Mit 5G das Potential des automatisierten Fahrens voll ausschöpfen
Auf Verkehrsvernetzung gestütztes automatisiertes Fahren ermöglicht erhebliche Verbesserungen bei Sicherheit und Fahrkomfort. Dank der Daten, die mit Fahrzeugen und Infrastruktur in der Umgebung ausgetauscht werden, sind Systeme für die Verkehrsvernetzung in der Lage, die Aufmerksamkeit des Fahrers auf nahende mögliche Gefahren zu lenken und so wesentlich bessere Ergebnisse bei der Kollisionsvermeidung zu erzielen. Bei der Verkehrsvernetzung spielt insbesondere das Kommunikationssystem des Fahrzeugs eine Rolle, in dem Informationen von Sensoren und aus anderen Quellen über Verbindungen mit hoher Bandbreite, kurzer Latenzzeit und hoher Zuverlässigkeit weitergegeben werden. Unter der Leitung von Ericsson konnten beim EU-finanzierten Projekt 5GCAR Konzepte für den Aufbau eines Netzwerkes für die Verkehrsvernetzung, das neue Wege bei der Verwendung von 5G geht, vorgestellt und validiert werden. Im Vordergrund standen bei der Projektarbeit die Entwicklung neuartiger Komponenten für Funkschnittstellen und die Gestaltung der Netzwerkarchitektur, um die Anforderungen der Verkehrsvernetzung, deren Strenge bisher unerreicht ist, für die Automobilindustrie zu erfüllen. Innovationen auf der Ebene der Funkschnittstelle „Sollen latenzempfindliche Dienste angeboten werden, für die äußerst hohe Verlässlichkeits-, Verfügbarkeits- und Sicherheitsanforderungen über einen großen Abdeckungsbereich gelten, müssen ebenso hohe Datenraten möglich sein“, merkt Projektkoordinator Dr. Mikael Fallgren an. Die Forscher stellten verschiedene fortschrittliche Komponenten für Infrastruktur, Sidelink und Positionierungstechnologie vor, um diese Herausforderung zu meistern. Sie empfahlen den Einsatz von sowohl Zentimeter- als auch Millimeterwellen-Frequenzbändern als mögliche Spektren, um die hohen Ziele bezüglich der mobilen Datenrate zu erreichen. Zu den wichtigsten miteinander verbundenen Technologien, die analysiert wurden, zählten realistische Mehrfachantennenanordnungen, Millimeterwellenübertragungs- und Beamforming-Schemata, hochflexible Kanalnachverfolgung, Diversitätstechniken, Ressourcenzuteilung und -management und Störschutztechniken. Außerdem befassten sich die Forscher mit dynamischem Multiplexen verschiedener Datenverkehrsarten sowie dem Radio Frame Design. Die Konzepte mit Bezug zu der auf Sidelink basierenden Technologie für die Verkehrsvernetzung von 5GCAR, die demonstriert wurden, schlossen einen netzwerkunterstützten Erkennungsmechanismus, Referenz- und Synchronisationssignaldesign, Abschwächung von Nachbarkanalinterferenzen, Funkressourcenverwaltung sowie Mechanismen für die Leistungs- und Zeitsteuerung ein. Ohne Zweifel sind die von 5GCAR vorgestellten Sidelink-Komponenten dazu geeignet, den Mobilfunk derart zu ergänzen, dass sich dadurch die Verlässlichkeit des Verkehrsvernetzungsdienstes erhöht. Das Zusammenspiel hochentwickelter Verfolgungsalgorithmen wie dem Partikelfilter und funkbasierter Ortung ebnet den Weg hin zu einer präziseren Ortung. Im Rahmen von 5GCAR fanden Untersuchungen an einem Ortungsalgorithmus für ein Szenario mit einer einzelnen Basisstation und Antennenarrays an der Basisstation wie auch am Terminal statt. Erweiterungsmöglichkeiten für das Ortungsprotokoll im Hinblick auf eine künftige Standardisierung wurden ebenfalls geprüft. Innovationen auf der Ebene der Netzwerkarchitektur Das Team von 5GCAR präsentierte fortschrittliche Konzepte für die Netzwerkarchitektur und Unterstützungsdienste und -anwendungen für die Verkehrsvernetzung. Die Verbesserungen betrafen eine breite Palette von Gebieten, einschließlich Netzwerkorchestrierung und -management, Netzwerksicherheit, Kooperation über Mehrfachverbindungen sowie Edge Computing. Die Definition flexibler und rekonfigurierbarer straßenseitiger Geräte und des dazugehörigen Konzepts intelligenter Zonen ist ein repräsentatives Beispiel hierfür. Neue Verfahren zur Verbesserung der Netzwerkerkennung konnten realisiert werden. Die miteinander verbundenen Technologien erlauben es den Diensten für die Verkehrsvernetzung, dem Netzwerk Informationen über das Bezugsgebiet des Dienstes, den Fahrtverlauf, die Menge der zu übertragenden Daten, die geschätzte Servicedauer und mehr zu übermitteln. Auf Grundlage dieser Daten sollte entweder eine netzwerkseitige Optimierung der Diensterbringung geschehen oder eine Mitteilung an den Dienst bezüglich des Vermögens des Netzwerkes den Service auszuführen, erfolgen. Im Zuge des Projektes wurden zudem die Nutzung von Mehrfachverbindungen (sowohl direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen als auch zwischen Fahrzeugen und dem Netzwerk) sowie verschiedene Funkzugangstechnologien ins Rampenlicht gerückt – Wellen unter sechs GHz und Millimeterwellen – die für die Steigerung von Verlässlichkeit und Datenraten eine zentrale Bedeutung haben. Es wurden noch weitere architektonische Lösungen zur Unterstützung des Einsatzes von Anwendungsfällen in Multi-Operator-Szenarien konzipiert. Insgesamt verwirklichte 5GCAR Lösungen für Funkschnittstellen und Netzwerkarchitektur anhand derer eine optimale Anpassung von 5G an die Bedürfnisse der Automobilindustrie erreichbar ist. „Unsere technischen Lösungen zielen auf äußerst niedrige Latenzzeiten unter fünf Millisekunden, sehr hohe Verlässlichkeit (99,999 %) und eine Genauigkeit bei der Fahrzeugpositionierung von unter einem Meter ab“, fügt Fallgren hinzu.
Schlüsselbegriffe
5GCAR, 5G, Verkehrsvernetzung, Netzwerkarchitektur, niedrige Latenzzeit, automatisiertes Fahren, Funkschnittstelle, Millimeterwelle, Diversität
