Warum autonome Mobilität starke Netze benötigt

Lange Zeit war autonomes Fahren nur eine Vision. Der technische Fortschritt lässt diese Vision mehr und mehr zur Wirklichkeit werden. Schon heute sind viele Fahrzeuge mit intelligenten Fahrerassistenzsystemen und teilautomatisierten Fahrfunktionen auf unseren Straßen unterwegs. Stabile und leistungsfähige Mobilfunknetze wie die neuen 5G-Netze sind eine wichtige Voraussetzung. Warum autonome Fahrzeuge ein leistungsstarkes, stabiles Mobilfunknetz benötigen, erklären wir Ihnen im folgenden Artikel. 

Kurzdefinition des Begriffs „autonomes Fahren“ 

Bevor wir uns im Detail um die Anforderungen an die Mobilfunknetze kümmern, lassen Sie uns zunächst kurz auf die wichtigsten Begriffe rund um das autonome Fahren eingehen. 

Autonomes Fahren, beziehungsweise automatisiertes Fahren wird von der SAE (Society of Automotive Engineers) in fünf verschiedene Stufen eingeteilt. In der höchsten Stufe fünf ist ein Fahrzeug vollständig automatisiert und benötigt keinen Fahrer mehr. Es entscheidet selbständig und reagiert auf die verschiedenen Verkehrssituation, ohne dass ein Fahrer eingreifen muss. Angefangen von der niedrigsten Autonomiestufe (Selbstfahrer) bis zur höchsten Stufe fünf übernehmen intelligente Assistenz- und Automatisierungssysteme nach und nach die verschiedenen Funktionen zur Steuerung des Fahrzeugs. 

Unterschied zwischen fahrerloser Mobilität und tatsächlicher autonomer Mobilität 

Oft werden autonome Mobilität und autonomes Fahren mit fahrerloser Mobilität gleichgesetzt. Doch fahrerlose Mobilität ist nicht gleichbedeutend mit tatsächlicher autonomer Mobilität. Denn Konzepte wie das Remote-Driving, bei dem ein Operator aus der Ferne die komplette Steuerung des Fahrzeugs übernimmt, kommen zwar vollständig ohne Fahrer im Fahrzeug aus, haben aber wenig mit autonomem Fahren zu tun. Nach wie vor trifft der Operator alle wichtigen Entscheidungen und das Fahrzeug agiert nicht autonom. 

Anforderungen des autonomen Fahrens an die mobile Vernetzung 

Autonomes Fahren benötigt eine Vielzahl technischer Komponenten. Die Fahrzeuge sind mit unterschiedlichen Sensoren und Aktoren sowie mit Computertechnik auszustatten, um die Informationen aus der Umwelt aufzunehmen, sie zu verarbeiten und an die Aktoren zur Steuerung des Fahrzeugs weiterzugeben. Allerdings können die Fahrzeuge nicht alle Entscheidungen selbst treffen. Sie müssen sich mit intelligenten Verkehrssystemen und anderen Fahrzeugen vernetzen. Über die Vernetzung tauschen sie Informationen aus und kooperieren miteinander. 

Die Vernetzung der Fahrzeuge untereinander und mit der Verkehrsinfrastruktur stellt hohe Anforderungen an die Mobilfunktechnik. Grundvoraussetzung ist, dass die Konnektivität zuverlässig an allen Verkehrswegen zur Verfügung steht. Darüber hinaus erfordern einige Anwendungen wie Updates digitaler Straßenkarten für Navigationssysteme kurzfristig hohe Bandbreiten. In anderen Situationen sind für ein sicheres autonomes Fahren Echtzeitupdates und kurze Reaktionszeiten der Netze entscheidend. 

5G – eine Schlüsseltechnologie für autonomes Fahren 

Mobilfunk der fünften Generation (5G) ist eine der Schlüsseltechnologien des autonomen Fahrens. Vorgängertechnologien wie LTE oder UMTS erfüllen die Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, garantierten Netzressourcen, Übertragungskapazität und Reaktionszeiten nur zum Teil. Erst mit der 5G-Mobilfunktechnik lässt sich eine performante, flächendeckende Versorgung für den Austausch großer Datenmengen in Echtzeit realisieren. Gegenüber den Vorgängertechnologien wie LTE oder UMTS bietet 5G ein Vielfaches an Geschwindigkeit bei deutlich niedrigeren Latenzzeiten: Der neue Mobilfunkstandard erreicht Datenübertragungsraten im Gigabitbereich und Latenzzeiten von wenigen Millisekunden. Die niedrigen Latenzzeiten ermöglichen den autonomen Systemen schnelle und angemessene Reaktionen in Gefahrensituationen selbst bei hohen Geschwindigkeiten. Eine weitere positive Eigenschaft von 5G ist, dass sich der nutzbare Frequenzbereich deutlich erweitert. Die unterschiedlichen Frequenzen sind sowohl für die Versorgung im Nahbereich als auch für größere Entfernungen einsetzbar und bilden die Grundlage für eine gute Abdeckung aller Verkehrswege. 5G unterstützt zudem das Edge-Computing. Indem Daten in unmittelbarer Nähe der Verkehrswege gespeichert und verarbeitet werden, erhalten die Fahrzeuge noch schneller die benötigten Informationen. 

5G-Anwendungsprofil für autonomes Fahren – Ultra Reliable and Low Latency Communications 

Für die 5G-Mobilfunknetze sind derzeit diese drei Anwendungsprofile definiert: 

  • eMBB (Enhanced Mobile Broadband) 
     
  • mMTC (Massive Machine Type Communications) 
     
  • uRLLC (Ultra Reliable and Low Latency Communications) 

uRLLC steht für Ultra Reliable and Low Latency Communications und ist ein Anwendungsprofil, das prädestiniert für autonomes Fahren ist. Es ist für zeitkritische Anwendungen vorgesehen und bietet eine robuste, ausfallsichere Kommunikation im Millisekunden-Bereich bei einer hohen Mobilität der Netzteilnehmer. 

Zur Realisierung der uRLLC-Eigenschaften kommen verschiedene technische Verfahren zum Einsatz. Eine wesentliche Technik ist das sogenannte Network Slicing. Es unterteilt das 5G-Netz in virtuelle Netzebenen. Eine dieser Netzebenen steht für autonomes Fahren zur Verfügung. Durch die Unterteilung der gleichen physischen Netzinfrastruktur in virtuelle Ebenen ist sichergestellt, dass die für autonome Fahrzeuge sicherheitsrelevanten Informationen nicht im Datenstau stecken bleiben, sondern gegenüber anderen Anwendungsdaten wie Infotainment-Daten priorisiert werden. 

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