Kann Elon Musks Starlink-Handy in zwei Jahren auf den Markt kommen?

Elon Musks Starlink - Projekt hat wieder eine neue Entwicklung gezeigt. In einem Interview hat er erwähnt, dass das Starlink - Handy in zwei Jahren auf den Markt kommen soll. Das von Musk erwähnte Starlink - Handy unterscheidet sich eigentlich nicht sehr stark von einem normalen Handy. Der größte Unterschied besteht darin, dass es direkt mit Satelliten verbunden werden kann und ohne terrestrische Basisstationen Telefonate tätigen und SMS senden kann.

Musk hat im Interview zugegeben, dass er bereits 17 Milliarden US - Dollar ausgegeben hat, um Frequenzbänder für die direkte Verbindung zwischen Satelliten, dem Starlink - Netzwerk und Handys zu erwerben. Musk fügte hinzu, dass dieser Deal es SpaceX ermöglicht, direkt von Satelliten aus eine Hochgeschwindigkeitsverbindung für Handys bereitzustellen, wobei jedoch Hardware - Anpassungen am Handy erforderlich sind. Da derzeitige Handys diese Frequenzbänder nicht unterstützen, müssen die Chip - Sets der Handys modifiziert werden, um die Unterstützung für diese Frequenzen hinzuzufügen.

Das Endresultat ist, dass Sie jederzeit HD - Videos auf Ihrem Handy ansehen können, ohne jemals wieder von der Signalstärke terrestrischer Basisstationen beeinträchtigt zu werden. Bei Innenräumen können diese Frequenzbänder in normalen Häusern normalerweise verwendet werden, in Gebäuden mit dicken Metalldächern kann es jedoch zu Störungen kommen.

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Na ... was ist eigentlich ein Starlink - Handy?

Um Satellitenhandys zu verstehen, muss man zunächst verstehen, wie unsere heutigen Handys funktionieren. Ihr Handy ist eigentlich ein kleiner Funkempfänger/Sender, der über elektromagnetische Wellen mit der nahe gelegenen Basisstation kommuniziert. Nachdem die Basisstation Ihr Signal empfangen hat, leitet sie die Informationen über Glasfaser oder Mikrowellenverbindungen an das Vermittlungszentrum des Telekommunikationsunternehmens weiter und schließlich an das Handy des Gesprächspartners. Der gesamte Prozess scheint reibungslos zu verlaufen, aber es gibt ein fatales Problem: Die Reichweite der Basisstationen ist begrenzt, ungefähr zwischen wenigen Kilometern und einigen Dutzend Kilometern.

Deshalb haben Sie oft im Wald oder in abgelegenen Gebieten kein Signal, denn es ist für Telekommunikationsunternehmen zu kostspielig, Basisstationen in jedem Winkel zu errichten. Es gibt auf der Welt riesige Gebiete, einschließlich Ozeanen, Wüsten und Polargebieten, die Kommunikations - Blindgebiete sind. Laut Statistiken hat ungefähr die Hälfte der Erde keine zuverlässige mobile Kommunikationsabdeckung.

Die Idee der Satellitenkommunikation ist nicht neu. Bereits in den neunziger Jahren des letzten Jahrhunderts haben einige Unternehmen Satellitentelefone getestet, wie beispielsweise das Iridium - System. Aber damals gab es bei Satellitentelefonen einige große Probleme: Die Geräte waren riesig und schwer, die Gesprächsgebühren waren unglaublich hoch und die Signalqualität war nicht sehr gut. Ein Satellitentelefon war so groß wie ein Ziegelstein, und die Gesprächsgebühren beliefen sich auf mehrere Dutzend Dollar pro Minute, was für normale Menschen einfach nicht erschwinglich war.

Das Starlink - Handy ist kein spezielles Satellitentelefon, sondern kann direkt mit der Basisstation auf Satelliten verbunden werden. Dies klingt einfach, in der Realität ist die technische Schwierigkeit jedoch ziemlich hoch.

