Mit dem Siegeszug des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) wächst der Bedarf an flächendeckender, zuverlässiger Konnektivität rasant. Während LTE-Mobilfunknetze etwa 90 Prozent der Weltbevölkerung abdecken, erstrecken sie sich nur etwa über 15 Prozent der Erdoberfläche. Durch die Einbeziehung von 2G/3G erhöht sich dieser Wert auf 30 bis 35 Prozent. Viele abgelegene Regionen sind daher nach wie vor eine Herausforderung für eine Vernetzung. Durch die Abschaltung von 2G verringert sich zudem die globale Abdeckung. Nicht-terrestrische Netze (NTN) sollen hierbei entgegenwirken, wobei die Datenübertragung nicht über Funkmasten, sondern direkt über Satellitensysteme erfolgt.
NTN ermöglicht IoT-Konnektivität über Satelliten
Nicht-terrestrische Netze (Non-Terrestrial Networks, NTN) sind Funkkommunikationssysteme, die hoch über der Erdoberfläche arbeiten. Dazu zählen Satelliten in niedrigen (Low Earth Orbit, LEO), mittleren (Medium Earth Orbit, MEO) und geostationären (GEO) Umlaufbahnen ebenso wie Höhenplattformen (HAPS) und Drohnen. Gemeinsam sorgen diese Komponenten für eine lückenlose Abdeckung und versorgen auch entlegene Regionen, die bislang keinen Zugang zu herkömmlichen Mobilfunknetzen haben. Heute können sich Endgeräte entweder mit terrestrischen 3GPP-Netzen oder mit Satelliten verbinden. Wer auf Satellitenkommunikation angewiesen ist, braucht daher bisher zusätzliche Hardware neben dem Smartphone. Mit NTN wird sich dies ändern: Künftig werden sich alle Mobilfunkgeräte nahtlos sowohl mit terrestrischen als auch satellitengestützten Netzen im 3GPP-Ökosystem verbinden können. Mit dem technischen Fortschritt übernehmen die Satelliten dabei nach und nach sogar die Funktion von Basisstationen. So werden Endgeräte zukünftig unabhängig von teils schlechter Abdeckung stationärer 3GPP-Netze – und das ohne zusätzliche Hardware. Bei Abbruch der terrestrischen Verbindung kann durch NTN der nahtlose Übergang ins Satellitennetz ermöglicht werden, was bei kritischen Anwendungen, beispielsweise in Bereichen der Land- und Forstwirtschaft, Öl- und Gasindustrie besonders relevant ist. Aufgrund der stationären und größeren Geräte wird die Einführung von NTN unkompliziert sein. Besonders im Bereich Asset Tracking sowie der Logistik wird NTN eine wichtige Rolle spielen, jedoch könnten Probleme mit Roaming entstehen. Die ersten Netzbetreiber arbeiten aber bereits an Lösungen.
Neue Satellitenanbieter stellen neben der Infrastruktur im Erdorbit auch zellulare Kernnetze bereit. Dadurch ist es möglich, Mobilfunkdienste über Satelliten zu nutzen. Für Endgeräte bedeutet das: Sie können über NTN-fähige SIM-Karten und vorhandene Mobilfunkverträge (MNO/MVNO) automatisch ins Satellitennetz roamen bzw. dynamisch zwischen terrestrischen und satellitengestützten Netzen wechseln, insbesondere dann, wenn kein terrestrisches Netz erreichbar ist. Die Integration von NTN in bestehende Netze erfolgt über dieselben APNs und Core-Netzwerkstrukturen. Die Unterschiede liegen vor allem in der höheren Latenz und geringeren Bandbreite.
Zwei Satellitentypen für unterschiedliche Anforderungen
Um möglichst effizient kommunizieren zu können, kommen für NTN zwei Satellitensysteme zum Einsatz. Je nach Anwendung bieten GEO- und LEO-Satelliten unterschiedliche Vor- bzw. Nachteile.
