Mobilfunk einfach erklärt: Was genau ist Handy per Satellit?
Satelliten und Mobilfunk wachsen zusammen. Immer häufiger ist von „Direct-to-Device“ (D2D), „Direct-to-Cell“ (D2C) oder „Mobilfunk per Satellit“ die Rede. Anbieter versprechen Mobilfunkempfang selbst dort, wo es keine Funkmasten gibt – auf hoher See, in Wüsten oder tief in den Bergen. Doch was steckt technisch dahinter? Und kann Satellitenfunk eines Tages das klassische Mobilfunknetz ersetzen?
Die kurze Antwort: Nein. D2D ist eine spannende Ergänzung für bestimmte Einsatzbereiche, folgt aber anderen physikalischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen als terrestrischer Mobilfunk.
Mobilfunk braucht Frequenzen. Satelliten auch.
Egal ob Mobilfunkmast oder Satellit: Für die Übertragung von Daten werden Funkfrequenzen benötigt.
Dabei gelten zwei grundlegende Zusammenhänge:
- Die Reichweite einer Funkverbindung hängt stark von der verwendeten Frequenz ab.
- Die mögliche Datenrate hängt maßgeblich von der verfügbaren Kanalbandbreite (Spektrum), der Signalqualität und der Anzahl der Nutzer ab.
Einfach gesagt: Viel Spektrum bedeutet viel Kapazität und damit Datenrate. Wenig Spektrum bedeutet wenig Kapazität.
Der entscheidende Punkt: Wenn Satellit und Mobilfunk dieselbe Frequenz und dasselbe Spektrum nutzen, erzielt der Satellit in der Regel die geringere Datenrate. Der Grund ist die deutlich größere Entfernung zwischen Endgerät und Satellit sowie die größere Zahl gleichzeitig versorgter Nutzer innerhalb eines Satellitenstrahls.
Vom Satellitentelefon zum Smartphone per Satellit
Die Idee, Mobiltelefone über Satelliten zu verbinden, ist nicht neu. Bereits in den 1990er-Jahren entstanden Satellitensysteme wie Iridium oder Globalstar. Die dafür benötigten Spezialtelefone waren teuer, sperrig und nutzten eigene Satellitenfrequenzen, sodass sie nicht mit GSM-, UMTS- oder LTE-Netzen kompatibel waren. Für die meisten Menschen war ihr Nutzen daher zu gering.
In den letzten Jahren hat sich die Satellitentechnik grundlegend verändert. Moderne Satelliten sind leistungsfähiger, günstiger herzustellen und können in großen Stückzahlen produziert werden. Gleichzeitig sind die Startkosten deutlich gesunken.
Dadurch entstehen neue Satellitenkonstellationen im niedrigen Erdorbit (LEO = Low Earth Orbit), die direkt mit gewöhnlichen Smartphones kommunizieren können. Anbieter wie Starlink, AST SpaceMobile, Amazon LEO, OQ Technology oder Skylo verfolgen dabei unterschiedliche Ansätze. Parallel entwickelt die Mobilfunkbranche im Rahmen der 3GPP-Standardisierung die Integration sogenannter Non-Terrestrial Networks (NTN) in 5G und künftig auch 6G.
Satellitenkommunikation wird damit zunehmend zu einem Bestandteil des Mobilfunk-Ökosystems und nicht mehr zu einer eigenständigen Speziallösung.
Zwei Wege zum Handy per Satellit
Heute werden zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt.
1) Direkte Verbindung über Satellitenfrequenzen (MSS)
Beim ersten Ansatz werden wie schon in älteren Systemen spezielle Satellitenfrequenzen genutzt, sogenannte Mobile Satellite Service (MSS)-Bänder.
Dafür benötigt das Smartphone zusätzliche Hardware beziehungsweise spezielle Chipsätze und Software. Beispiele finden sich unter anderem in neueren Premium-Smartphones, die Notruf- oder Messaging-Dienste über Satelliten unterstützen.
Der Vorteil: Das System wurde speziell für Satellitenkommunikation entwickelt.
