Nicht-terrestrische Netzwerke schließen Funklücken im Auto

Terrestrische Netzwerke (TN) bieten Mobilfunkabdeckung über typische, bodengestützte Infrastruktur wie Mobilfunkmasten und Basisstationen. Nicht-terrestrische Netzwerke (NTN) hingegen nutzen Satelliten und andere Infrastrukturen in großer Höhe oder im Weltraum, um eine Verbindung bereitzustellen.

Was sind nicht-terrestrische Netzwerke (NTN) und was umfassen sie?

NTN bieten gegenüber TN spezifische Vorteile aufgrund ihrer relativ großen Zellen, die eine großflächige Abdeckung ermöglichen. Eine einzelne Satellitenzelle im niedrigen Erdorbit (LEO) kann eine mittelgroße Metropolregion oder sogar das Gebiet kleiner Staaten abdecken. Dies entspricht einer mindestens zehnfach größeren Reichweite im Vergleich zu terrestrischen Systemen. Diese umfassende Abdeckung ermöglicht eine einfachere und kostengünstigere Anbindung in abgelegenen oder schwer zugänglichen Gebieten.

NTN funktionieren jedoch nicht isoliert und ersetzen auch nicht die Notwendigkeit von TN. Ihr wesentlicher Vorteil liegt in der Fähigkeit eines Geräts oder Fahrzeugs, nahtlos zwischen verfügbaren terrestrischen und nicht-terrestrischen Netzwerken zu wechseln. Zusammen können NTN als auch TN nahezu flächendeckende Anbindung bieten.

Warum NTN für vernetzte Fahrzeuge entscheidend sind

Man muss sich vor Augen führen, wie wenig der Erdoberfläche tatsächlich mit Mobilfunk abgedeckt ist. Zwar verfügen etwa 90% der weltweit besiedelten Gebiete über 4G-Anbindung, doch dies macht nur einen geringen Teil der Erdoberfläche aus. Daher kommt es häufig zu Signalverlusten außerhalb dieser Ballungszentren. Da vernetzte Fahrzeuge (wie öffentliche Verkehrsmittel, landwirtschaftliche Maschinen und Schiffe) für Ortung, Geolokalisierung und cloudbasierte Dienste zunehmend auf Mobilfunkabdeckung angewiesen sind, müssen Netzwerke Lücken in der Abdeckung schließen, um einen zuverlässigen Dienst zu gewährleisten. NTN helfen dabei, indem sie Vehicle-to-Everything-/V2X-Kommunikation selbst in den entlegensten Regionen ermöglichen. Sie tragen daher zu mehr Sicherheit, einem verbesserten Nutzererlebnis, neuen Diensten, Fernwartung und sogar zu neuen Geschäftsmodellen bei.

Welche Überlegungen sind bei der Integration von NTN-Hardware in ein Fahrzeug zu berücksichtigen?

Wir haben einen Punkt erreicht, an dem NTN-Technik in derzeit produzierte Fahrzeuge integriert werden kann. Das bedeutet nicht, dass neue Modelle bereits jetzt Satelliten- und andere NTN-Dienste nutzen, sondern dass Fahrzeuge zukunftssicher aufgestellt werden können.

Die Integration dieser neuen Systeme und Hardware bringt jedoch eine Reihe technischer und gestalterischer Überlegungen mit sich. Dabei sind Herausforderungen in den Bereichen Hardware, Firmware und Systemarchitektur zu meistern. Verschiedene Satellitendienstanbieter bieten proprietäre oder 3GPP-konforme Protokolle an, die unterschiedliche Frequenzspektren nutzen und daher unterschiedliche Antennenkonzepte und -technologien erfordern. Es gilt, den optimalen Kompromiss zwischen erwarteter Leistungsfähigkeit, Kosten und Größe zu finden.

Die Platzierung und das Gehäuse von Antennen und Transceivern sind dabei entscheidende Faktoren. Ideale Montageflächen, wie das Fahrzeugdach, sind oft bereits durch Radar, LiDAR und andere Sensorsysteme belegt. Entwickler müssen ein Gleichgewicht finden zwischen zuverlässiger Rundumabdeckung mit minimalen Störungen, der Ästhetik des Fahrzeugs sowie der Integration in bestehende HF-/Funksysteme.

Die zahlreichen anderen Funksysteme teilen sich oft begrenzte Frequenzressourcen. Da sicherheitskritische Signale auf NTN-fähiger V2X-Kommunikation basieren können, ist es wichtig, jegliche Interferenzrisiken durch sorgfältige Frequenzplanung und andere Filter-, Abschirmungs- und Isolationsstrategien zu minimieren.

