Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Fraunhofer On-Board-Prozessor in der Thermal-Vakuum-Kammer
© Fraunhofer IIS/Paul Pulkert

Das Satellitenkommunikationslabor im All

© Fraunhofer IIS/Paul Pulkert

Fraunhofer On-Board-Prozessor

Experimentier- und Verifikationsplattform für Satellitenkommunikationstechnologien

Der Fraunhofer On-Board-Prozessor (FOBP) ist eine leistungsfähige und flexibel programmierbare Kommunikationsnutzlast für die digitale Signalverarbeitung an Bord von Satelliten. Er ist von der Erde aus rekonfigurierbar und kann so jederzeit an neue Kommunikationsstandards angepasst werden. Das macht ihn zur idealen Testumgebung für neue Satellitenkommunikationstechnologien.

Der FOBP ist im Juli 2023 im Rahmen der deutschen Heinrich-Hertz-Satellitenmission ins All gestartet und hat seinen Dienst aufgenommen. Das Ziel der Mission ist es, neuartige Kommunikationsverfahren und die dazugehörigen Geräte über Satellit zu testen und eine mögliche Verarbeitungsfähigkeit auf dem Satelliten zu überprüfen. Forschung und Industrie erhalten darüber hinaus die Gelegenheit, wissenschaftlich-technische Kommunikationsexperimente durchzuführen. Dies wird vor allem durch den Fraunhofer On-Board-Prozessor möglich – Kern der regenerativen Nutzlast des Heinrich-Hertz-Satelliten. Durch das Hochladen von Konfigurationsdateien kann die komplette digitale Signalverarbeitung des Satelliten umkonfiguriert werden. Dies eröffnet die Option, neue Übertragungsverfahren zu implementieren und über den Heinrich-Hertz-Satellit zu testen.

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On-Board-Prozessor ermöglicht vielfältige Anwendungen

Dank der Nutzung von Transponderbreiten bis zu 450 MHz ist der FOBP für Tests neuer Kommunikationsstandards flexibel einsetzbar. So kann der Satellit während der Laufzeit für verschiedene Anwendungen umprogrammiert werden.

 

© Fraunhofer IIS

5G über Satellit

Durch die jederzeit realisierbare Neukonfiguration des Übertragungsverfahrens kann der FOBP genutzt werden, um den Einsatz von geostationären Satelliten in 5G Non-Terrestrial Networks (NTN) zu testen.

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© Fraunhofer IIS

Satelliten-IoT

Der FOBP unterstützt M2M-Anwendungen bei denen einzelne IoT-Sender ihre Datenpakete direkt an den Satelliten übermitteln.

Außerdem ermöglicht er es, Daten auf dem Satelliten zwischenzuspeichern und später gebündelt an eine Bodenbasisstation weiterzuleiten. So kann die Satellitenkapazität effizienter ausgelastet werden.

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Breitbandanwendungen

Die genutzte Satellitenbandbreite ist dank des FOBPs digital skalierbar. So ermöglicht er breitbandige Übertragungen auf Basis des DVB-S2X-Standards, beispielsweise auch in Kombination mit der Erprobung effizienter Übertragungskonzepte wie Beam-Hopping.

Mehr zum Thema High Throughput

Testmöglichkeiten: Die Zukunft der Satellitenkommunikation ergründen mit dem Fraunhofer On-Board-Prozessor

Der FOBP ermöglicht das Testen neuer Kommunikationsprotokolle, unter anderem zur Übermittlung des Sendesignals an den Satelliten und von dort direkt an den Empfänger, womit die Vermittlung an einer Bodenstation nicht mehr notwendig ist (Single-Hop-Vermittlung). Er unterstützt dabei die folgenden Funktionen:

  • Rekonfiguration der Nutzlast von der Erde aus
  • Satellitenkommunikation für stationäre Terminals, nomadische und mobile Nutzer (mit Rückkanal)
  • Direktvermittlung an Bord des Satelliten
  • Single-Hop-Verbindung über IP (Internet Protocol)
  • Flexible Anpassung an bestehende Systeme aufgrund digital skalierbarer Bandbreiten, von Breitband- bis hin zu Schmalbandanwendungen, z. B. für Sensordaten
  • Strahlungsmessung durch Sensoren für solare Partikel und Total Ionizing Dose (TID)
  • Adaptive Anpassung der FPGA-Firmware an die aktuelle solare Strahlungsumgebung

Technische Details

Features des FOBP

  • Zwei strahlungsharte und von der Erde aus rekonfigurierbare FPGAs als Basis der Hardwarearchitektur für maximale Flexibilität in unterschiedlichsten Anwendungen
  • Strahlungsharte Highspeed ADCs und DACs zum direkten Abtasten der L-Band-Zwischenfrequenz bei optimalem Signal-zu-Rausch-Verhältnis
  • Implementierte Fehlerkorrekturverfahren zur Optimierung der Leistung und Datenrate
  • Strahlungssensoren zur Messung der absorbierten Strahlendosis (UV, EPROM) und zur Detektion solarer Partikelereignisse (SRAM, BRAM im FPGA)
FOBP integriert in die Nutzlast
© DLR
Fraunhofer On-Board-Prozessor (FOBP) – im Orbit rekonfigurierbar

Ergänzende Testinfrastruktur am Fraunhofer IIS in Erlangen

  • Bodenstation mit leistungsstarker Multiband-Satellitenantenne zur Ansteuerung und Überwachung des FOBP mittels virtuellem TM/TC-Link (Telemetry/Telecommand)
  • Baugleiches FOBP-Modell zur Voraberprobung implementierter Übertragungsverfahren und Algorithmen, die anschließend über die Weltraumausgabe des FOBP auf dem Heinrich-Hertz-Satelliten getestet werden sollen
  • Thermal-Vakuum-Kammer zur Unterstützung der Voraberprobung unter weltraumähnlichen Bedingungen
Satellitenbodenstation am Fraunhofer IIS in Erlangen
© Fraunhofer IIS/Paul Pulkert
Satellitenbodenstation
Fraunhofer On-Board-Prozessor in der Thermal-Vakuum-Kammer
© Fraunhofer IIS/Paul Pulkert
FOBP-Modell
Thermal-Vakuum-Kammer am Fraunhofer IIS in Erlangen
© Fraunhofer IIS/Paul Pulkert
Thermal-Vakuum-Kammer

Verfügbarkeit und Nutzung

Seit dem Launch des Heinrich-Hertz-Satelliten im Jahr 2023 steht der Fraunhofer On-Board-Prozessor als Experimentier- und Verifikationsplattform zur Verfügung und wandelt sich damit zum Labor im All.

Sie möchten neue Antennen-, Modem- oder Übertragungstechnologien live über einen Satelliten mit regenerativer Nutzlast testen? Dann planen und entwickeln wir gerne ein geeignetes Testsetup und kümmern uns um die Vorbereitung und Durchführung entsprechender Over-the-Air-Tests.

Unsere umfangreiche Testausstattung für die Satellitenkommunikation ermöglicht es, Kommunikationsverfahren und Algorithmen vorab passgenau auf die geplanten Experimente abzustimmen und deren Funktionsweise im Laborumfeld zu verifizieren.

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Die Mission wird vom Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) koordiniert und gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und unter Beteiligung des Bundesministeriums der Verteidigung (BMVg).

 

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