Schnelles Internet über den Wolken

Erstmals Daten-Übertragungsrate von 8 Gigabit pro Sekunde zwischen Flugzeug und Boden

E-Band-Sender am Flügel des Experimentalflugzeugs. Eine kleine Parabolantenne sorgt für die korrekte Ausrichtung auf die Bodenstation.
© Wolfgang Mies, Fraunhofer FHR

E-Band-Sender am Flügel des Experimentalflugzeugs. Eine kleine Parabolantenne sorgt für die korrekte Ausrichtung auf die Bodenstation.

Leistungsstarke Hochfrequenzschaltungen basierend auf innovativen III/V - Halbleitertechnologien können die Datenrate zukünftiger Funkstrecken wesentlich erhöhen.
© Fraunhofer IAF

Leistungsstarke Hochfrequenzschaltungen basierend auf innovativen III/V - Halbleitertechnologien können die Datenrate zukünftiger Funkstrecken wesentlich erhöhen.

Schnelles Internet im Flugzeug – davon träumen Fluggesellschaften ebenso wie Geschäftsreisende und Urlauber. Bisher scheiterte es an der zu geringen Leistungsfähigkeit der Datenverbindungen zwischen Flugzeug und Boden. Ein Forscherteam unter Leitung der Universität Stuttgart macht die Realisierung jetzt greifbar: Es übermittelte zwischen einem Flugzeug und einer Bodenstation Signale mit einer Übertragungsrate von 8 Gigabit pro Sekunde.

 

Um die hohe Datenrate zu erreichen, nutzen die Forscherinnen und Forscher der Universität Stuttgart, des Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der Radiometer Physics GmbH sowie dem Fraunhofer-Institut für angewandte Festkörperphysik IAF und dem Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR erstmals den Radiofrequenzbereich zwischen 71 und 76 Giga-Hertz für eine Luft zu Boden Funkverbindung. In diesem Bereich sind große Bandbreiten zur Erzielung von Multi-Gigabit Datenraten verfügbar.

Mit dieser Technik könnte zukünftig Breitbandinternet und Video-on-Demand in Passagierflugzeugen zur Verfügung gestellt werden. Auch hochauflösende Videos beziehungsweise Sensordaten von einem Flugzeug, einem Erderkundungssatelliten oder einer Drohne lassen sich kontinuierlich und unkomprimiert zum Boden übertragen. Die erzielte Datenrate ermöglicht beispielsweise die gleichzeitige Übertragung von bis zu 600 unterschiedlichen "4k" Videostreams (ca. 16 Mbit/s). Weltumspannende Satellitennetzwerke, die mittels dieser Technik nahtlos in terrestrische Glasfaser- und Funknetzwerke eingebunden werden, können global verfügbares Breitbandinternet bereitstellen und die datenhungrigen Dienste im Internet der Dinge sicherstellen.

Ebenso lassen sich die stetig wachsenden Datenmengen in Flugzeugen künftig in extrem kurzer Zeit bereits im An- oder Überflug aus dem Bordspeicher auslesen. Bisher geschieht dies noch per Kabel, während der Flieger auf dem Rollfeld steht, was Zeit kostet und die Neuerung daher für Fluggesellschaften besonders interessant macht.

Das Experiment gelang im Rahmen des vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt und dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Forschungsprojektes „ELIPSE“. Das Flugzeug wurde dabei mit einem leistungsfähigen Sender im sogenannten E-Band ausgestattet und kreiste in einer Flughöhe von 1.000 Metern im Radius von fünf bis zwölf Kilometer um die Empfangsstation. Eine eigens entwickelte Antennennachführung am Boden stellte sicher, dass die relativ stark gerichteten Antennenkeulen des Senders und des Empfängers immer aufeinander ausgerichtet blieben.

Die Breitbandverbindung blieb während eines kompletten Überfluges im Radius von fünf Kilometern für drei Minuten stabil. Bei einer Datenrate von 8 Gigabit pro Sekunde entspricht das einer gesamten Datenmenge von 180 Giga-Byte. Widrige Wetterbedingungen wie Wolken, Regen und Nebel schränken die Verbindungsqualität in diesem Frequenzbereich zwar ein, verhindern diese aber nicht komplett, so dass mit modernen Regelverfahren die Datenverbindung auch bei schlechtem Wetter aufrechterhalten werden kann.
 

Leistungsstarke Millimeterwellen-Schaltkreise vom Fraunhofer IAF

Forscher am Fraunhofer IAF waren maßgeblich an der Entwicklung des hochlinearen Sendekanals sowie des ultra-rauscharmen Empfängers beteiligt. Mit den Innovationen kann die Datenrate der Funkstrecke wesentlich erhöht werden. Ermöglicht wird dies durch spezielle GaN-Sendeverstärker mit Ausgangsleistungen von bis zu 2 Watt und rauscharme Empfangsverstärker mit HF-Rauschzahlen von weniger als 2 dB. Alle Entwicklungen wurden im E-Band realisiert, wobei für die Funkverbindung vom Flugzeug zum Boden der Frequenzbereich zwischen 71 und 76 GHz zum Einsatz kam. Weiterhin haben die Experten des IAF eine automatische Verstärkungsregelung entwickelt. Diese Anpassungsschaltung sorgt dafür, dass das Signal, welches im Empfänger der Bodenstation ankommt immer den optimalen Pegel aufweist.

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Weiterführende

Informationen

 

Kontakt der Universität Stuttgart

 

Leiter Hochschulkommunikation und Pressesprecher:

Dr. Hans-Herwig Geyer
T: 0711 685-82555

 

Ansprechpartnerin:

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T 0711 685-82176
F 0711 685-82291
hkom@uni-stuttgart.de
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