GEO (Geostationary Earth Orbit):
- Höhe: ca. 36.000 Kilometern
- stationär und dauerhaft über derselben Erdregion erreichbar
- Hohe Latenz, hoher Stromverbrauch, niedrige Datenrate (2–4 kbps)
LEO (Low Earth Orbit):
- Höhe: 600–800 km
- Höhere Datenraten (20–40 kbps), geringerer Energieverbrauch
- Satelliten bewegen sich schnell, daher „Store and Forward“-Architektur notwendig
- Ideal für regelmäßige Datenerfassung, bei der keine Echtzeit notwendig ist
Welche Orbit-Lösung gewählt wird, hängt letztlich von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. GEO-Netzwerke eignet sich für Notfall- und Alarmkommunikation mit niedriger Datenrate, während LEO-Netzwerke eine effiziente und flexible Kommunikation für allgemeine IoT-Daten mit moderaten Latenzanforderungen ermöglicht. Lösungen auf Basis von 5G werden dabei überwiegend mit LEO-Systemen betrieben.
Frequenznutzung und Antennendesign für NTN
NTN hat zwei Hauptbänder: das n255 (NTN 1,6 GHz oder L-Band) und das n256 (NTN 2 GHz oder S-Band). Diese Bänder überschneiden sich teilweise mit terrestrischen Mobilfunkbändern, was die Nutzung bestehender Antennendesigns erleichtert. L-Band-Anwendungen benötigen ggf. eine gesonderte Antennentrennung zu GNSS.
Erste NTN-Module für weltweite IoT-Anbindung
Das nRF9151-Modul von Nordic Semiconductor unterstützt sowohl terrestrische als auch satellitengestützte IoT-Kommunikation (NTN). Es handelt sich um eine kompakte System-in-Package (SiP) Lösung, die für zellulare IoT- und DECT-NR+ Anwendungen ausgelegt ist. Neben energieeffizienter LTE-Technologie bietet das Modul integrierte Verarbeitungsfunktionen, Sicherheitsmechanismen sowie GNSS zur Positionsbestimmung. Es unterstützt 3GPP Release 14 LTE-M/NB-IoT sowie DECT NR+. Die vollständige NTN-Funktionalität (inkl. GEO/LEO-Support) ist seit dem zweiten Halbjahr 2025 (durch ein Firmware-Update) verfügbar und erlaubt weltweite Konnektivität unabhängig vom Zugang zu Mobilfunknetzen. Nordic Semiconductor arbeitet mit Anbietern wie Sateliot, Skylo, Myriota, Iridium and Telekom zusammen, um NTN-Lösungen bereitzustellen.
Fazit und Ausblick
Mit der Abschaltung der 2G/3G-Netze und dem wachsenden Bedarf an globaler Konnektivität wird NTN zur Schlüsseltechnologie für das IoT. Die Kombination aus moderner Satellitentechnologie und stromsparenden Modulen eröffnet neue Geschäftsmöglichkeiten und macht bislang unerreichbare Regionen zugänglich.
Anwendungen für NTN
Das Aufkommen des zellularen IoT und die neuen NTN-Lösungen haben eine Welt voller neuer Anwendungen eröffnet. Der nRF9151 von Nordic Semiconductors vereint alles in einem unglaublich kompakten Paket: LTE-M, NB-IoT, GNSS, DECT NR+ Modem, NTN und Energieverwaltung. Firmware-Over-the-Air-Updates (FOTA) machen Mobilfunk-IoT-Geräte noch anpassungsfähiger, robuster und zukunftssicherer, da sie groß angelegte Updates und Fehlerbehebungen ohne manuellen Eingriff ermöglichen – mit NTN ist dies nun auch in abgelegenen Gebieten ohne Funkmasten möglich.
Asset Tracking zur Verfolgung und Überwachung wertvoller Vermögenswerte, um deren Verlegung, Beschädigung oder Diebstahl zu verhindern
- Verfolgung von Personen/Haustieren/Fahrzeugen/Paletten und Gesundheitsmanagement
- Tragbare medizinische Geräte
Smart Metering / Energieinfrastruktur zur Fernverwaltung und -wartung der Versorgungsinfrastruktur zur Verbesserung der Betriebseffizienz
- Wasser-/Strom-/Gaszähler
- Überwachung von Fernleitungen/Windkraftanlagen/Sonnenkollektoren
Intelligente Landwirtschaft Nutzung von Daten und Konnektivität, damit Landwirte präzise Entscheidungen treffen und mit minimalen Ressourcen maximale Erträge erzielen können
- Bewässerung/intelligente Überwachung von Nutzpflanzen/Viehbeständen
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