Für satellitengestützten Internetzugang werden häufig geostationäre Satelliten verwendet, jedoch kommen auch Satelliten-Konstellationen in niedrigen oder mittleren Erdumlaufbahnen (LEO oder MEO) zum Einsatz. Mit OneWeb und Starlink sind seit 2019 zwei Großkonstellationen von mehreren hundert beziehungsweise tausend Satelliten im Aufbau.
mini|Satellitenanlage für Internetzugang
Technische Funktionsweise mini|Wie Satelliteninternet funktioniert.
Internet über Satellit basiert im Allgemeinen auf drei Hauptkomponenten: Satelliten, die sich früher hauptsächlich im geostationärem Orbit (oder GEO) befanden, nun aber zunehmend in niedrigen Erdorbits (LEO) oder mittleren Erdorbits (MEO) platziert werden, mehreren Bodenstationen, bekannt als Gateways, die Internetdaten über Radiowellen (Mikrowellen) vom und zum Satelliten weiterleiten, und weiteren Bodenstationen, die jeden Abonnenten mit einer Antenne und Transceiver bedienen. Weitere Komponenten eines Satelliteninternetsystems umfassen ein Modem auf der Seite des Benutzers, das das Netzwerk des Benutzers mit dem Transceiver verbindet, und ein zentrales Network Operations Center (NOC) zur Überwachung des gesamten Systems. Zusammen mit einem Breitband-Gateway betreibt der Satellit eine Sternnetzwerk-Topologie, bei der alle Netzwerkkommunikation über den Hub-Prozessor des Netzwerks verläuft, der im Zentrum des Sterns steht. Mit dieser Konfiguration ist die Anzahl der Bodenstationen, die mit dem Hub verbunden werden können, praktisch unbegrenzt.
Grundsätzlich muss zwischen zwei Arten der Satellitenverbindung unterschieden werden.
2-Wege-Satellitenverbindung mini|alt=2-Wege Satelliteninternet|2-Wege Satelliteninternet Bei dieser Form der Verbindung werden der Hin- und Rückkanal (Down- und Upstream) über einen Satelliten hergestellt (seit 2013).
Im Downstream stehen je nach Anbieter Übertragungsraten zwischen 64 kbit/s und 150 Mbit/s bereit, in gesondert auszuhandelnden Einzelfällen auch abweichende Übertragungsraten. Die Übertragungsrate des Upstream liegt je nach Zielgruppe (Endverbraucher und professionelle Nutzer) zwischen 64 kbit/s und 20 Mbit/s. Technisch sind jedoch wesentlich höhere Übertragungsraten möglich. So meldete das belgische Satellitentechnologieunternehmen Newtec Mitte Juni 2012, dass es über einen 72-MHz-Transponder auf einem Eutelsat-Satelliten Geschwindigkeiten von über 500 Mbit/s erreichte.
1-Weg-Satellitenverbindung gerahmt|1-Weg-Satellitenverbindung
Eine vor mehr als 25 Jahren erstmals eingesetzte asymmetrische Verbindung, bei der nur der Downstream über einen Satelliten geführt wurde, der Upstream aber über terrestrische Verbindungen lief. Diese technische Lösung wurde bis ca. 2013 in Europa noch von einigen zehntausend Nutzern eingesetzt. Im Downstream standen dem Benutzer seinerzeit je nach Anbieter Übertragungsraten zwischen 256 kbit/s und 36000 kbit/s bereit. Der Empfang der Satellitensignale kann auch mittels handelsüblicher DVB-S-Karte erfolgen, sofern diese Modulation unterstützt und eine kompatible Software zur Verfügung steht.
Die Datenübertragungsrate des Rückkanals richtete sich nach der eingesetzten Technik. Meist wurden Modem-Verbindungen über POTS oder ISDN-Verbindungen eingesetzt, was bis zu 128 kbit/s Upstreamrate bereitstellte. Für mobile Anwendungen konnten auch GPRS-, UMTS- oder GSM-Verbindungen für den Rückkanal genutzt werden.
Bei Verbindungen mit terrestrischem Rückkanal wurde dieser bei einigen Anbietern parallel zum Satellitenlink für die Datenübertragung in Downstream-Richtung verwendet. Ist dieser Rückkanal ausgelastet, fließen die weiteren Pakete über die für den Anbieter teurere Satellitenübertragungsstrecke. Im Umkehrschluss heißt das: Wenn die terrestrische Leitung nicht voll ausgelastet wird – z. B. auf Grund eines langsamen Internet-Servers – treffen alle Daten terrestrisch ein. Bei Anbietern, die diese Technik nicht einsetzten, lief der eigentliche Download ausschließlich über Satellit.
