In den letzten Jahren hat sich die Idee von der Bereitstellung eines globalen Breitbandinternetzugangs durch satellitengestützte Kommunikationssysteme drastisch weiterentwickelt. Das wird insbesondere durch die Entwicklung von Megakonstellationen, wie zum Beispiel Starlink und Amazon Kuiper, in niedrigen Erdumlaufbahnen deutlich. Satellitenkonstellationen sind auf dem Vormarsch und verändern das Paradigma der globalen Kommunikationsinfrastruktur. Sie versprechen Hochgeschwindigkeits-Internetverbindungen in die entlegensten Gebiete der Welt zu liefern, wo traditionelle Kabel- oder Zellnetze unpraktisch oder unwirtschaftlich sind. Für diese hochfliegenden Ambitionen sind jedoch zunächst zusätzliche technische Herausforderungen zu bewältigen. Insbesondere im Zusammenhang mit der Stabilität des Kommunikationslinks, der Signalintegrität, und der Fähigkeit den hohen Grad an Relativbewegung zwischen den LEO-Satelliten und den mobilen oder stationären Bodenstationen zu bewältigen. Dies macht die Erforschung und Entwicklung von fortschrittlichen Antennensystemen mit Beamforming-Fähigkeiten unerlässlich, um eine stabile und effiziente Kommunikation zu gewährleisten. Beamforming-Antennen erzielen eine hohe adaptive Richtwirkung und können dadurch die Signalrichtung an die sich schnell verändernde Position der LEO-Satelliten anpassen und der Bewegung kontinuierlich folgen. Dabei unterliegen sie Toleranzfehlern in der Strahlausrichtung und Strahlnachführung. Die Antennen beginnen zu schielen und lassen sich nicht auf die exakte Position des Satelliten ausrichten. Dieses Phänomen wird als Pointingfehler bezeichnet und betrifft sowohl die Antenne im Bodenterminal, als auch die Antenne im Weltraum. Der Pointingfehler entsteht aufgrund verschiedener Ursachen und induziert zwangsläufig Schwankungen im Antennengewinn. Das wiederum hat erhebliche Auswirkungen auf das Link Budget des Satellitensystems. Die Antennengewinnschwankung, ist ein bisher wenig untersuchtes Phänomen in Satellitenanwendungen und sollte in zukünftigen Link Budget Analysen unbedingt berücksichtigt werden. In dieser Arbeit wird gezeigt, welche Ursachen und Systemparameter den Antennengewinnschwankungseffekt beeinflussen, und wie der resultierende Kapazitätsverlust mittels numerischer Simulationen für jedes beliebige Satellitensystem abgeschätzt werden kann. Weiterführend wird ein alternatives statistisches Berechnungsmodell vorgeschlagen. Dieses modelliert die Antennengewinnschwankungs-Effekte als normalverteilte Zufallsgröße. Dadurch lassen sich die Kapazitätsabschätzungen auf ein weniger komplexes Berechnungsmodell abbilden, was den Aufwand deutlich reduziert. Darüber hinaus werden verschiedene Methoden und Algorithmen vorgeschlagen, die es Systemingenieuren ermöglichen die Kapazitätsverluste teilweise zu kompensieren. Mittels Monte-Carlo Simulationen werden die beiden Berechnungsmodelle und die Methoden zur Kompensation evaluiert und verglichen. Die Ergebnisse fließen in eine praktische Realisierung einer Antennensteuerung auf einem FPGA ein. Die Antennensteuerung übernimmt die Aufgaben für die Beam-Acquisition, das Beam-Tracking und Beam-Switching. Hierbei wird auf die Besonderheiten und Herausforderung eingegangen, die die Implementierung einer Antennensteuerung hervorruft.    «

In den letzten Jahren hat sich die Idee von der Bereitstellung eines globalen Breitbandinternetzugangs durch satellitengestützte Kommunikationssysteme drastisch weiterentwickelt. Das wird insbesondere durch die Entwicklung von Megakonstellationen, wie zum Beispiel Starlink und Amazon Kuiper, in niedrigen Erdumlaufbahnen deutlich. Satellitenkonstellationen sind auf dem Vormarsch und verändern das Paradigma der globalen Kommunikationsinfrastruktur. Sie versprechen Hochgeschwindigkeits-Internetverb...    »