Schier grenzenlos: Spektrum für die Kommunikation in der Stratosphäre erweitert

Ende 2023 fand die Weltfunkkonferenz 2023 (WRC-23) in Dubai statt. Ein Ergebnis der Zusammenkunft: Man legte eine Erweiterung der Frequenznutzung im Zusammenhang mit High Altitude Platform Stations (HAPS) für drahtlose Kommunikationssysteme in der Stratosphäre fest.

Im Gegensatz zu Satelliten sind HAPS-Systeme unbemannte Fluggeräte, die in der Stratosphäre fliegen oder schweben. In der Regel bewegen sie sich in einer Höhe von etwa 20 Kilometern. Dabei kann es sich dabei um Ballons, Luftschiffe oder Starrflügler handeln, die Solarenergie oder eine bordeigene Energiequelle nutzen. Nicht selten sind Anbieter von HAPS-Lösungen eine starke Konkurrenz für Breitbandanbieter, die Satellitentechnologien nutzen. Die nachstehende GSMA-Tabelle zeigt die Anwendungseigenschaften von Satelliten- und HAPS-Kommunikationstechnologien in Bezug auf Einsatz und Betriebskomplexität, Gesamtsystemkapazität und Latenzleistung.

HAPS gilt als Alternative zur Ergänzung der terrestrischen Konnektivität, da es sowohl feste Breitband-Konnektivitätsressourcen als auch Übertragungsverbindungen zwischen Mobilfunknetzen und Backhaul bereitstellt. In beiden Fällen lassen sich mit HAPS-Anwendungen abgelegene Gebiete – einschließlich Berg-, Küsten- und Wüstenregionen – versorgen.

Schon seit Jahren diskutiert man über die mobile Kommunikation via HAPS-Plattformen, wobei in jüngster Zeit sowohl in technologischer als auch in rechtlicher Hinsicht Fortschritte erzielt wurden. Technologische Innovationen gab es in den Bereichen Antennen, Solarzellen und Batterien mit hoher Leistungsdichte. In regulatorischer Hinsicht wurde auf der letzten WRC-23 ein weiterer Schritt getan: Man hat drei Frequenzbänder für den Mobilfunk hinzugefügt: 700-900 MHz, 1,7 GHz und 2,5 GHz. In verschiedenen Ländern und Regionen haben Betreiber nun die Möglichkeit, bei der Einführung von HAPS-basierten mobilen Breitbandkommunikationsdiensten die Frequenzen flexibler auswählen.

Nach den bisherigen Regelungen der ITU-R war der Betrieb von HAPS-Mobilfunk-Basisstationen nur im 2-GHz-Mobilfunkfrequenzband möglich. Die Nutzung anderer Frequenzen (700-900 MHz, 1,7 GHz und 2,5 GHz) war nicht gestattet.

In Japan

Auf japanischem Boden – oder besser gesagt in der japanischen Luft – gilt Softbank als ein wichtiger Investor in die HAPS-Technologie. Die japanische Investmentholding begann im April 2017 mit der Arbeit an einem Projekt für ein unbemanntes Flugzeugsystem für HAPS und gründete noch im selben Jahr HAPSMobile. Nach etwas mehr als drei Jahren, im September 2020, erreichte das Flugzeug Sunglider bei einem Testflug die Stratosphäre – und konnte dort erfolgreich eine Internetverbindung aufbauen. Der erste Schritt war gemacht.

Im September 2023 – drei weitere Jahre später – schritten die Entwicklungen weiter voran: Man führte einen neuen Feldtest mit einer 5G-fähigen zylindrischen HAPS-Antenne am Flugzeug durch, die ebenfalls von SoftBank entwickelt wurde. Der Test zeigte, dass die Optimierungstechnologie, welche die Kommunikationskapazität in dem von HAPS abgedeckten Gebiet maximiert, gut funktionierte. Der Test auf Herz und Nieren fand in einer maximalen Höhe von 16,9 Kilometern unter schwierigen atmosphärischen Bedingungen statt: Softbank gab an, dass ein Videoanruf zwischen einem 5G-Smartphone in Ruanda und Mitgliedern des SoftBank-Teams in Japan problemlos funktionierte. Ein Meilenstein in der HAPS-Technologie.

Auf der WRC-23 trat SoftBank als Vertreter Japans auf und führte die Diskussionen über die Erweiterung des HAPS-Spektrums um Bänder als internationalen Standard an. Damit wurde der Weg für die weltweite Einführung dieser Technologie in standardisierter Form geebnet.

Generell zeigt sich Japan als Vorreiter in Sachen HAPS: SpaceHYPERLINK Compass, ein Joint Venture zwischen dem japanischen Telekommunikationsunternehmen NTT und dem Satellitensender Sky Perfect JSAT, beabsichtigt, ab April 2025 kommerzielle HAPS-Dienste für isolierte Inseln und ähnliche Gebiete anzubieten. Weitere Einzelheiten zu diesem Projekt werden auf der Docomo Open House ’24 vorgestellt, die am 17. Januar 2024 in Tokio stattfindet.