Notfalls auch ohne Netz

Wie 5G autonome Autos besser macht

| Autor / Redakteur: Dirk Srocke / Andreas Donner

Bereits 3GPP-Release 14 führt einen Modus für direkte V2V-Kommunikation ein.
Bereits 3GPP-Release 14 führt einen Modus für direkte V2V-Kommunikation ein. (Bild: © monicaodo - stock.adobe.com)

Autonome Autos dürfen zwar auch ohne Netzanbindung niemanden gefährden, dank Mobilfunk werden die Fahrzeuge künftig jedoch deutlich schneller, effizienter und komfortabler über die Straßen rollen. Wir haben den aktuellen Stand der Technik unter die Lupe genommen.

Kommende Mobilfunkstandards werden häufig als Wegbereiter für automatisiertes Fahren präsentiert. Damit stellt sich zwangsläufig die Frage, ob derlei Fahrzeuge ohne Netzwerkanbindung überhaupt denkbar sind. Sind sie, allerdings mit Einschränkungen.

So zweifelt niemand daran, dass motorisierte Gefährte jederzeit und auch in Funklöchern selbstständig auf Notfallsituationen reagieren müssen – und sei es mit einer harschen Notbremsung. Solcherlei „Safety“-Funktionen basieren auf lokal erhobenen Daten. Mit Kameras, Lidar (light detection and ranging) und anderen Sensoren können Fahrzeuge ein Umweltmodell mit eine ungefähren Reichweite von 100 bis 150 Metern aufbauen.

Anwendungsfelder Netzwerke

Für mehr braucht es „Connectivity“, denn vernetzt können Fahrzeuge auch nicht direkt sichtbare Verkehrslagen berücksichtigen: Hinter Bergkuppen, an schwer einsehbaren Kreuzungen oder gar in einigen Kilometern Abstand. Mit entsprechenden Informationen angereicherte Umweltmodelle wirken sich zwar nicht auf die unmittelbaren Sicherheitsbewertungen aus, bieten aber zusätzlichen Mehrwert. Ein sanftes Ausweichen und Einscheren sorgt für mehr Komfort („Convenience“) beim pilotierten Fahren, Daten über den weiteren Streckenverlauf erlauben höhere Reisegeschwindigkeiten und bieten die Möglichkeit, kritische Situationen vorausschauend zu umgehen.

Beim Güterverkehr tragen Funkverbindungen zu einem effizienten „Platooning“ bei. Laster können so im Konvoi mit wenigen Metern Abstand fahren, Luftwiderstand und Kraftstoffverbrauch deutlich reduzieren.

Was mobile Netze in der Praxis leisten, testen Bosch, Vodafone und Huawei seit Februar 2017 gemeinsam auf der Autobahn A9. Dabei setzen die Partner auf als Cellular-V2X (Vehicle to Everything) bezeichnete Mobilfunkverfahren. Die arbeiten nahezu verzögerungsfrei und sollen Fahrassistenzfunktionen unterstützen, etwa die adaptive Abstands- und Geschwindigkeitsregelung (Adaptive Cruise Control, ACC).

Die dabei eingesetzten 5G-Technologien sind jedoch nicht die ersten Ansätze bei der Kommunikation zwischen Fahrzeugen untereinander. Mit ITS-G5 gibt es bereits einen auf dem WLAN-Standard 802.11p aufsetzende Funktechnik zur Nahfeldkommunikation.

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Visionen vom Netz der Zukunft

Das hinderte allerdings Andreas Kwoczek nicht daran, auf der Huawei Eco-Connect Europe 2017 eine Vision komplett neuartiger Infrastrukturen zu erträumen. Der Leiter 'Kooperative Systeme und Kommunikationstechnologien Sicheres und vernetztes Fahren' beim Autobauer Volkwagen wünschte sich ein Mobilfunknetz, das Fahrzeugen vorausschauend mitteilt, ob und wie stark kommende Zellen ausgelastet sein werden. Somit könnten Autos Anfragen an das Netz entsprechend priorisieren, umfangreiche Kartendownloads vorübergehend zurückstellen und sichergehen, dass kritische Daten zuverlässig zur Verfügung stehen.

