Ort auf der Erde. Allerdings ist hierbei unmöglich die Polarregionen zu erreichen.

Thuraya ist ein Satellitensystem bestehend aus 2 Satelliten welche Europa, Asien und Australien abdecken. Es wurde 1997 gegründet und ging 2001 in Betrieb. Thuraya ist ein arabisches Unternehmen mit Sitz in Abu Dhabi. Ein Thuraya Satellit hat wie ein Globalstar Satellit sogenannte Spotbeams. Hiermit lassen unabhängig voneinander kleinere Gebiete auf der Erde erfassen. Es gibt 512 Spotbeams. Thuraya hat zwei Bänder um 1500 MHz und 1600 MHz mit einer Bandbreite von jeweils 34 MHz. Diese sind in viele schmalbandige Unterbänder mit einem Abstand von 31,25 kHz unterteilt. Darauf läuft ein TDMA System mit QPSK Modulation. Ein Satellit ist in der Lage bis zu 13750 Anrufe gleichzeitig zu bearbeiten. 

Das älteste Satellitensystem ist Inmarsatsat. Dies geht zurück auf eine Initiative einer internationalen Organisation der Vereinten Nationen der International Maritime Organization (IMO). Ziel war die Sicherheit aller Schiffe auf den Weltmeeren (später auch Flugzeuge). Inmarsat wurde bereits 1979 gegründet. In den neunziger Jahren startete man mehrere Satelliten die alle Weltmeere abdeckten. 1999 wurde Inmarsat privatisiert, um zu einer besseren Finanzierung des Systems zu kommen. Seitdem ist das System auch für private Nutzer verfügbar.

Inmarsat verfügt über 4 Satelliten, die fast alle Meere und Landflächen abdeckt bis auf die polaren Regionen.