Irgendwo in den Bergen, auf hoher See oder nach einer Naturkatastrophe verschwindet plötzlich das Mobilfunknetz. Bislang ist das Smartphone dann weitgehend nutzlos. Das könnte sich ändern. Mehrere Unternehmen bauen Satellitennetze auf, über die sich handelsübliche Mobiltelefone direkt verbinden sollen. Direct-to-Cell oder allgemeiner Direct-to-Device heisst diese Technologie, die einen Teil des Mobilfunknetzes ins All verlagert.
Das Prinzip klingt einfach: Statt mit einer Mobilfunkantenne in der Umgebung kommuniziert das Smartphone mit einem Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn, einem sogenannten LEO-Satelliten. Dieser leitet die Verbindung über eine Bodenstation in das gewöhnliche Netz weiter. Dafür soll weder eine Satellitenschüssel noch ein spezielles Satellitentelefon nötig sein.
Technisch ist das Vorhaben allerdings alles andere als trivial. «Eine Schlüsseltechnologie dafür sind grosse aktive Phased-Array-Antennen auf den LEO-Satelliten», sagt Hua Wang, Professor für Elektronik an der ETH Zürich. Solche Antennenfelder bestehen aus sehr vielen einzelnen Elementen, deren Signale elektronisch gebündelt und gezielt ausgerichtet werden können. Nur so ist der Satellit in der Lage, ein gewöhnliches Smartphone auf der Erde zu hören und zu erreichen.
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Bei Direct-to-Cell verbindet sich ein gewöhnliches Smartphone direkt mit einem Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn. Die grosse Distanz ist die zentrale Herausforderung.
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Denn das grösste Problem der Direct-to-Cell-Technologie ist die Distanz. Eine typische Mobilfunkzelle auf der Erde hat laut Wang eine Reichweite von etwa einem Kilometer. Ein LEO-Satellit kreist aber meist ungefähr 500 Kilometer über der Erde; steht er nicht direkt über dem Nutzer oder der Nutzerin, kann die Funkstrecke gegen 1000 Kilometer lang werden. Das Signal muss also eine 500- bis 1000-mal längere Strecke zurücklegen. «Das führt zu einer Abschwächung des Signals um mehr als 150 Dezibel – es kommt beim Satelliten eine Billiarde Mal schwächer an, als es vom Mobiltelefon ausgesendet wurde», erklärt Wang.
Weil ein Mobiltelefon typischerweise mit 200 bis 500 Milliwatt sendet, kommt nach der weiten Reise eine Leistung im Bereich von weniger als einem Femtowatt beim Satelliten an. «Dieses winzige Funksignal aus dem Grundrauschen herauszufiltern, ist die Herausforderung», sagt Wang. Beim Smartphone ansetzen, um dessen Sendeleistung zu erhöhen, ist dafür nicht die Lösung – schliesslich ist der Gebrauch eines gewöhnlichen Geräts der Clou der Technologie. Also, sagt Wang, müsse vor allem der Satellit leistungsfähiger werden.
Noch sind die Möglichkeiten beschränkt. Bisher liessen sich von Smartphones nur geringe Datenraten an LEO-Satelliten übertragen, sagt Adrian Perrig, Professor für Netzwerksicherheit an der ETH Zürich. Zudem könnten die Datenraten stark vom Wetter, zum Beispiel starken Gewittern, beeinträchtigt werden. Trotzdem ist Direct-to-Cell weit mehr als ferne Zukunftsmusik. Das vom US-Raumfahrtunternehmen SpaceX betriebene Satellitennetzwerk Starlink hat schon mehr als 650 Satelliten in eine niedrige Erdumlaufbahn gebracht, die für die Mobilfunktechnik ausgerüstet sind. SpaceX bietet in Zusammenarbeit mit lokalen Mobilfunkbetreibern bereits entsprechende Dienste in Ländern wie den USA oder Neuseeland an.
