Quelle: DeSK 20. April 2024.

Backnang, 20. April 2024: Der Bedarf an Breitbandkommunikation ist seit Jahren ungebrochen und wächst ständig. So nehmen die aggregierten Datenraten in drahtlosen sowie drahtgebundenen Netzen exponentiell zu, vergleichbar mit dem Mooreschen Gesetz in der Mikroelektronik. Der Bedarf an Konnektivität war noch nie so offensichtlich: Dieser reicht von der globalen Nutzung durch Homeoffice über die Unterstützung der Telemedizin für medizinisches Personal bis hin zur Unterstützung von Ersthelfern bei der Ad-hoc-Koordination von Notfällen. Durch die in der 6. Generation der Mobilkommunikation (6G) angestrebte Erweiterung terrestrischer Netze um die dreidimensionale, vertikale Komponente der Satellitenkommunikation, kann erstmals Breitband-Internet an jedem Ort und zu jeder Zeit rund um den Globus erschlossen werden. Der Aufbau weltumspannender Satellitenkonstellationen im kosteneffizienten New Space-Kontext ermöglicht diese Entwicklungen.

Im Rahmen des von der Raumfahrtagentur im DLR und BMWK geförderten Vorhabens EIVE (Förderkennzeichen 50RK1960) wird an der Erschließung neuer Frequenzbereiche für die breitbandige Satellitenkommunikation und damit einhergehend an der Sicherstellung des stetig wachsenden Bedarfs an Datenraten geforscht. Die Nanosatellitenmission EIVE steht für ‚Exploratory In-Orbit Verification of an E/W-band Downlink‘. Die Universität Stuttgart koordiniert dieses innovative Vorhaben. Die Besonderheit hierbei ist, eine weltweit neuartige Gigabit-Kommunikationsstrecke mit höchsten Datenraten zwischen Weltall und Erde nachzuweisen bzw. aufzubauen.

Forschern des Instituts für Robuste Leistungshalbleitersysteme der Universität Stuttgart ist es nun gelungen, das Bodensegment mit einer eigens konzipierten und entwickelten Bodenstation für den Empfang von breitbandigen Kommunikationssignalen im W-Band in Betrieb zu nehmen. Die voll funktionsfähige Bodenstation führt mehrere Innovationen im Bereich der Satellitenkommunikation ein: Sie kombiniert eine 1,2 Meter Parabolantenne mit extrem hoher Richtwirkung und präziser Antennennachführung mit dem weltweit rauschärmsten Funkempfänger und einer neuartigen Digitalisierung mit Massenspeicher, die die Speicherung breitbandiger, digitaler Kommunikationssignale mit über 10 Gbit/s Datenrate im Radiofrequenzbereich von 71-76 GHz erlaubt. Das ermöglicht die Datenerfassung während eines kompletten Überfluges eines Satelliten im niederen Erdorbit (Low Earth Orbit). Zusätzlich verfügt der Empfänger über eine Synchronisierung digital modulierter Nutzdaten in Echtzeit, die etwa das Streaming von unkomprimierten Videos mit 4K-Auflösung ermöglicht. Für höchste Präzision der stark gerichteten Antennenkeule setzt die Antennennachführung erstmals in diesem Frequenzbereich Multi-Mode-Tracking und einen automatisierten Suchalgorithmus mit Einsatz von künstlicher Intelligenz um. Die Bodenstation enthält modernste und weltweit führende Technologien der Projektpartner Radiometer Physics GmbH (RPG) und Fraunhofer Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF). Die Antenne wurde von der Firma RPG entwickelt und hergestellt. Das gesamte Bodenterminal ist temperaturgesteuert, so dass die Komponenten und die Signalübertragung nicht durch wechselnde Witterungsbedingungen beeinträchtigt werden.