Denken Sie daran, dass eine terrestrische Basisstation nur wenige Kilometer von Ihnen entfernt ist, während Satelliten Hunderte oder sogar Tausende von Kilometern über der Erde schweben. Je größer die Entfernung, desto schwächer wird das Signal, das ist ein physikalisches Gesetz und kann nicht geändert werden. Die Signalstärke ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung. Das bedeutet, wenn die Entfernung verdoppelt wird, wird die Signalstärke auf ein Viertel des ursprünglichen Werts reduziert. Satelliten sind um ein Vielfaches weiter entfernt als Basisstationen, sodass die Signalstärke um Tausende von Malen schwächer ist.

Die Sendeleistung Ihres Handys ist ohnehin nicht sehr hoch, ungefähr nur ein paar Watt. Mit dieser geringen Leistung ist das Signal, das bis zu einem Satelliten in Hunderten von Kilometern Entfernung gelangen soll, so schwach wie das Summen einer Mücke. Noch schlimmer ist, dass Satelliten sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen, mehrere Kilometer pro Sekunde. Dies führt zum Doppler - Effekt. Genauso wie die Sirene eines Rettungswagens schärfer klingt, wenn es sich nähert, und tiefer, wenn es sich entfernt, ändert sich auch die Frequenz des Funkzeichens, wenn sich ein Satellit bewegt.

Der Direktverbindungs - Handydienst von Starlink nutzt ein cleveres Konzept. Jeder Satellit mit Direktverbindungsfunktion ist mit einem eNodeB - Basisstationselement ausgestattet, was einem Standard - 4G - Basisstationselement im Weltraum entspricht. Für das Handy sieht diese Satelliten - Basisstation wie eine normale terrestrische Basisstation aus, und es kann das Standard - LTE - Protokoll für die Kommunikation nutzen.

Der Vorteil dieses Designs liegt in der hohen Kompatibilität. Bestehende Handys können den Satellitendienst nutzen, ohne dass Hardware - Modifikationen erforderlich sind. Die Herausforderung besteht darin, dass die Satelliten - Basisstationen eine komplexere Signalausbreitungsumgebung verarbeiten müssen, einschließlich Langstreckenübertragung, Doppler - Frequenzverschiebung und schnellen Umschaltungen.

Um den Doppler - Effekt zu beheben, nutzen die Starlink - Satelliten fortschrittliche Signalverarbeitungsalgorithmen. Die Satelliten kennen ihre genaue Position und Geschwindigkeit und können auch die ungefähre Position des Nutzers über GPS oder andere Methoden ermitteln. Daher können sie die Größe der Doppler - Frequenzverschiebung vorab berechnen und eine entsprechende Frequenzkompensation vornehmen.

Das Umschalten zwischen Satelliten ist ebenfalls eine technische Herausforderung. Wenn ein Satellit aus dem Überdeckungsbereich fliegt, muss die Kommunikation nahtlos auf einen anderen Satelliten übertragen werden. Dieser Prozess muss innerhalb von wenigen Sekunden abgeschlossen werden, ohne dass laufende Telefonate oder Datenübertragungen unterbrochen werden. Starlink nutzt eine Soft - Handover - Technologie, ähnlich wie in terrestrischen Netzwerken, sodass das Handy gleichzeitig mit mehreren Satelliten verbunden bleibt und dann schrittweise auf den Satelliten mit der stärksten Signalstärke umschaltet.

Herkömmliche Handy - Chips können diese komplexen Situationen nicht verarbeiten. Sie wurden unter der Annahme entwickelt, dass Basisstationen feststehen und die Signalstärke relativ stabil ist. Um sich an schnell bewegende Satelliten anzupassen, werden intelligentere Algorithmen und eine stärkere Verarbeitungsleistung benötigt.

Musks Lösung ist das Low - Earth - Orbit - Satellitenkonstellation (LEO - Konstellation). Die Starlink - Satelliten kreisen in einer Höhe von ungefähr 550 Kilometern über der Erde, was viel näher ist als herkömmliche geostationäre Satelliten. Geostationäre Satelliten befinden sich in einer Höhe von 36.000 Kilometern, und es dauert eine halbe Sekunde, bis das Signal hin und zurück kommt. Beim Telefonieren ist dies als deutliche Verzögerung spürbar.

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Obwohl die niedrig orbitierenden Satelliten näher an der Erde sind, bringen sie neue Probleme mit sich: Sie bewegen sich schneller, und die Überdeckungsfläche eines einzelnen Satelliten ist kleiner.

