Wenn die Zukunft des selbstfahrenden Autos diskutiert wird, ist viel von Algorithmen die Rede. In Wirklichkeit aber geht es um Kommunikation. Leistungsstarke Funknetze sowie optimierte Protokolle und Standards sind vonnöten, um dem Fahrsystem alle Informationen zur Verfügung zu stellen, die es benötigt. 5G und Vehicle-to-X-Techniken (V2X) besitzen deshalb zentrale Bedeutung.
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Das vollautonome Auto rückt immer näher. Doch je stärker die Fahrzeuge mit ihrer Umwelt interagieren, desto wichtiger werden funkbasierte Kommunikationslösungen. Wie Enrico Salvatori in seinem Beitrag zum Thema 5G und Car-to-X im Springer-Magazin ATZelektronik (06/2016) schreibt, sammeln die Fahrzeuge der Zukunft – teilweise sogar schon heutige Modelle – Daten über Verkehrsteilnehmer in der Nähe, kennen freie Parkplätze und warnen vor Hindernissen, ehe sie ins Sichtfeld rücken. Auf diese Weise liefern sie ein umfassendes Gesamtbild der Verkehrslage. "Mit der digitalen Revolution im Verkehrswesen sind vier große Versprechen verbunden: weniger Schadstoffausstoß, weniger Stau, mehr Komfort und mehr Sicherheit. Doch um die Vision Wirklichkeit werden zu lassen, bedarf es leistungsstarker Netze und optimierter Funkstandards." An 5G und Car-to-X führt deshalb kein Weg vorbei, sagt Salvatori, Senior Vice President und President von Qualcomm Europe.
"Als UMTS vor zwölf Jahren startete, erreichte der Mobilfunk eine maximale Datenübertragungsrate in Höhe von 0,384 Mbit/s – aus damaliger Sicht eine Sensation. 5G, das bis spätestens 2020 zu Praxisreife geführt werden soll, ist fast zehntausendmal leistungsfähiger: In Testnetzen erreichte es Datenraten von bis zu 3560 Mbit/s", stellt Salvatori fest. Er sieht neben den hohen Datenübertraungsraten jedoch noch mehr Vorzüge der neuen Technologie. Geringe Latenzzeiten von theoretisch nur einer Millisekunde sowie eine potenzielle Gerätedichte von bis zu 200.000 Einheiten pro Quadratkilometer zum Beispiel.
Intensive Forschungen zu 5G auch in Deutschland
An einem 5G-Standard wird weltweit intensiv gearbeitet. In Deutschland haben sich beispielsweise gerade Unternehmen, Behörden und Forschungseinrichtungen zu einem Konsortium, "5G Connected Mobility" zusammengeschlossen. Ericsson, die BMW-Group, die Deutsche Bahn, die Deutsche Telekom, Telefónica Deutschland (O2), Vodafone, das 5G Lab Germany der TU Dresden, die Bundesanstalt für Straßenwesen und die Bundesnetzagentur wollen eine realistische Anwendungsumgebung für das Highspeed-Netz der Zukunft schaffen, insbesondere im Bereich des Straßen- und Schienenverkehrs.
"Im Straßenverkehr der Zukunft kommen alle Stärken von 5G zum Tragen", schreibt Salvatori. "Besonders wichtig sind die geringen Latenzzeiten. Damit Fahrzeuge ihre Brems-, Beschleunigungs- und Lenkmanöver miteinander koordinieren können, sind sie auf einen Daten-Austausch in Quasi-Echtzeit angewiesen. Besonders in Notsituationen zählt jede Millisekunde; zu lange Reaktionszeiten lassen das ganze System zusammenbrechen." Im gleichen Augenblick, in dem ein Auto eine Notbremsung einleitet, sollen die nachfolgenden Fahrzeuge schließlich ebenfalls ein Bremsmanöver starten können.
Optimaler Verkehrsfluss durch Abstimmung zwischen den Fahrzeugen
Diese nahezu verzögerungsfreie Abstimmung zwischen den vernetzten Fahrzeugen der Zukunft sorgt nicht nur für mehr Sicherheit, sondern trägt auch dazu bei, den Verkehrsfluss zu optimieren. Als Beispiel nennt Salvatori den Sicherheitsabstand: "Die deutsche Straßenverkehrsordnung schreibt einen Abstand vor, der so groß ist, dass angehalten werden kann, wenn das vorausfahrende Fahrzeug plötzlich gebremst wird. Bei der Berechnung spielen somit nicht nur Geschwindigkeit und Bremsweg eine Rolle, sondern auch die menschliche Reaktionszeit. Selbstfahrende Autos bergen das Potenzial, diesen Faktor vollständig auszuschalten. Hierzu bedürfen sie jedoch schneller Funkverbindungen, die einen zuverlässigen und verzögerungsfreien Austausch von Informationen zulassen." Je schneller Fahrzeuge aufeinander reagieren können, desto geringer ist also der erforderliche Mindestabstand. Werden alle Manöver in Echtzeit miteinander koordiniert, dann reichen wenige Meter oder gar Zentimeter zwischen Stoßstange und Stoßstange. Verkehrsplaner bezeichnen diese Technik als Platooning. "Je geringer die Abstände, desto mehr Fahrzeuge passen auf die Straße. Und je koordinierter die Fortbewegung der Fahrzeuge, desto weniger Stau und stockender Verkehr. Vielbefahrene Straßen werden somit entlastet", schreibt Salvatori.
Die große Herausforderung der Entwicklung autonomer Fahrzeuge liegt weniger im automatisierten Fahren als vielmehr in der zuverlässigen Erkennung von Fahrzeugen, Personen, Verkehrszeichen, Hindernissen und Gefahren.
Fraunhofer | ATZelektronik (06/2016)
Die sogenannte kollaborative Kollisionsvermeidung ist eine weitere Errungenschaft des vernetzten Straßenverkehrs, wie der Auto beschreibt. Hierbei spielt die durch 5G entstehende Möglichkeit, tausende von Geräten auf kleinem Raum miteinander zu vernetzen, eine entscheidende Rolle – die Definition des Internets der Dinge (Internet of Things/IoT). Selbstfahrende Autos treten dabei miteinander in Kontakt, koordinieren ihre Fahr- und im Ernstfall ihre Ausweichmanöver. Selbst nichtmotorisierte Verkehrsteilnehmer wie Fußgänger und Fahrradfahrer werden vom System erfasst – entweder durch Kommunikation mit einem mitgeführten Mobilgerät oder vermittels optischer Systeme. "Die Befürchtung, dass autonome Fahrzeuge die Verkehrssicherheit beeinträchtigen, verkehrt sich somit ins Gegenteil: In Wirklichkeit ergibt sich die Chance, die Zahl der Unfälle, Unfalltoten und Verletzten drastisch zu reduzieren", so Salvatori.
5G-Technik wird in den USA schon 2017 eingeführt
Dass 5G gar nicht mehr weit weg ist, wollen in den USA die großen Telekommunikationsanbieter AT&T und Verizon beweisen. US-Medienberichten zufolge wollen die Konzerne die Technik schon in diesem Jahr als sogenanntes Fixed Wireless anbieten – dabei wird beispielsweise über Dachantennen auf Gebäuden die Higspeed-Verbindung hergestellt und ans Hausnetz angeschlossen. Allerdings ist diese Lösung dann natürlich nicht standardisiert.