Gesucht: ausfallsichere und schnelle Datenübermittlung für die Car-to-X-Kommunikation.
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Damit Fahrzeuge autonom mit ihrer Umwelt interagieren können, braucht es eine Kommunikation, die ausfallsicher, schnell genug (vor allem bei hohen Geschwindigkeiten) und möglichst universell ist: Nachrichten- und Datenübermittlung von Fahrzeug zu Fahrzeug (Car-to-Car = C2C), Fahrzeug-zu-Objekt (Car-to-everything = C2X) und Fahrzeug-zu-Infrastruktur (Car-to-Infrastructure = V2I) müssen ohne Verständigungsprobleme jederzeit gewährleistet sein.
Für die Kommunikation mit beliebigen Objekten (Car-to-X) machen – vor allem in den USA – aktuell zwei Systeme von sich reden, die in Kombination mit LTE (4G) und in Zukunft mit 5G für stabile Konnektivität und Vernetzung sorgen sollen: DSRC (Dedicated Short Range Communication) auf der einen, C-V2X (Cellular Vehicle-to-X-[communication]) auf der anderen Seite.
DSRC versus C-V2X
Wo liegen jedoch die Unterschiede und Gemeinsamkeiten sowie technologische Vor- und Nachteile, die perspektivisch möglicherweise den Ausschlag geben werden? DSRC ist im Wesentlichen ein WLAN-System, das auf dem neuesten Standard IEEE 802.11p beruht und speziell auf die Erfordernisse von Automobilanwendungen zugeschnitten wurde (z.B. hohe Geschwindigkeiten). Das Netzwerk operiert im 5,9 GhZ-Spektrum – wobei die USA, die EU (ITS-G5) und Japan jeweils eigene, miteinander inkompatible Spezifikationen etablieren – bei einer effektiven Reichweite von etwa 1 km für Sicht- und 300 Meter für Nicht-Sichtverbindungen. DSRC ist bereits recht weit entwickelt, etwa im Bereich automatisierter Mautsysteme, und wird von großen Autobauern wie GM, Toyota und demnächst auch Volkswagen favorisiert. Doch das System hat auch Nachteile:
Für die autonomen Fahrzeuge, die in einigen Jahren auf unsere Straßen strömen werden, reicht 802.11p jedoch nicht aus. Denn mit den sich in rascher Abfolge durchsetzenden Innovationen muss sich auch die Kommunikationstechnologie weiterentwickeln – zu immer neuen Höhen und Leistungsspitzen", schreibt Enrico Salvatori in seinem Beitrag 5G und Car-to-X Schlüsseltechniken für den autonomen Straßenverkehr in der ATZelektronik 6/2016.
Das jüngere C-V2X ist demgegenüber, bei vielen Ähnlichkeiten zu DSRC, der komplexere, technologisch anspruchsvollere Ansatz: Ein spezieller, in die Telematik-Einheit des Fahrzeugs zu integrierender Chipsatz – ein Haupttreiber der Entwicklung ist der US-Mobilfunkriese Qualcomm – ermöglicht eine direkte Kommunikation von Fahrzeug zu Fahrzeug und zu Objekten, ohne unbedingt auf das Netzwerk zurückgreifen zu müssen. Ein solcher Ansatz eines zellulären Netzwerks birgt viele Vorteile wie bessere Konnektivität, größere Reichweite und höhere Energieeffizienz oder geringere Latenz, jedoch auch einige Risiken. So wird es bei C-V2X voraussichtlich unumgänglich sein, ein zweites LTE-Modem zu integrieren, um die sicherheitsrelevante Kommunikation vom unkritischen Datenverkehr zu separieren.
C-V2X komplexer, aber mit Vorteilen
Auch in Sachen Robustheit im rauen Automobilumfeld sind die Anforderungen für C-V2X etwas höher. Was Robustheit wissenschaftlich gesehen ist und in welchem Spannungsverhältnis sie zur erwünschten oder benötigten Performanz steht, erklärt Springer-Autor Dr. Thomas Hrycej in seinem Buch "Robuste Regelung". Robustheit wird darin definiert "als die Fähigkeit des Regelkreises, auch unter Regelstrecken, die vom nominellen Modell abweichen, zu funktionieren." (Seite 37) "Die Veränderung der Regelstrecke kann z. B. durch den Verschleiß wesentlicher Teile, die Veränderung der Materialeigenschaften durch Temperatur oder die Fertigungsabweichungen der Komponenten erfolgen." (Seite 80)
Ein weiteres Problem für eine netzwerkunabhängige Direktkommunikation der Fahrzeuge untereinander (D2D) ist die Synchronisation als Voraussetzung für die Positionsgenauigkeit gerade bei hohen Geschwindigkeiten. Üblicherweise wird hier auf ein GNSS-System wie Galileo oder GPS zurückgegriffen, dessen Konnektivität jedoch gerade in dicht bebauten Städten (Straßenschluchten, Tunnel) nicht immer gegeben ist. Die Kommunikation muss somit durch zusätzliche Basisstationen abgesichert werden, was jedoch wiederum Hochleistungsoszillatoren erfordert, wie sie aktuell für Automobilanwendungen noch nicht verfügbar sind.
Kostenvorteil bei DSRC
Trotzdem sind die ersten Feldtests für C-V2X bereits gestartet, sodass die Technologie im Laufe des Jahres 2018 weiter vorangetrieben wird. Während Qualcomm sich bereits mit Audi, Peugeot und Ford zusammengetan und außerdem für Sommer/Herbst ein neues, serienreifes C-V2X-Chipset angekündigt hat, testet der deutsche, im Telematik-Bereich starke Zulieferer Continental gemeinsam mit Huawei, Nissan und wiederum Qualcomm in China und Japan. Bezüglich DSRC, das vor allem aufseiten der Regulierungsbehörden (noch) im Vorteil ist, steht die Entwicklung ebenfalls nicht still, es kommen laufend neue Produkte auf den weltweiten Markt. Wie eine aktuelle Studie des amerikanischen Technologie-Analystenhauses ABIresearch zu zeigen versucht, besitzt DSRC in den USA aktuell einen Entwicklungsvorsprung, der sich laut den Autoren der Studie in einem Kostenvorteil von 13,50 bis 15 US-Dollar pro System niederschlagen wird – wenn man davon ausgeht, dass beide Systeme mit LTE kombiniert werden.