Um das Überdeckungsproblem zu lösen, plant Starlink, Tausende von kleinen Satelliten zu starten, um ein riesiges Satellitennetzwerk aufzubauen. Diese Satelliten arbeiten wie in einem Staffelrennen zusammen. Wenn ein Satellit aus Ihrem Sichtbereich fliegt, kommt ein anderer Satellit gerade in den Überdeckungsbereich. Diese nahtlose Umschaltung erfordert genaue Bahnrechnungen und komplexe Netzwerkkoordination.

Die größte technische Herausforderung ist das Antennendesign. Satellitensignale sind schwach, daher werden Hochleistungsantennen (High - gain Antenna) benötigt, um sie zu empfangen. Hochleistungsantennen sind normalerweise richtungsgebunden und müssen auf den Satelliten ausgerichtet werden. Das Problem ist, dass sich Satelliten schnell im Himmel bewegen, und die Antenne muss sich ebenfalls bewegen können. Herkömmliche Satellitentelefone haben eine große Antenne, die manuell oder automatisch ausgerichtet werden kann.

Ein normales Handy kann natürlich keine solche Antenne aufnehmen. Musks Team hat die Idee der Phased - Array - Antenne (Phased Array Antenna) entwickelt. Diese Antenne besteht aus vielen kleinen Antennenelementen. Durch die elektronische Steuerung der Phase jedes Elements kann die Ausrichtung der Antenne ohne physische Bewegung geändert werden. Es ist wie das Leiten eines Chores, bei dem verschiedene Personen zu verschiedenen Zeiten anfangen zu singen, um das gewünschte Klangergebnis zu erzielen.

Das Bild zeigt die derzeit von SpaceX verwendete Starlink - Phased - Array - Antenne.

Der Vorteil der Phased - Array - Antenne ist die schnelle Reaktionszeit, mit der sie ihre Ausrichtung sofort ändern kann, um schnell bewegende Satelliten zu verfolgen. Das Problem ist jedoch, dass sie teuer in der Herstellung ist, viel Energie verbraucht und komplexe Steuerungsschaltungen erfordert. Es ist wirklich schwierig, diese Technologien in ein Handy zu integrieren und gleichzeitig einen vernünftigen Preis und eine gute Akkulaufzeit zu gewährleisten.

Die Signalverarbeitung ist ebenfalls ein großes Problem. Satellitensignale sind nicht nur schwach, sondern werden auch von verschiedenen Störungen beeinträchtigt. Die Atmosphäre absorbiert und streut Funkwellen, besonders bei Regen. Dieser Effekt wird als Regenschwächung (Rain Attenuation) bezeichnet und ist in bestimmten Frequenzbändern besonders stark. Handys benötigen eine stärkere Fehlerkorrekturfähigkeit und intelligentere Signalverarbeitungsalgorithmen.

Moderne digitale Kommunikationssysteme nutzen verschiedene Codierungstechniken, um Rauschen und Störungen zu bekämpfen. Beispielsweise Convolutional Code, Turbo Code und Low - Density Parity - Check Code (LDPC - Code). Diese Codierungsverfahren können redundante Informationen in das Signal einfügen, sodass das ursprüngliche Signal auch dann wiederhergestellt werden kann, wenn Teile der Daten verloren gehen oder fehlerhaft sind. Stärkere Fehlerkorrekturfähigkeit bedeutet jedoch auch mehr Rechenaufwand und längere Verarbeitungszeiten.

Das Frequenzband ist ebenfalls ein limitierender Faktor. Das Funkfrequenzspektrum ist wie eine Autobahn mit einer begrenzten Anzahl von Fahrspuren. Satellitenkommunikation erfordert bestimmte Frequenzbänder, die bereits von verschiedenen Diensten belegt sind. Die Internationale Fernmeldeunion (ITU) ist für die globale Koordination der Frequenzbandzuweisung verantwortlich, um sicherzustellen, dass verschiedene Dienste nicht miteinander interferieren.

