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Starlink Satelliten-Internet-Technologie

Jul 29, 2025

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Ăśberblick

Diese Vorlesung erklärt die Kerntechnologien hinter Starlinks Satelliteninternet, mit Fokus darauf, wie Signale zwischen einer Bodenantenne und einem schnell bewegten Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn übertragen, gesteuert und codiert werden.

Grundlagen des Satelliteninternets

  • Starlink-Internet verwendet eine bodengestĂĽtzte Antenne in Pizzagröße („Dishy McFlatface“), um sich mit Satelliten in 550 km Höhe ĂĽber der Erde zu verbinden.
  • Satelliten bewegen sich mit ca. 27.000 km/h, und jede Antenne verbindet sich etwa 4 Minuten mit einem Satelliten, bevor sie wechselt.
  • Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn (LEO) bieten eine geringere Latenz (~20 ms) im Vergleich zu herkömmlichen TV-Satelliten.

Dish vs. TV-SatellitenschĂĽssel

  • TV-SchĂĽsseln empfangen nur Signale von geostationären Satelliten in 35.000 km Höhe und verwenden parabolische Reflektoren.
  • Starlinks Dishy sendet und empfängt Daten und muss bewegliche Satelliten in der LEO anvisieren.

Dishy McFlatface Hardware

  • Dishy verfĂĽgt ĂĽber 1280 kleine Antennen in einem hexagonalen Array auf einer groĂźen Leiterplatte (PCB).
  • Motoren werden fĂĽr die anfängliche Ausrichtung verwendet, nicht fĂĽr kontinuierliche Bewegung.
  • Jede Antenne wird von Mikrochips fĂĽr präzisen Betrieb gesteuert.

Phased-Array-Antenne & Beamforming

  • Ein Phased Array kombiniert Signale mehrerer Antennen, um einen fokussierten, steuerbaren Strahl zu bilden.
  • Beamforming verstärkt die Signalstärke – 1280 Antennen ergeben ein Signal, das etwa 3500-mal stärker ist als eine einzelne Antenne.
  • Phasenverschiebung (Anpassung der Signalzeit) ermöglicht die elektronische Steuerung des Strahls zur Satellitenverfolgung.

Strahlsteuerungstechnologie

  • Die Antenne nutzt GPS- und Satellitenpositionsdaten, um präzise Winkel und Phasenverschiebungen fĂĽr die Strahlsteuerung zu berechnen.
  • Der Hauptstrahl kann innerhalb eines Sichtfelds von 100 Grad gesteuert werden, die Berechnung erfolgt alle paar Mikrosekunden neu.
  • Starlink-Satelliten verwenden mehrere Phased Arrays, um sich mit Antennen und Bodenstationen zu verbinden.

Modulation & DatenĂĽbertragung

  • Daten werden mit 64QAM (Quadraturamplitudenmodulation) ĂĽbertragen, wobei 6 Bits pro Symbol durch Amplituden- und Phasenänderungen codiert werden.
  • Symbole dauern etwa 10 Nanosekunden, was Ăśbertragungsraten von Hunderten Megabit pro Sekunde ermöglicht.
  • Zeitfenster werden zwischen Upload und Download aufgeteilt, da die Antenne nicht gleichzeitig senden und empfangen kann.

Signalempfang & Filterung

  • Die Antennen sind auf bestimmte Frequenzen (11-13 GHz) abgestimmt, um Störungen durch andere Signale herauszufiltern.
  • Patch-Antennen fungieren sowohl als Sender als auch als Empfänger, jedoch nicht gleichzeitig.

Wichtige Begriffe & Definitionen

  • Phased Array — Antennensystem, bei dem Signale mehrerer Elemente kombiniert werden, um einen fokussierten, steuerbaren Strahl zu bilden.
  • Beamforming — Technik, bei der die Ausgänge mehrerer Antennen kombiniert werden, um das Signal in eine Richtung zu verstärken.
  • Phasenverschiebung — Ă„nderung des Zeitpunkts einer Welle, wodurch sich die Richtung der konstruktiven Interferenz ändert.
  • 64QAM — Modulationsverfahren, das 6 Bits pro Symbol durch Ă„nderung von Amplitude und Phase codiert.

Aufgaben / Nächste Schritte

  • ĂśberprĂĽfung der SchlĂĽsselkonzepte von Phased Arrays und Beamforming.
  • Optional: Vertiefung in digitale Modulation (64QAM) und fortgeschrittene Videocodecs (H.264).

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