Satellit Als Zentrum der neuen Breitband-Satellitennetzwerke werden eine neue Generation von leistungsstarken GEO-Satelliten vermarktet, die 35.786 Kilometer (22,236 mi) über dem Äquator positioniert sind und im Ka-Band (18,3–30 GHz) Modus betrieben werden. Diese speziell gebauten Satelliten sind für Breitbandanwendungen konzipiert und optimiert, mit vielen schmalen Spot-Beams,dbsinstall.com (PDF) Abgerufen im März 2022 die ein viel kleineres Gebiet abdecken als die breiten Beams, die von früheren Kommunikationssatelliten verwendet wurden. Diese Spot-Beam-Technologie ermöglicht es Satelliten, zugewiesene Bandbreiten mehrfach zu nutzen, was ihnen eine wesentlich höhere Gesamtkapazität als konventionellen Breitstrahl-Satelliten ermöglicht. Die Spot-Beams können auch die Leistung und folglich die Kapazität erhöhen, indem sie mehr Leistung und erhöhte Empfängerempfindlichkeit in definierte konzentrierte Bereiche fokussieren. Spot-Beams werden als einer von zwei Typen bezeichnet: Abonnenten-Spot-Beams, die Daten zum und vom Terminal auf der Abonnentenseite übertragen, und Gateway-Spot-Beams, die Daten zu/von einer Bodenstation des Dienstanbieters übertragen. Zu beachten ist, dass das Verlassen des engen Footprints eines Spotbeams die Leistung erheblich beeinträchtigen kann. Außerdem können Spotbeams die Nutzung anderer bedeutender neuer Technologien unmöglich machen, einschließlich der 'Carrier-in-Carrier'-Modulation.
In Verbindung mit der Spot-Beam-Technologie des Satelliten wird traditionell eine bent-pipe-Architektur im Netzwerk eingesetzt, bei der der Satellit als Brücke im Weltraum fungiert, die zwei Kommunikationspunkte am Boden verbindet. Der Begriff "bent pipe" wird verwendet, um den Verlauf des Datenpfads zwischen den sendenden und empfangenden Antennen zu beschreiben, wobei der Satellit am Punkt der Biegung positioniert ist. Einfach ausgedrückt, besteht die Rolle des Satelliten in dieser Netzwerkanordnung darin, Signale vom Endbenutzer-Terminal zu den Gateways des ISP und wieder zurück zu übertragen, ohne das Signal im Satelliten zu verarbeiten. Der Satellit empfängt, verstärkt und leitet ein Trägersignal auf einer bestimmten Radiofrequenz durch einen Signalpfad, der als Transponder bezeichnet wird.
Einige Satellitenkonstellationen in LEO, wie Starlink und die vorgeschlagene Telesat-Konstellation, werden mit Geräten für die Laserkommunikation im Weltraum für hochdurchsatzfähige optische Inter-Satelliten-Links ausgestattet. Die miteinander verbundenen Satelliten ermöglichen die direkte Weiterleitung von Benutzerdaten von Satellit zu Satellit und schaffen effektiv ein weltraumgestütztes optisches Maschennetzwerk, das eine nahtlose Netzwerkverwaltung und Kontinuität des Dienstes ermöglicht.
Der Satellit verfügt über seine eigene Antennenausstattung, um Kommunikationssignale von der Erde zu empfangen und an ihren Zielort zu senden. Diese Antennen und Transponder sind Teil der "Nutzlast" des Satelliten, die darauf ausgelegt ist, Signale von verschiedenen Orten auf der Erde zu empfangen und zu übertragen. Was die Übertragung und den Empfang in den Nutzlast-Transpondern ermöglicht, ist ein Wiederholersubsystem (RF (Radiofrequenz)-Ausrüstung), das verwendet wird, um Frequenzen zu ändern, zu filtern, zu trennen, zu verstärken und Signale zu gruppieren, bevor sie zu ihrer Bestimmungsadresse auf der Erde geleitet werden. Die hochverstärkende Empfangsantenne des Satelliten leitet die übertragenen Daten an den Transponder weiter, der sie filtert, umwandelt und verstärkt, um sie dann auf die sendende Antenne an Bord umzuleiten. Das Signal wird dann über einen Kanal, der als Träger bezeichnet wird, zu einem bestimmten Standort am Boden geroutet. Neben der Nutzlast ist die andere Hauptkomponente eines Kommunikationssatelliten der sogenannte Bus, der alle Ausrüstungen umfasst, die erforderlich sind, um den Satelliten in Position zu bringen, Energie zu liefern, die Temperaturen der Ausrüstung zu regeln, Gesundheits- und Trackinginformationen bereitzustellen und zahlreiche andere betriebliche Aufgaben auszuführen.