Starlink nutzt derzeit die Ku - und Ka - Bänder, mit Frequenzen zwischen 12 - 18 GHz und 26 - 40 GHz. Der Vorteil dieser Frequenzbänder ist die hohe Bandbreite, die es ermöglicht, mehr Daten zu übertragen. Der Nachteil ist jedoch, dass die Durchdringungsfähigkeit schwach ist und die Signale leicht von Gebäuden und Bäumen blockiert werden können. Dies ist der Grund, warum Satellitentelefone oft kein Signal im Innenraum haben.

Um es normalen Handys zu ermöglichen, Satellitenkommunikation zu unterstützen, muss auch das Problem des Energieverbrauchs gelöst werden. Da Satellitensignale schwach sind, benötigen Handys eine höhere Sendeleistung, damit die Satelliten die Signale empfangen können. Die Akkukapazität von Handys ist jedoch begrenzt, und der Energieverbrauch kann nicht unbegrenzt erhöht werden. Es muss ein Gleichgewicht zwischen der Kommunikationsqualität und der Akkulaufzeit gefunden werden.

Eine Lösungsmöglichkeit ist die Adaptive Power Control. Das Handy passt die Sendeleistung automatisch an die aktuelle Signalstärke an, verringert die Leistung, wenn das Signal gut ist, und erhöht sie, wenn das Signal schwach ist. Es können auch effizientere Modulationsverfahren und Codierungstechniken verwendet werden, um bei gleichem Energieverbrauch mehr Informationen zu übertragen.

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Damit ein Handy mit Satelliten verbunden werden kann, muss auch seine Netzwerkarchitektur neu gestaltet werden. Traditionelle mobile Kommunikationsnetze sind hierarchisch aufgebaut: Handys sind mit Basisstationen verbunden, Basisstationen mit Basisstationen - Controllern und diese wiederum mit Mobilvermittlungszentren. Satellitennetze sind eher verteilte Systeme, bei denen jeder Satellit sowohl Basisstation als auch Router ist und intelligent den besten Kommunikationsweg wählen muss.

Zwischen Satelliten müssen auch Inter - Satelliten - Verbindungen (Inter - satellite Link) aufgebaut werden, damit Daten direkt im Weltraum übertragen werden können, ohne dass jedes Mal über Erdstationen umgeleitet werden muss. Dies kann die Latenzzeit reduzieren und die Netzwerkeffizienz erhöhen. Inter - Satelliten - Verbindungen erfordern jedoch genaue Richtungssteuerung und hohe Datenverarbeitungsleistung.

Im Hinblick auf die Benutzererfahrung ist das Starlink - Handy auch ein Handy, und die Gesprächsqualität muss natürlich an erster Stelle stehen. Aufgrund von Signallatenz und möglichen Unterbrechungen kann die Gesprächsqualität möglicherweise nicht so stabil sein wie in terrestrischen Netzwerken. Zweitens ist die Datenübertragungsgeschwindigkeit ein Faktor. Obwohl Satellitennetze theoretisch eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung ermöglichen können, kann die tatsächliche Geschwindigkeit aufgrund der Bandbreitenverteilung und der Anzahl der Benutzer begrenzt sein.

Ein weiteres Problem ist die Innenraumüberdeckung. Wie bereits erwähnt, können Satellitensignale Gebäude nur schwer durchdringen, was bedeutet, dass Satellitenhandys hauptsächlich für Outdoor - Szenarien geeignet sind. Im Innenraum muss weiterhin auf traditionelle terrestrische Netzwerke zurückgegriffen werden. Dies erfordert, dass das Handy intelligent zwischen Satellitennetzen und terrestrischen Netzwerken umschalten kann.

Abgesehen von den technischen Problemen, die durch Wissenschaft und Technik gelöst werden können, ist die Regulierung ebenfalls ein komplexes Thema. Verschiedene Länder haben unterschiedliche Vorschriften für Satellitenkommunikation, und einige Länder beschränken oder verbieten aus Sicherheitsgründen Satellitenkommunikationsdienste. Musk muss in jedem Zielmarkt die entsprechenden Genehmigungen einholen, was möglicherweise sehr lange dauern kann.

Trotz dieser Herausforderungen entwickelt sich die Satellitenhandy - Technologie schnell. Neben Starlink setzen auch Unternehmen wie Amazons Project Kuiper und das britische OneWeb auf ähnliche Dienste. Der Wettbewerb wird den technologischen Fortschritt vorantreiben und die Kosten senken.