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Bilaterale und multilaterale Spektrumskoordinierung

In der Satellitenbranche trifft Frequenzpolitik auf Hochfrequenztechnik. Bevor ein Satellitenbetreiber seine Frequenzzuteilungen im Master International Frequency Register (MIFR) eintragen lassen und internationalen Schutz beanspruchen kann, muss er seine Frequenzen erfolgreich mit anderen Betreibern koordinieren, deren Anmeldungen sich überschneiden. Dieses Kapitel befasst sich mit den technischen und regulatorischen Mechanismen der bilateralen und multilateralen Spektrumskoordinierung.

Das Koordinierungsverfahren nach Artikel 9​

Im Rahmen der ITU-Vollzugsordnung für den Funkdienst (VO Funk) wird das Verfahren zur Behebung potenzieller Störungen durch Artikel 9 geregelt. Während in der API-Phase (Advance Publication Information) die allgemeinen Parameter eines Netzwerks veröffentlicht werden, werden in der Phase der Koordinierungsanfrage (CR/C) die präzisen technischen Eigenschaften des Systems veröffentlicht, wodurch das formelle Koordinierungsverfahren eingeleitet wird.

Die ITU definiert je nach Orbitalanordnung und Diensteklasse unterschiedliche Koordinierungswege:

  • Abschnitt I (Nr. 9.7): Schreibt die Koordinierung zwischen geostationären (GSO) Netzwerken vor, die in denselben Frequenzbändern arbeiten.
  • Abschnitt II (Nr. 9.11A / 9.12 / 9.13): Schreibt die Koordinierung unter Beteiligung von nicht-geostationären (NGSO) Systemen vor. Dies umfasst NGSO-zu-NGSO-Systeme und NGSO-zu-GSO-Netzwerke in bestimmten Bändern.

Koordinierungen werden in der Regel bilateral (zwischen zwei nationalen Verwaltungen, die ihre jeweiligen Betreiber vertreten) oder multilateral (unter Beteiligung mehrerer Verwaltungen gleichzeitig, was in überlasteten Bändern wie dem Ka-Band üblich ist) durchgeführt.

Koexistenzkriterien: Wann ist eine Koordinierung erforderlich?​

Woher wissen Regulierungsbehörden und Betreiber, wann eine Koordinierung rechtlich erforderlich ist? Die ITU nutzt spezifische ingenieurtechnische Berechnungen, um Auslöseschwellen festzulegen.

1. Die Delta-T-über-T-Metrik (ΔT/T)​

Definiert in Anhang 8 der VO Funk, misst ΔT/T den prozentualen Anstieg der äquivalenten Rauschtemperatur eines „Opfer“-Satellitenempfängers, der durch die Aussendungen eines „neuen“ Satellitennetzwerks verursacht wird.

  • Der Schwellenwert: Wenn das berechnete ΔT/T 6 % überschreitet, wird rechtlich davon ausgegangen, dass das neue Netzwerk ein Störpotenzial aufweist, und die Koordinierung ist obligatorisch.
  • Einschränkungen: ΔT/T ist eine einfache, konservative Metrik. Sie berücksichtigt weder tatsächliche Verkehrsprofile noch detaillierte Antennendiagramme. Sie dient lediglich als Filter, um festzustellen, ob eine genauere Untersuchung erforderlich ist.

2. Das Interferenz-zu-Rauschen-Verhältnis (I/N)​

Sobald eine Koordinierung ausgelöst wurde, gehen die Betreiber zu detaillierteren Analysen über, bei denen das Verhältnis von Interferenz zu Rauschen (I/N) berechnet wird. Dieses vergleicht die Leistung des Störsignals (I) am Empfänger mit dem thermischen Rauschpegel des Empfängers (N).

  • Standard-Schwellenwerte: Die Betreiber verhandeln I/N-Zielwerte. Ein übliches langfristiges Ziel ist -6 dB oder -10 dB. Ein I/N-Wert von -6 dB bedeutet, dass das Störsignal 6 Dezibel unter dem thermischen Rauschen des Empfängers liegt, was das Gesamtrauschen des Empfängers um ca. 1 dB erhöht.