Der Nachteil: Es steht nur begrenztes Frequenzspektrum zur Verfügung. Entsprechend sind die erreichbaren Datenraten niedrig.
Gleichzeitig gewinnen diese Frequenzen zunehmend strategische Bedeutung. Die Europäische Union diskutiert derzeit neue Rahmenbedingungen für die Nutzung von MSS-Spektrum. Ziel ist es, neben kommerziellen Angeboten auch Kapazitäten für staatliche und sicherheitskritische Anwendungen vorzusehen und gleichzeitig europäischen Anbietern gute Entwicklungsmöglichkeiten zu bieten. Damit sollen technologische Souveränität und eine wettbewerbsfähige europäische Satellitenindustrie gestärkt werden.
2) Direkte Verbindung über Mobilfunkfrequenzen (D2D-IMT)
Der zweite Ansatz sorgt derzeit für besonders große Aufmerksamkeit.
Hier werden die gleichen Mobilfunkfrequenzen genutzt wie im terrestrischen Mobilfunknetz. Das Smartphone kann daher grundsätzlich mit den bereits vorhandenen Mobilfunkchips arbeiten, häufig sind lediglich Software-Anpassungen erforderlich.
Der Vorteil: Milliarden vorhandener Smartphones könnten potenziell genutzt werden.
Der Nachteil: Ein Satellit ist keine fliegende Mobilfunkzelle. Die verfügbaren Ressourcen müssen über sehr große Gebiete und viele Nutzer verteilt werden. Entsprechend liegt die Kapazität für den einzelnen Nutzer deutlich unter jener vergleichbarer terrestrischer Funkzellen.
Warum D2D in Europa stärkere Grenzen hat als in Australien
Ob Satellitenfunk sinnvoll ist, hängt stark von der jeweiligen Region ab.
In Ländern wie Australien, Kanada, Alaska oder Teilen Afrikas liegen oft hunderte Kilometer zwischen Siedlungen. Dort kann ein Satellit Versorgungslücken schließen, für die sich der Bau terrestrischer Infrastruktur wirtschaftlich kaum lohnt.
In Mitteleuropa sieht die Situation anders aus: Die Mobilfunkversorgung hat sich in den vergangenen Jahren stark verbessert. Zwar existieren weiterhin einzelne Versorgungslücken, doch echte „weiße Flecken“ sind selten geworden und lokal auf wenige 100 Meter begrenzt.
Umgekehrt kann man feststellen: Die für Mobilfunk genutzten Frequenzen werden in Europa bereits intensiv verwendet. Große Satellitenfunkzellen müssen daher sorgfältig mit bestehenden Mobilfunknetzen koordiniert werden, um Störungen zu vermeiden.
Moderne Satelliten arbeiten deshalb mit vielen einzelnen sogenannten Beams, die vereinfacht betrachtet den Mobilfunkzellen eines terrestrischen Netzes entsprechen. Während eine Mobilfunkzelle in Deutschland häufig nur einige hundert Meter bis wenige Kilometer Durchmesser aufweist, können Satelliten-Beams je nach System mehrere Dutzend bis mehrere hundert Kilometer abdecken. Ein Satellit stellt gleichzeitig zahlreiche solcher Beams bereit und versorgt damit viele Regionen parallel.
Während im Smartphone nur wenige Quadratzentimeter Antennenfläche zur Verfügung stehen, tragen moderne D2D-Satelliten teilweise Antennenfelder in der Größenordnung eines Tennisplatzes. Erst diese enormen Antennengewinne ermöglichen eine leistungsfähige direkte Verbindung zu gewöhnlichen Mobiltelefonen.
Trotz dieser aufwendigen Technik muss sich die verfügbare Kapazität auf deutlich größere Versorgungsgebiete und mehr Nutzer verteilen als im terrestrischen Mobilfunk. Deshalb wird D2D in Europa vor allem als Ergänzung gesehen: für Katastrophenszenarien oder für Notrufe, Messaging und einfache Datendienste außerhalb der Netzabdeckung.
Kann ein Satellit einen Mobilfunkmast ersetzen?