NTN-Netzwerke bringen zudem neue umgebungsbezogene Aspekte mit sich. Systeme müssen widerstandsfähig gegenüber Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht oder extremen Wetterbedingungen sein. Zudem treten Vibrationen und elektromagnetische Störungen (EMI) durch terrestrische Signale sowie durch die Sende- und Empfangsimpulse von Satellitenverbindungen auf.

Schließlich müssen NTN-V2X-Systeme internationalen und nationalen regulatorischen Rahmenbedingungen entsprechen. Diese können alles umfassen, von der Zuteilung terrestrischer und nicht-terrestrischer Frequenzen, die sich weltweit erheblich unterscheidet, bis hin zu grenzüberschreitenden Handover-Anforderungen und Standards für Mindestanforderungen an die Servicequalität. Systementwickler müssen regulatorische Änderungen kontinuierlich überwachen und Over-the-Air-/OTA-Updates bereitstellen, um die Einhaltung der Vorschriften sicherzustellen.

Welche Vorteile bietet die Satellitenabdeckung für die moderne Mobilität?

NTN bieten fünf wesentliche Vorteile für die vernetzte Mobilität. Erstens schaffen sie eine grundlegende Plattform für flächendeckende, nahtlose Netzabdeckung und -kontinuität. Dadurch bleiben kritische Fahrzeugfunktionen wie Navigation, V2X und Flottenmanagement weit über die Grenzen herkömmlicher Mobilfunknetze hinaus online. Dies ist besonders nützlich bei grenzüberschreitenden Anwendungen wie der Flotten- und Sendungsverfolgung oder bei Fahrten in abgelegene Gebiete.

Auch weniger kritische Funktionen der Benutzererfahrung (UX), wie Streaming und Navigation, funktionieren unabhängig vom Standort weiter. Ein einheitliches Nutzererlebnis im Fahrzeuginnenraum hat sich schnell zu einem zentralen Verkaufsargument für jeden Fahrzeughersteller entwickelt. NTN ermöglichen es, digitale Erlebnisse weltweit auf einem einheitlichen Niveau bereitzustellen.

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NTN dienen auch als Plattform für neue Umsatzmodelle und digitale Dienste. Eine unterbrechungsfreie Anbindung ermöglicht beispielsweise eine genaue nutzungsbasierte Abrechnung. On-Demand-Softwaredienste und -Funktionen können nun in neuen Märkten ohne Weiteres bereitgestellt werden – und das unabhängig von der Verfügbarkeit von TN.

Firmware-Updates, Feature-Downloads und Fernsteuerungsdienste sind ebenfalls auf zuverlässige Anbindung angewiesen. NTN bieten eine redundante und dauerhafte Verbindung für OTA-Updates und Fernsteuerung – selbst während der Fahrt oder außerhalb des Netzes. Somit ist gewährleistet, dass Fahrzeuge weiterhin sicher und zuverlässig funktionieren.

In Notfällen stellen NTN einen zusätzlichen Kanal für die Übertragung lebenswichtiger Daten bereit. Dazu gehören Unfallerkennung, Notrufe (eCalls) oder Ferndiagnosen, die alle eine dauerhafte Kommunikationsverfügbarkeit erfordern.

Wie hilft NTN-Anbindung den OEMs dabei, ihre Fahrzeugarchitekturen zukunftssicher zu gestalten und ihre Angebote auf dem Markt zu differenzieren?

Wie andere transformative Technologien etabliert sich NTN rasch als Standard. Vorausschauende OEMs haben die nicht-terrestrische Anbindung bereits als Grundlage für ihre zukünftige Entwicklung festgelegt. Diejenigen, die NTN-Anbindung als Plattform für Innovationen und die Integration zusätzlicher Dienste nutzen, werden wahrscheinlich besser positioniert sein, um neue Marktpotenziale auszuschöpfen.

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Wie erwähnt, sind diese Technologien bereits heute verfügbar. Molex arbeitet derzeit mit Fahrzeugherstellern und Tier-1-Zulieferern zusammen, um diese Funktionen in Fahrzeuge zu integrieren. Dabei entsteht eine ganze Branche von Dienstleistungen und ergänzenden Technologien. Der Start von Satellitenkonstellationen in niedriger (LEO) und mittlerer (MEO) Erdumlaufbahn ist bereits im Gange.

Dies ist ein entscheidender Moment für die Branche. Wer jetzt Maßnahmen ergreift, um seine Modellpalette zu stärken, positioniert sich als Fahrzeughersteller und Zulieferer, der mit Molex zusammenarbeitet, optimal für den sich rasch entwickelnden Markt.

Der Beitrag beruht auf Material von Molex.