:::tip Die Bibliotheks-Analogie Stellen Sie sich einen ruhigen Lesesaal in einer Bibliothek vor (das thermische Grundrauschen des Empfängers). Wenn eine Person sehr leise flüstert (z. B. I/N = -10 dB), stört das Ihr Lesen nicht. Wenn jedoch mehrere Personen gleichzeitig zu flüstern beginnen, steigt das kumulierte Hintergrundrauschen an und macht es schließlich unmöglich, sich zu konzentrieren. Satelliten müssen sich koordinieren, um sicherzustellen, dass ihr individuelles „Flüstern“ das Hintergrundrauschen nicht kollektiv über die zulässigen Grenzen anhebt. :::

3. Das Interferenzbudget (ITU-R S.1432)​

Um zu verhindern, dass das kumulierte „Bibliotheksrauschen“ die Kommunikation zerstört, teilt die ITU-R-Empfehlung S.1432 die zulässige Verschlechterung der Fehlerleistung eines Satellitennetzwerks (Interferenzbudget) verschiedenen Quellen zu:

  • 20 % des Rauschbudgets sind für kontinuierliche Störungen durch andere frequenzgleiche GSO-Netzwerke reserviert.
  • 6 % sind für vorübergehende Störungen durch NGSO-Konstellationen reserviert.
  • 74 % sind für das interne Rauschen und das thermische Grundrauschen des Netzwerks selbst reserviert.

GSO vs. NGSO Sharing & Artikel 22​

Die Beziehung zwischen geostationären (GSO) und nicht-geostationären (NGSO) Systemen ist einer der umstrittensten Bereiche der Spektrumtechnik.

Da GSO-Satelliten im Verhältnis zur Erde an festen Positionen verbleiben, zeigen ihre Bodenantennen auf einen einzigen Punkt am Himmel. Wenn ein NGSO-Satellit direkt diese Sichtlinie kreuzt, verursacht er massive Hauptkeulen-Interferenzen.

Das Prioritätsmandat nach Artikel 22​

Um die massiven historischen Investitionen in GSO-Systeme zu schützen, legt Artikel 22 der ITU-Vollzugsordnung für den Funkdienst eine strikte Prioritätsregel fest: :::important Artikel 22 (Nr. 22.2) Nicht-geostationäre Satellitensysteme dürfen keine unannehmbaren Störungen bei geostationären Satellitennetzen des festen Funkdienstes über Satelliten (FSS) und des Rundfunkdienstes über Satelliten (BSS) verursachen und können keinen Schutz vor diesen beanspruchen. :::

Äquivalente Leistungsflussdichte (EPFD)​

Um Nr. 22.2 durchsetzbar zu machen, haben Ingenieure das Konzept der Äquivalenten Leistungsflussdichte (EPFD) entwickelt. Mathematische EPFD-Algorithmen berechnen die kumulierte Leistungsflussdichte, die an jedem Punkt der Erdoberfläche von allen aktiven Satelliten einer NGSO-Konstellation erzeugt wird:

  • epfd↓ (Downlink): Schützt GSO-Erdfunkstellen vor den Downlinks von NGSO-Satelliten.
  • epfd↑ (Uplink): Schützt GSO-Satellitenempfänger vor den Uplinks von NGSO-Erdfunkstellen.
  • epfd_is (Inter-satellite): Schützt GSO-Satellitenempfänger vor NGSO-Querverbindungen (Inter-Satellite-Links).

Wenn die Anmeldung einer NGSO-Konstellation die in Artikel 22 definierten strengen EPFD-Grenzwerte einhält, wird rechtlich davon ausgegangen, dass sie ihrer Pflicht zur Vermeidung unannehmbarer Störungen bei GSO-Netzwerken nachgekommen ist.

Technische Methoden zur Störungsminderung​

Wenn Koordinierungsanalysen zeigen, dass Interferenzschwellenwerte überschritten werden, müssen sich die Ingenieurteams auf technische Abschwächungsverfahren einigen, um eine Koexistenz zu ermöglichen:

  1. Räumliche und winkelmäßige Trennung:
    • Vermeidung von In-Line-Ereignissen: NGSO-Systeme schalten temporär Beams ab oder verschieben Frequenzen, wenn ein aktiver Satellit einen bestimmten Winkelschwellenwert (z. B. 1,5° bis 3°) zur Sichtlinie einer GSO-Erdfunkstelle zu ihrem GSO-Satelliten unterschreitet.
  2. Frequenz- und Polarisationsisolation:
    • Schutzbänder (Guard Bands): Leichtes Verschieben der Frequenzzuteilungen, um einen ungenutzten Spektrumsstreifen zwischen benachbarten Kanälen freizulassen.
    • Kreuzpolarisation: Betrieb auf entgegengesetzten Polarisationen – z. B. linksdrehend zirkular (LHCP) vs. rechtsdrehend zirkular (RHCP) oder horizontal (H) vs. vertikal (V) linear polarisiert. Dies bietet eine Isolation von 20 bis 30 dB.
  3. Geografische Isolation von Gateways:
    • Platzierung großer Gateway-Erdfunkstellen in abgelegenen, ländlichen Gebieten, um sie von terrestrischen Mobilfunknetzen (wie 5G) zu isolieren, die in gemeinsam genutzten Bändern (z. B. dem C-Band) betreiben.

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