Das Fraunhofer IAF hat die leistungsfähigen integrierten Schaltkreise auf der Grundlage seiner innovativen III/V-Halbleitertechnologien hergestellt und hochmoderne Verstärker entwickelt, mit denen die breitbandige Datenverbindung ermöglicht wird.

Die wissenschaftlichen Aktivitäten rund um das EIVE-Projekt und die Entwicklung der innovativen W-Band Bodenstation für Breitband-Internet aus dem All verkörpern einen signifikanten Meilenstein in der Weiterentwicklung der globalen Kommunikationsnetzwerke. Durch die Kombination fortschrittlicher technologischer Lösungen mit interdisziplinärer Forschung und Kooperation leisten diese Tätigkeiten einen entscheidenden Beitrag zur Realisierung der Vision eines nahtlos vernetzten Planeten, auf dem Informationen frei und schnell über geografische und digitale Grenzen hinweg fließen können.

Interessierte können sich über diese und weitere moderne Entwicklungen der Satellitenkommunikation auch im Showroom des Deutschen Zentrums für Satelliten-Kommunikation e.V. (DeSK) am Standort Backnang näher informieren. Dort ist unter anderem ein 1:1-Modell des EIVE-Satelliten ausgestellt, welches interaktiv die einzelnen Funktionsweisen des Satelliten erläutert.

Weiterführende Hinweise finden Sie unter https://www.ilh.uni-stuttgart.de/forschung/mmw/EIVE/ und https://desk-sat.com/startseite.

Deutsches Zentrum für Satelliten-Kommunikation e.V. (DeSK)
Unternehmen, wissenschaftliche Einrichtungen und Hochschulen aus dem Bereich der Satellitenkommunikation haben sich im Jahr 2008 im Deutschen Zentrum für Satelliten-Kommunikation e.V. (DeSK) zusammengeschlossen.

Ziel des DeSK ist es, die Mitglieder zur Erweiterung der Geschäftsbeziehungen zusammenzuführen sowie zu einem schlagkräftigen Netzwerk zu bündeln und dabei Synergien zu erzeugen. Außerdem werden gemeinsame Aktivitäten zur Fachkräftegewinnung durchgeführt. Ferner obliegt dem DeSK der Betrieb eines Showrooms zum Thema ‚Satellitenkommunikation‘.

Als Teil der Kompetenzzentren Initiative der Region Stuttgart wird das DeSK von der Wirtschaftsförderung Region Stuttgart GmbH (WRS) gefördert.

Institut für Robuste Leistungshalbleitersysteme (ILH) der Universität Stuttgart
Seit seiner Gründung im Jahr 2013 arbeiten Wissenschaftler am ILH der Universität Stuttgart an Innovationen im Bereich mikroelektronischer Schaltungen und Systeme für Anwendungen der Leistungselektronik und der Hochfrequenzelektronik. Die Forschungsschwerpunkte am ILH liegen auf dem Einsatz moderner Halbleitertechnologien in leistungsfähigen Transceivern für die hochbitratige Funkkommunikation und in kompakten Spannungswandlern für die Elektromobilität und die Energiewende.

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• DeSK

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Quelle: Universität Stuttgart 6. Juni 2023.

6. Juni 2023 – Nach vier Jahren Entwicklung und Tests schickt ein Forschungsteam rund um die Universität Stuttgart noch in diesem Monat den Satelliten EIVE (Exploratory In-Orbit Verification of an E/W-Band Satellite Communication Link) ins Weltall. Ziel ist es, eine breitbandige Datenübertragung über größere Distanzen hinweg aufzubauen, beispielweise für eine globale, zeit- und ortsunabhängige Versorgung mit schnellem Internet. Die Forschenden statteten EIVE dafür mit Technologien aus, die es ermöglichen, in einen bislang wenig erforschten Frequenzbereich vorzudringen – das sogenannte E-Band.