Mobilfunkdienstleister kennen diese Wünsche, gehen das Thema im Detail allerdings etwas anders an. Während sich Volkswagen sichere Datenübertragungen in einem deterministisch bestimmbaren Zeitfenster wünscht, haben Telefónica und Huawei im Februar 2018 eine Testumgebung mit schnellen Reaktionszeiten und hoher Zuverlässigkeit demonstriert.

Genutzt wurde dabei ein 5G-basiertes Fahrzeugkommunikationsnetzwerk (5G-V2X) im URLLC-Modus. URLLC steht für Ultra-Reliable und Low-Latency Communication und schleift kleine Datenpakete „huckepack“ (piggyback) in die Kommunikation ein. Das Verfahren taugt beispielsweise, um Navigationskarten im Sekundentakt mit aktuellen Warnhinweisen zu aktualisieren. Die vom 5G Joint Innovation-Lab in Madrid erstellte Machbarkeitsstudie erreichte dabei eine Zuverlässigkeit von 99,999 Prozent bei einer Latenzzeit von einer Millisekunde.

So beeindruckend dieser Wert klingt, von einer 100-prozentigen Netzabdeckung wird man beim autonomen Fahren wohl nie ausgehen können. Dem entsprechend müssen autonome Autos bei Netzausfällen stets in der Lage sein, selbstständig zu reagieren und sicher anzuhalten. Das gilt übrigens auch für per Mobilfunk ferngesteuerte Fahrzeuge, wie das von Huawei, Vodafone und TU München im Vorjahr vorgeführte. Setzen Behörden die Möglichkeit eines „teleoperated driving“ als zwingend für den Betrieb automatisierter Fahrzeuge voraus, schränkt dies zudem den Aktionsradius der jeweiligen Fahrzeuge ein.

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Mobilfunk übernimmt Standard

Über die Zukunft mobiler Kommunikation für und zwischen Fahrzeugen gibt es unterschiedliche Ansichten. So schlägt Andreas Kwoczek in einer im Mai 2017 für Volkswagen erstellten Präsentation (PDF) ein Hybridmodell vor: Die WLAN-basierten Verfahren ITS-G5 (802.11p) bleiben demnach die bevorzugte Ad-hoc-Kommunikation und werde ab 2019 in kommerziellen Produkten verfügbar.

Von Huawei heißt es dagegen, dass das im Juni 2017 verabschiedete 3GPP-Release 14 die gleichen – wenn nicht gar die besseren technischen – Fähigkeiten als WiFi biete. Begründung: WLANs setzen bei der Kollisionsvermeidung auf Listen Before Talk (LBT) – ein Verfahren, das gerade bei großen Teilnehmerzahlen an seine Grenzen stößt. Mit den folgenden Releases 15 und 16 sollen noch kürzere Verzögerungszeiten und feingranularere Ressourcenvergaben umgesetzt werden.

Die LTE-Kommunikation laut Release 14 ist dabei in zwei Modi verfügbar: Ein Modus setzt eine Netzabdeckung voraus, bei der zweiten Betriebsart können Fahrzeuge jedoch auch direkt untereinander kommunizieren (V2V). Vorselektierte Luftressourcen und regionale Voreinstellungen sollen dabei die Gefahr von kollidierenden Daten reduzieren.

Release 14 soll überdies den Grundstein für kommende 5G-Mobilfunknetze legen. Der Übergang von LTE zu 5G schlägt sich dabei auch in der Terminologie wider. So ist nun verstärkt die Rede von Cellular Vehicle to Everything oder abgekürzt Cellular-V2X beziehungsweise C-V2X – das X ist dabei wahlweise Platzhalter für Straßeninfrastruktur (V2I), Passanten (V2P), andere Vehikel (V2V) oder Netzwerkdiense (V2N).

Laut Roadmap der 5GAA (5G Automotive Association) kann C-V2X noch in diesem Jahr in kommerzielle Chips implementiert werden, die Entwicklung entsprechender Fahrzeuge werde ab 2020 beginnen.

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