Solche Dienste sind momentan noch auf Anwendungen mit geringem Datenbedarf wie Notfallkommunikation und Textnachrichten beschränkt. Doch Hua Wang erwartet rasche Fortschritte. Künftig hält er auch vollwertige Sprachverbindungen und in beschränktem Umfang Breitbandverbindungen für möglich, falls die Phased-Array-Antennen noch grösser und leistungsfähiger würden. Auch organisatorisch laufen die Vorbereitungen auf Hochtouren: Das internationale Mobilfunk-Standardisierungsgremium 3GPP hat nicht-terrestrischen Netzwerke bereits in den 5G-Standard aufgenommen.
In der Schweiz arbeitet Starlink mit dem Mobilfunkanbieter Salt zusammen. Im Juli 2025 führte Salt in Interlaken als erster Anbieter in Europa einen erfolgreichen Test durch, bei dem eine SMS direkt via Starlink-Satellit an ein herkömmliches 4G-Smartphone gesendet wurde. Für einen kommerziellen Betrieb gibt es allerdings noch keine Genehmigungen der zuständigen Behörden.
Werden wir künftig ausschliesslich über Satelliten kommunizieren? Hua Wang glaubt dies nicht. Viel eher würden künftig verschiedene Systeme nebeneinander existieren, sagt er: klassische Funkzellen am Boden, Direct-to-Cell über LEO-Satelliten und möglicherweise hoch fliegende Plattformen wie Drohnen oder Ballons. Direct-to-Cell könnte dabei einerseits Funklöcher in abgelegenen und gebirgigen Regionen, auf See oder in der Luft schliessen und andererseits einspringen, wenn Mobilfunknetze wegen Unwettern, Naturkatastrophen, Stromausfällen oder Überlastung zusammenbrechen.
Die neuen Kommunikationswege über das All werfen allerdings auch Sicherheitsfragen auf. «Satellitenverbindungen sind viel einfacher abzuhören, da jeder mit einer Antenne das Signal mitverfolgen kann», sagt Adrian Perrig. Das bedeutet nicht automatisch, dass ein Lauscher auch den Inhalt verschlüsselter Kommunikation lesen kann. Aber sichere Verschlüsselung und Authentifizierung werden bei solchen Netzen besonders wichtig werden.
Hua Wang sieht weitere Schwachstellen. «Satelliten lassen sich im Gegensatz zu einer Basisstation am Boden nicht einfach aufsuchen, überprüfen und reparieren», gibt er zu bedenken. Ihre ohnehin schwachen Funksignale können zudem durch Störsender beeinträchtigt werden. Noch grundsätzlicher ist die Frage, wer die Infrastruktur und Kommunikationswege kontrolliert. Ein LEO-Satellit bewegt sich mit rund 7,5 Kilometern pro Sekunde über die Erde und kann innerhalb von Minuten mehrere Staatsgrenzen überqueren. Smartphone, Satellit, Bodenstation und Mobilfunknetz, die für eine Verbindung genutzt werden, können verschiedenen Unternehmen gehören und sich in unterschiedlichen Ländern befinden. Damit stellen sich Fragen nach Datenschutz, Datenhoheit, Regulierung und Gerichtsbarkeit.
Kommt hinzu, dass die heutigen Satellitenflotten vorwiegend von grossen nicht-europäischen Firmen betrieben werden. «Eine Abhängigkeit etwa von Starlink könnte ein Problem der Souveränität für die Datenkommunikation bedeuten», sagt Adrian Perrig. Auch Hua Wang plädiert dafür, eine in Europa kontrollierte – besser noch hier entwickelte und hergestellte – Infrastruktur für die Weltraumkommunikation aufzubauen.
Darin sieht er auch eine Chance für die Schweiz. Es sei wenig sinnvoll, hierzulande eine eigene globale Satellitenkonstellation aufbauen zu wollen. Vielversprechender sei es, Schlüsseltechnologien dafür zu liefern. Künftige Direct-to-Cell-Satelliten benötigen aktive Antennenfelder mit Tausenden Kanälen, leistungsfähige Hochfrequenzelektronik, integrierte Schaltungen, Photonik, präzise Fertigung und sichere Kommunikation – alles Bereiche, in denen Schweizer Hochschulen und Unternehmen über hervorragende Kompetenzen verfügen.
| Rolle | Titel + Name |
|---|---|
| Text von | Simon Koechlin |
| Expertise | Adrian Perrig, Hua Wang |
