High Altitude Platform Stations (HAPS)

Als Ersatz für die ungeliebten Sendemasten der heutigen Mobilfunktechnik werden immer wieder andere Lösungen diskutiert und untersucht, am bekanntesten sind dabei die bereits eingesetzten Satellitensysteme. Dazu gibt es jedoch auch Bestrebungen, mit hochfliegenden Flugzeugen oder Luftschiffen eine Alternative zu den zwar weltweit verfügbaren, aber in der Teilnehmerkapazität sehr begrenzten Satellitensystemen zu schaffen.
Diese sogenannten "High Altitude Platform Stations" (HAPS) sollen oberhalb des Wettergeschehens unbemannt in bis zu etwa 20 Kilometer Höhe schweben und dabei eine große Fläche abdecken, wobei mit "intelligenten Antennen" dennoch viele Nutzer gleichzeitig erreicht werden können.

Die technischen Hintergründe der dazu notwendigen Funktechnik sowie die daraus resultierenden Konsequenzen für die Immissionen am Boden wurden auch im Rahmen des von der Bundesregierung geförderten Projektes MiniWatt erforscht, wobei nachfolgende Auszüge aus dessen Abschlussbericht von 2003 einen ersten Einblick in die Thematik geben. Weitere Informationen, auch zu anderen Projekten, finden sich im Anschluss.

HAPS- Systeme mit intelligenten Antennen

Die auf der Erde meßbare Funksignalleistung von HAPS ist aufgrund des Pfadverlustes im Vergleich zum terrestrischen 3G-SISO miniWatt Referenzmodell sehr gering. Durch den Einsatz von intelligenten Antennen können HAPS einen sehr große Kapazität erreichen und gleichzeitig viele terrestrischen Zellen versorgen. Der Pfadverlustfaktor für die Übertragungsstrecke zwischen HAPS und der Erdoberfläche ist 2 (Freiraumausbreitung). Für das UMTS Referenzsystem wurde ein urbanes Szenario mit einem Pfadverlustfaktor von 4 angenommen. Vergleicht man das HAPS basierte System mit intelligenten Antennen mit dem UMTS miniWatt Referenzmodell bezüglich der Abwärtsstrecke ergibt sich für das HAPS System eine Spitzensendeleistung, die um 10,8dB unter der des Referenzsystems liegt. Dieselbe Absenkung (10,8dB) wurde auch für die mittlere Sendeleistung berechnet. Für die Aufwärtsstrecke (Mobilterminal) benötigt das HAPS System eine um 7,8dB geringere Spitzensendeleistung und eine um 8,1dB geringere mittlere Sendeleistung als das Referenzsystem. Die mittlere spektrale Leistungsdichte eines HAPS Systems liegt 10,8dB unter der des Referenzsystems.

Die Berechnungen ergeben, daß ein HAPS System (als UMTS BS) ca. 30.000 Nutzer versorgen. Das HAPS System kann Mobilstationen direkt versorgen oder aber als Punkt-zu-Multipunkt System terrestrische Basisstationen mit dem Festnetz verbinden. Aufgrund des dann möglichen Antennengewinns wird die Leistungsbilanz zugunsten des HAPS nochmals deutlich vergrößert. HAPS eignen sich auch für die Versorgung ländlicher Gebiete.

Forschungsbedarf besteht vor allem in der genaueren Untersuchung der Unterstützung der HAPS Bewegungen und der deshalb erforderlichen Nachführung der intelligenten Antennen. Forschungsbedarf bei HAPS besteht auch bzgl. der Entwicklung kostensparender Fluggeräte, die lange genug und ohne Risiko für die Bevölkerung relativ ortsfest in der vorgesehenen Höhe von ca. 20 km fliegen können, womit nicht vor 2008-2010 zu rechnen ist.

Architektur eines HAPS-Systems mit mehreren versorgten Funkzellen

Anmerkung: Die Sendeleistung des MiniWatt Referenzsystem beträgt bei der Basisstation +43dBm (20 Watt) und beim Mobilgerät +24dBm (0.25 Watt, Spitzensendeleistung).

 
Mehr Information

Estimation of Reduction of Exposure by High-Altitude Platforms (HAPs)-Based Systems with Smart Antennas
Für technisch Interessierte der komplette Auszug zu HAPS aus dem technischen Teil des MiniWatt-Reports (13 Seiten, 615 kB).
High Altitude Platform Stations
Dieser Artikel des Schweizerischen Bundesamts für Kommunikation (BAKOM) gibt auf 12 Seiten einen Überblick über das Thema sowie die verschiedenen Projekte auf dem Stand des Jahres 2003 (11 Seiten in englischer Sprache, 308 kB)
Kurzkommentar zur X-Station
In diesem Beitrag der Forschungsstiftung Mobilkommunikation werden einige Aspekte der im Herbst 2006 von den Medien verbreiteten Versuchen mit fliegenden Mobilfunkantennen kritisch erläutert (35 KB)
Fliegende Mobilfunkantennen
Der Deutschlandfunk fasst mit diesem Artikel vom Mai 2009 das Thema übersichtlich zusammen, wobei der Schwerpunkt auf den Arbeiten von Prof. Bernd-Helmut Kröplin der Universität Stuttgart liegt.
Fliegende Handy-Antenne
In diesem Beitrag der ETH Zürich vom Juni 2006 wird das Projekt StratXX von Kamal Alavi aus der Schweiz beschrieben.
EU-Projekt CAPANINA: Luftschiffe übertragen per Laserstrahl enorme Datenmengen (Nov. 2004)

 

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Zuletzt geändert: 07.06.09