Eine hybride Satelliten- und 5G-Netzwerkinfrastruktur gestaltet die Zukunft der Drohnenkommunikation
Unbemannte Luftfahrzeuge sind von Natur aus mobil und verwenden daher drahtlose/mobile Übertragungsmöglichkeiten, um Informationen mit der Betreiberin oder dem Betreiber am Boden auszutauschen. Ein sicherer Betrieb ist auf eine verlässliche Datenverbindung zur Betriebsablaufsteuerung zwischen der bedienenden Person und der fliegenden Drohne angewiesen. Es ist unerlässlich, dass diese verlässliche Verbindung aufrechterhalten wird, um sicherzustellen, dass Drohnen während ihres Betriebs im komplexen Umfeld des kontrollierten Luftraums stets unter Kontrolle gehalten werden können. Das EU-finanzierte Projekt DroC2om hat die kühne Hypothese aufgestellt, dass eine verlässliche Datenverbindung zur Betriebsablaufsteuerung durch die gemeinsame Verwendung terrestrischer Mobilfunk- (LTW/5G) und Satellitennetzwerke gewährleistet werden kann. „Die vorgeschlagene hybride Integration bedient sich der besten Aspekte beider Welten: der geringen Latenz und weitläufigen Abdeckung mobiler Netzwerke gemeinsam mit der hohen Verlässlichkeit und Verfügbarkeit der Kommunikation über Satelliten“, gibt der Projektkoordinator Troels Bundgaard Sørensen an. Diese Datenverbindungsarchitektur soll in unbemannten Luftfahrzeugen zum Einsatz kommen, die im sehr bodennahen Luftraum (in etwa 150 Metern Höhe) verwendet werden – dort, wo solche Luftfahrzeuge normalerweise als Drohnen bezeichnet werden.
Förderung des Betriebskonzepts von U-space
Drohnen zählen in der Luftfahrt zu den aufstrebenden Technologien. Sie ermöglichen Innovationen, neue Dienstleistungen für die Menschen, neue Geschäftsmodelle und ein enormes Potenzial für Wirtschaftswachstum, das der Gesellschaft Mehrwert und Wohlstand verschaffen wird. Die wichtigste Vision von U-space ist, einen Luftraum zu ermöglichen den Drohnen mit bemannten Luftfahrzeugen teilen können, ohne für sie eine Gefahr darzustellen. U-space plant, eine Reihe neuer Dienstleistungen anzubieten, die auf einem hohen Grad an Digitalisierung und Automatisierung von Funktionen und spezifischen Verfahren beruhen und einer größeren Anzahl an Drohnen einen sicheren, effizienten und geschützten Zugang zum Luftraum erleichtern sollen. Zunächst steht dabei der Betrieb im sehr bodennahen Raum im Mittelpunkt. „Die Fähigkeit, Informationen zur Betriebsablaufsteuerung verlässlich über eine Datenverbindung auszutauschen, ist für zahlreiche dieser Funktionen und Verfahren von zentraler Bedeutung“, so Sørensen. „Die hybride Architektur, die Mobilfunk- und Satellitennetzwerke gemeinsam verwendet, ermöglicht einen verlässlichen und sicheren Betrieb von Drohnen, die die Dienstleistungen von U-space nutzen.“
Herausforderungen für die drahtlose Konnektivität in städtischen Gebieten
U-space wird den komplexen Einsatz von Drohnen in verschiedensten betrieblichen Umfeldern ermöglichen, darunter auch in städtischen Gebieten. In solchen Umgebungen ist es alles andere als einfach, eine gute Verbindungsverfügbarkeit und eine bestimmte Dienstleistungsqualität sicherzustellen. „Sowohl Satelliten- als auch terrestrische Mobilfunknetzwerke sind in diesem überladenen Umfeld mit Herausforderungen konfrontiert. Zwar bietet die Satellitentechnologie eine gute Abdeckung, allerdings besteht der Nachteil einer hohen Latenzzeit in der Kommunikation. Terrestrische Mobilfunknetzwerke haben wenig Latenz und einen hohen Durchsatz, aber in diesem Kontext kommt das Problem der Ressourcenteilung zwischen verschiedenen Mobilfunkbasisstationen im selben Gebiet auf: Da die Drohne eine ungebrochene Sichtlinie auf viele nicht zuständige Basisstationen hat, die dieselben Funkressourcen nutzen, wird sie anfällig gegenüber Interferenzen“, erklärt Sørensen. Dank Messkampagnen entwickelte das Projekt neue Modelle zum Verhalten der Übertragungskanäle zwischen Drohnen und Mobilfunkbasisstationen. Das Projekt veröffentlichte in wissenschaftlichen Publikationen mehrere Ergebnisse zur Eindämmung von Mobilfunkinterferenzen. Die Forschungsgruppe, die das Ziel hat, eine Datenverbindung mit hoher Kapazität zur Betriebsablaufsteuerung in stark ausgelasteten Mobilfunknetzwerken zu gewährleisten, hat außerdem mehre Lösungen mit geringer bis mittlerer Komplexität unter die Lupe genommen, darunter Mehrfachverbindungswege und Antennenleitstrahldrehung. „Vor allem können diese Methoden zur Verbesserung der Konnektivität eingeführt werden, ohne dass die bestehenden Mobilfunksysteme modifiziert werden müssen. Wenn Änderungen erforderlich sind, müssen diese nur an der Drohne vorgenommen werden, sodass die Dienstleistungen von U-space schnell bereitgestellt werden können“, schließt Sørensen.
Schlüsselbegriffe
DroC2om, Drohne, U-space Satellitennetzwerk, Datenverbindung zur Betriebsablaufsteuerung, Mobilfunknetzwerk, 5G, Interferenz, Mobilfunkbasisstation