Gateways Zusammen mit dramatischen Fortschritten in der Satellitentechnologie im vergangenen Jahrzehnt hat sich auch die Bodenausrüstung entsprechend weiterentwickelt. Höheren Integrationsgrade und zunehmende Rechenleistung, erweitert sowohl Kapazitäts- als auch Leistungsgrenzen. Das Gateway – oder vollständig Gateway-Erdstation genannt – wird auch als Bodenstation, Teleport oder Hub bezeichnet. Der Begriff kann sich entweder ausschließlich auf den Antennenschüsselteil oder auf das gesamte System mit allen zugehörigen Komponenten beziehen. Das Gateway empfängt Radiowellensignale vom Satelliten auf der letzten Etappe der Rückkehr- oder Upstream-Nutzlast die vom Standort des Endbenutzers ausgeht. Das Satellitenmodem am Gateway-Standort demoduliert das eingehende Signal von der Außenantenne in IP-Pakete und sendet die Pakete an das lokale Netzwerk. Zugangsserver/Gateways verwalten den zum/vom Internet transportierten Verkehr. Nachdem die ursprüngliche Anfrage von den Servern des Gateways bearbeitet, an das Internet gesendet und zurückgegeben wurde, werden die angeforderten Informationen als Vorwärts- oder Downstream-Nutzlast zum Endbenutzer über den Satelliten zurückgesendet, der das Signal zum Abonnententerminal lenkt. Jedes Gateway bietet die Verbindung zum Internet-Backbone für die von ihm bedienten Gateway-Strahlen. Im kontinentalen Teil der Vereinigten Staaten, da es nördlich des Äquators liegt, müssen alle Gateway- und Abonnentenschüsselantennen eine ungehinderte Sicht auf den südlichen Himmel haben. Aufgrund der geostationären Umlaufbahn des Satelliten kann die Gateway-Antenne auf eine feste Position ausgerichtet bleiben.
Antennenschüssel und Modem Für den Zugang zum Breitband-Satellitennetzwerk muss der Kunde zusätzliche physische Komponenten installieren:
Außeneinheit (ODU) Am äußeren Ende der Außeneinheit befindet sich typischerweise eine kleine (2–3 Fuß, 60–90 cm Durchmesser), reflektierende, schüsselartige Radioantenne. Die VSAT-Antenne muss auch eine ungehinderte Sicht auf den Himmel haben, um eine korrekte Sichtlinie (L-O-S) zum Satelliten zu ermöglichen. Es gibt vier physische Charakteristikeinstellungen, die verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Antenne korrekt auf den Satelliten ausgerichtet ist, nämlich: Azimut, Elevation, Polarisation und Skew. Die Kombination dieser Einstellungen gibt der Außeneinheit eine L-O-S zum gewählten Satelliten und ermöglicht die Datenübertragung. Diese Parameter werden in der Regel zum Zeitpunkt der Installation der Ausrüstung eingestellt, zusammen mit einer Beam-Zuweisung (nur Ka-Band); diese Schritte müssen alle vor der eigentlichen Aktivierung des Dienstes erfolgen. Die Sender- und Empfangskomponenten werden typischerweise am Brennpunkt der Antenne montiert, die Daten vom/zum Satelliten empfängt/sendet. Die Hauptteile sind: Feed – Diese Montage ist Teil der VSAT-Empfangs- und Sendekette, die aus mehreren Komponenten mit unterschiedlichen Funktionen besteht, einschließlich des Feedhorns an der Vorderseite der Einheit, das wie ein Trichter aussieht und die Aufgabe hat, die Satellitenmikrowellensignale über die Oberfläche des Schüsselreflektors zu fokussieren. Das Feedhorn empfängt Signale, die von der Oberfläche der Schüssel reflektiert werden, und sendet ausgehende Signale zurück zum Satelliten. Aufwärtswandler (BUC) – Diese Einheit sitzt hinter dem Feedhorn und kann Teil der gleichen Einheit sein, aber ein größerer (höherer Wattzahl) BUC könnte ein separates Stück sein, das an der Basis der Antenne angebracht ist. Seine Aufgabe ist es, das Signal vom Modem in eine höhere Frequenz zu konvertieren und zu verstärken, bevor es von der Schüssel reflektiert wird und in Richtung Satellit geht.