EIVE ist weltweit eines der ersten Projekte, das im All eine derartige Kommunikationsstrecke mit einer Reihe von verschiedenen Modulationsarten und Datenraten im E-Band bei 71—76 Gigahertz (GHz) testet. Die gewonnenen Ergebnisse bilden die Grundlage für künftige Kommunikationssatelliten.

Technologisches Raumwunder sorgt für rasante Datenübertragung
Mit einer Größe von etwa 12 x 24 x 40 Zentimetern und 8,8 Kilogramm gehört EIVE zur Klasse der Nanosatelliten und passt bequem in einen Schuhkarton. „Wir haben EIVE mit standardisierten CubeSat-Bauelementen entworfen“, erklärt Prof. Sabine Klinkner vom Institut für Raumfahrtsysteme (IRS). „Durch die Verwendung von Standards lässt sich der Satellit mit praktisch jeder Rakete ins All transportieren.“

Obwohl er so klein ist, birgt der Satellit jede Menge komplexe Technik: Neben dem kompakten Satellitenbus, der den Betrieb im Weltraum ermöglicht, verfügt EIVE über einen Transmitter zur Datenübertragung im E-Band. „Das ermöglicht eine zehn- bis hundertmal höhere Frequenz als wir sie bislang in der Mobilkommunikation nutzen“, sagt Prof. Ingmar Kallfass vom Institut für Robuste Leistungshalbeitersysteme (ILH). „Das entspricht einer Datenübertragungsrate von bis zu 16 Gigabit pro Sekunde.“

Sensoren und Aktuatoren sorgen dafür, dass der Transmitter für die Datenübertragung exakt auf die Bodenstation ausgerichtet ist. Mit an Bord sind außerdem besonders leistungsfähige Sendetechnologien, die das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) entwickelt hat. So lassen sich neben Testdaten auch Livevideodaten mit einer 4K-Kamera vom All zur Erde übertragen.

Für den Empfang der E-Band Transmissionen auf der Erde müssen sich Satellit und die für dieses Projekt eigens errichtete Bodenstation an der Universität Stuttgart exakt aufeinander ausrichten. Am Boden empfangen, speichern und analysieren die Forschenden die bis zu zwölf Terrabyte großen anfallenden Datenmengen pro Überflug.

Vom Start bis zur Inbetriebnahme
EIVE wird von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien mit SpaceX/Transporter-8 ins All starten. Etwa eine Stunde nach dem Start wird der Satellit im niedrigen Erdorbit auf etwa 520 Kilometern Höhe und in polarer Flugbahn ausgeworfen. Während der darauffolgenden Tage wird rund um die Uhr im Zweischichtbetrieb gearbeitet, um alle Systeme des Satelliten zu überprüfen und in Betrieb zu nehmen. Anschließend führen die Forscher*innen mit EIVE bis mindestens 2024 Experimente zur E-Band-Kommunikation durch.

Über das EIVE-Projekt
An der Entwicklung des Satelliten waren neben dem IRS und ILH der Universität Stuttgart, das Fraunhofer IAF sowie Partner aus der Industrie – RPG Radiometer Physics, Tesat-Spacecom und Thales Alenia Space Deutschland, AZUR SPACE sowie die Exolaunch GmbH – beteiligt. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert.

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• CubeSats

Der Beitrag Satellit EIVE erkundet neuen Frequenzbereich im All – Stuttgarter Forschende sind Vorreiter in der E-Band-Forschung erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DeSK.

Stuttgart, 30. Januar 2022: Am 28. Januar 2022 wurden die Ergebnisse einer innovativen Kooperation präsentiert: So haben im Jahr 2021 das Institut für Robuste Leistungshalbleitersysteme (ILH) und das Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart gemeinsam mit der HfK+G*, private Hochschule für Kommunikation und Gestaltung, staatlich anerkannte Hochschule für angewandte Wissenschaften, im Rahmen der sogenannten Nanosatellitenmission ‚EIVE‘ eine interdisziplinäre Zusammenarbeit gestartet:

Das hochinnovative Vorhaben EIVE – Exploratory In-Orbit Verification of an E/W-Band Satellite Communication Link – hat zum Ziel, neue Frequenzbereiche für die breitbandige Satellitenkommunikation und zur Sicherstellung des stetig wachsenden Bedarfs an Datenraten zu erschließen. Es gilt, die weltweit erste In-Orbit-Verifikation einer Kommunikationsstrecke im E-Band zu demonstrieren. „Mit dieser neuen Technologie können rund 10x mehr Daten vom Weltraum zur Erde gefunkt werden, wie sie beispielsweise in der Erdbeobachtung und der zukünftigen Breitbandinternetversorgung benötigt werden“, erklärt Professor Ingmar Kallfass, Leiter des ILH.

Zielsetzung der Zusammenarbeit mit der HfK+G* war daher, die technisch-naturwissenschaftlichen Inhalte von EIVE in einer kultur-gesellschaftswissenschaftlichen Sprache in Form von Videoclips/-sequenzen zu vermitteln.

„Wir freuen uns sehr über die gelungene Kooperation. Mit diesem Transferprojekt erfüllen wir ein weiteres Mal unsere Mission, die Kreativität, den qualifizierten Praxisbezug und die interdisziplinäre Kompetenz unserer Studierenden zu fördern. Die besondere Herausforderung bei diesem Projekt bestand darin, komplexe technische Zusammenhänge in ein klar verständliches Storytelling zu übersetzen“, fasst Frau Professorin Köhler – Studiengangsleitung Kommunikationsdesign und Illustration – zusammen.

Die Studierenden der HfK+G* stellten an der Universität Stuttgart ihre insgesamt acht Videoprojekte einem ausgewählten Fachpublikum vor. Das Deutsche Zentrum für Satelliten-Kommunikation (DeSK) mit Sitz in Backnang war Initiator der Zusammenarbeit und führte durch die Veranstaltung.

Gefördert wurde diese interdisziplinäre Kooperation durch das Landratsamt Rems-Murr-Kreis. So erklärt Kreiswirtschaftsförderer Dr. Timo John bei der Ergebnisvorstellung, dass „wir das Projekt sehr gerne unterstütz haben. Gerade die verständliche Sprache kann dazu beitragen, junge Menschen zu gewinnen, sich für das Thema Satellitenkommunikation oder für Naturwissenschaften ganz allgemein zu interessieren und sich dann in diese Richtung beruflich zu orientieren. Ich meine, das ist ein neuer Ansatz und wichtiger Beitrag zur Fachkräftesicherung in der Region für die Zukunft.“

Eine Jury hatte bereits im Vorfeld zwei der Videoprojekte ausgewählt, die als Imagefilme im EIVE-Projekt dafür eingesetzt werden sollen, sowohl Nachwuchskräfte anzusprechen als auch die breite Öffentlichkeit über das hochinnovative Thema zu informieren.

Durch diese fachübergreifende Kooperation der beiden Hochschulen soll am Beispiel der EIVE-Mission eine ganzheitliche Betrachtungsweise des Zusammenwirkens von technik-, sozial-, natur- und geisteswissenschaftlichen Perspektiven erreicht werden.

Deutsches Zentrum für Satelliten-Kommunikation e.V. (DeSK)
Unternehmen, wissenschaftliche Einrichtungen und Hochschulen aus dem Bereich der Satellitenkommunikation haben sich im Jahr 2008 im Deutschen Zentrum für Satelliten-Kommunikation e.V. (DeSK) zusammengeschlossen.
Ziel des DeSK ist es, die Mitglieder zur Erweiterung der Geschäftsbeziehungen zusammenzuführen sowie zu einem schlagkräftigen Netzwerk zu bündeln und dabei Synergien zu erzeugen. Außerdem werden gemeinsame Aktivitäten zur Fachkräftegewinnung durchgeführt. Ferner obliegt dem DeSK der Betrieb eines Showrooms zum Thema ‚Satellitenkommunikation‘.
Als Teil der Kompetenzzentren Initiative der Region Stuttgart wird das DeSK von der Wirtschaftsförderung Region Stuttgart GmbH (WRS) gefördert.