Auf den ersten Blick scheint die Antwort offensichtlich: Ein Satellit deckt viel größere Gebiete ab als ein Mobilfunkmast. Doch die Kapazität erzählt eine andere Geschichte. In Deutschland existieren heute mehr als 70.000 Mobilfunkstandorte, an denen die Netzbetreiber Telefónica, Deutsche Telekom, Vodafone und 1&1 insgesamt deutlich über 200.000 Funkanlagen betreiben. Demgegenüber betreibt Starlink heute 650 D2D-Satelliten und hat zwar viele weitere geplant, diese müssen jedoch die gesamte Erde gleichzeitig versorgen.
Ein einzelner Satellit kann zwar dank seiner großen Abdeckung zahlreiche terrestrische Standorte ersetzen, muss seine Kapazität jedoch mit allen Nutzern im versorgten Gebiet teilen. Hinzu kommt, dass Satellitensignale physikalisch auch an der Versorgung innerhalb von Gebäuden scheitern. Weder heutige MSS- noch IMT-basierte D2D-Systeme können eine zuverlässige Indoor-Versorgung sicherstellen. Auch niedrigere Frequenzen wie 800 MHz ermöglichen wegen der hohen Signaldämpfung aus dem Orbit keine flächendeckende Versorgung in Gebäuden, hier bleiben terrestrische Netze wegen ihrer räumlichen Nähe zum Nutzer überlegen.
Daher eignen sich heutige D2D-Systeme vor allem für: IoT-Anwendungen (Internet of Things, Anwendungen mit geringen Datenraten), Messaging, SOS- und Notrufdienste oder grundlegende Datendienste. Für datenintensive Anwendungen wie Video-Streaming, Cloud-Gaming oder große Mobilfunk-Hotspots wie Messen oder Volksfeste bleibt das terrestrische Mobilfunknetz deutlich leistungsfähiger.
Starlink Breitband und D2D: Zwei unterschiedliche Systeme
Das Starlink-Breitbandprodukt basiert nicht auf direkten Verbindungen zu Smartphones. Stattdessen nutzt Starlink überwiegend die deutlich höheren Ku- und Ka-Bänder. Dadurch stehen wesentlich größere Kanalbandbreiten zur Verfügung als bei D2D-Verbindungen.
Diese Frequenzen sind jedoch für die direkte Kommunikation mit gewöhnlichen Smartphones ungeeignet. Deshalb benötigen Starlink-Breitbandkunden spezielle Empfangsantennen auf Gebäuden, Fahrzeugen oder Schiffen. Die Leistungsfähigkeit des Starlink-Breitbandprodukts lässt sich daher nicht auf Smartphone-Direktverbindungen übertragen.
Für die direkte Satellitenanbindung von Mobiltelefonen bleiben MSS- oder IMT-basierte D2D-Verfahren die realistischen Optionen – mit entsprechend geringeren Datenraten und Kapazitäten.
Fazit: Eine wichtige Ergänzung, aber kein Ersatz
Direct-to-Device ist eine der spannendsten Entwicklungen der Mobilfunkbranche. Die Technologie kann helfen, Versorgungslücken zu schließen, Notrufe in abgelegenen Regionen zu ermöglichen und nach Hochwasser, Waldbränden oder Erdbeben die Kommunikation sicherzustellen, wenn lokale Funkstandorte außer Betrieb sind.
Gleichzeitig ersetzt sie das terrestrische Mobilfunknetz nicht. Die Physik bleibt dieselbe: Hohe Datenraten benötigen viel Spektrum, gute Signalqualität und ausreichend Kapazität pro Nutzer. Genau hier spielen terrestrische Mobilfunknetze ihre Stärken aus.
D2D ist deshalb kein Nachfolger des Mobilfunks, sondern dessen perfekte Ergänzung: Während terrestrische Mobilfunknetze bereits eine flächendeckende Versorgung in ganz Deutschland bieten und sich durch 5G und den künftigen 6G-Ausbau weiterentwickeln werden, können Satellitentechnologien ausgewählte Szenarien abdecken, in denen Wirtschaftlichkeit, Resilienz oder Geografie zusätzliche Anforderungen schaffen.
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