Institut für Robuste Leistungshalbleitersysteme (ILH) der Universität Stuttgart
Seit seiner Gründung im Jahr 2013 arbeiten Wissenschaftler am ILH der Universität Stuttgart an Innovationen im Bereich mikroelektronischer Schaltungen und Systeme für Anwendungen der Leistungselektronik und der Hochfrequenzelektronik. Die Forschungsschwerpunkte der aktuell 15 wissenschaftlichen Mitarbeiter und zahlreicher Studierender am ILH liegen auf dem Einsatz moderner Halbleitertechnologien in leistungsfähigen Transceivern für die hochbitratige Funkkommunikation und in kompakten Spannungswandlern für die Elektromobilität und die Energiewende.

Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart
Das Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart wurde 1970 unter dem Namen Institut für Raumfahrtantriebe (IRA) gegründet und schließlich mit der Verbreiterung der Themengebiete in Institut für Raumfahrtsysteme umbenannt. Es ist der Fakultät 6: Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie der Universität Stuttgart zugeordnet. Am Institut sind mit den 5 Professuren die Forschungsthemen Astronautik und Raumstationen, Chemische Raumfahrtantriebe, Flugzeugastronomie und extraterrestrische Missionen, Raumtransporttechnologien und Satellitentechnik angesiedelt. Mit 150 Mitarbeiter*innen, etwa 10 Promotionen und 50 bis 70 Studien/Diplom- bzw. Bachelor/Master-Arbeiten pro Jahr ist das IRS eines der größten universitären Raumfahrt-Forschungsinstitute Europas.

Private Hochschule für Kommunikation und Gestaltung (HfK+G)
(staatlich anerkannte Hochschule für angewandte Wissenschaften mit Sitz in Stuttgart und Ulm, Studiengänge: Kommunikationsdesign, Illustration, Werbung- und Marktkommunikation).
Seit ihrer Gründung im Jahr 2014 fördert die HfK+G mit bedarfsgerechten Studienangeboten und einem praxisorientierten Lehrkonzept die Kooperation und den Austausch zwischen akademischer Lehre, Unternehmen und öffentlichen Institutionen. Mit substanziellen Beiträgen in Forschung, Entwicklung und Kunstausübung trägt die HfK+G zur nachhaltigen Entwicklung in Gesellschaft und mittelständischer Wirtschaft bei, insbesondere im regionalen Umfeld der Hochschulstandorte Stuttgart und Ulm sowie in der Donau-Region.

Landratsamt Rems-Murr-Kreis
In Backnang haben sich in den letzten Jahrzehnten zahlreiche weltweit agierende Unternehmen der Satelliten- und Breitbandkommunikation entwickelt. Das Landratsamt Rems-Murr-Kreis war Gründungsmitglied beim DeSK und ist bis heute ständiges Mitglied. Regelmäßig unterstützt die Kreiswirtschaftsförderung Projekte junger Auszubildender und Studierender, die zusammen mit Unternehmen oder der Universität durchgeführt werden, als Beitrag zur Fachkräftesicherung für den Landkreis.
Das Kompetenzzentrum DeSK ‚übersetzt‘ aktuelle Forschungsergebnisse in die Sprache der Unternehmen, initiiert und begleitet innovative Kooperationsprojekte, zeigt praxisnah Anwendungspotenziale neuer Technologien auf, erleichtert den Zugang zu wichtigen Informationen und Partnern und leistet Beiträge zur Bedarfsorientierung von Aus- und Weiterbildung.
Des Weiteren werden Projekte umgesetzt sowie Technologie- und Zukunftsthemen als Grundlage für Kooperationsprojekte identifiziert.

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