5G-V2X-Kommunikation: 1.000-fache Datenübertragungsrate & niedrige Latenzzeiten für Logistik: 5G gewinnt - irgendwann jedenfalls

Die Hoffnung auf schnelle Daten und die immer störungsfreie Kommunikation kann man in ein Kürzel gießen: 5G. Doch was ist von dieser „eierlegenden Wollmilchsau“ mit einem Vielfachen an Datenübertragungsrate, etwa 1.000-fach höherer Kapazität, extrem niedrigen Latenzzeiten und das alles bei deutlich weniger Stromverbrauch tatsächlich zu erwarten?

Grundsätzlich geht es bei 5G um das Thema Vernetzung. Immer mehr Geräte und Maschinen werden miteinander kommunizieren. Die sogenannte V2X-Kommunikation (Vehicle-to-Everything) ist nur noch eine Frage der Umsetzung. So rechnen Forscher damit, dass weltweit bis zum Jahr 2020 schon mehr als 100 Milliarden Dinge miteinander vernetzt sein werden. Im „Internet der Dinge“ geht es allerdings nicht nur darum, dass der Kühlschrank meldet, dass etwas ausgeht und rechtzeitig nachordert, sondern um viel mehr. So sollen Maschinen untereinander Informationen austauschen, sammeln und weiterleiten, aber auch sich selbst autark steuern. Auch digitale Verkehrsleitsysteme und nicht zuletzt autonomes Fahren sind hier wichtige Anwendungsbeispiele. Hierbei kommt 5G ins Spiel. Denn um eine solche weltweite Vernetzung leisten zu können, braucht es eine deutlich leistungsstärkere Netztechnik. Die ersten Grundlagen dafür wurden mit LTE (4G) geschaffen, doch schnell war klar: Das wird nicht reichen.

Kein Wunder also, dass beispielsweise der chinesische Anbieter von Informations- und Kommunikationstechnologie Huawei schon kurz nach der Einführung von LTE mit 5G durchstartete. Bereits Anfang 2014 lud der Konzern zum „5G@Europe Summit“ ein. Und die Gästeliste konnte sich sehen lassen: Unter anderem kamen Politiker, Forscher sowie Vertreter der Mobilfunkanbieter Deutsche Telekom und Vodafone. Schnellstmöglich wollten die Chinesen einen Standard für die fünfte Generation des mobilen Internets schaffen. Doch nicht nur sie arbeiteten fleißig daran: Nur wenige Monate nach dem Meeting meldete beispielsweise die Technische Universität Dresden erste Erfolge bei ihrer Forschungsarbeit. Man präsentierte ein funktionierendes 5G-Demonetz. Die Deutsche Telekom lieferte dann 2016 mit dem Telekommunikationskonzern Nokia erstmals im Berliner Olympiastadion eine Demonstration der Technologie.

Bei der Leichtathletikveranstaltung ISTAF 2016 übertrug der Konzern nach eigenen Angaben weltweit zum ersten Mal interaktive Videodaten live in ultrahoher Auflösung von einer 360-Grad-Kamera per 5G-Technologie an Virtual-Reality-Brillen. So konnten geladene Gäste das Geschehen aus unterschiedlichen Blickwinkeln sowie in 360-Grad-Darstellung beobachten. Markus Borchert, Senior Vice President, Market Europe, Nokia, sagte damals:

„Die technische Entwicklung von 5G schreitet schnell voran. Es ist jetzt von entscheidender Wichtigkeit, mögliche Anwendungen und Applikationen in Live-Umgebungen mit kommerziell verfügbaren Systemen zu testen, um die Auswirkungen von 5G für Verbraucher, für Branchen und die intelligenten Städte der Zukunft aufzuzeigen. Wir sind in der Lage, diese weltweit erste Demonstration in Berlin mit kommerziell verfügbaren Geräten von Nokia zu realisieren. Sie macht schon heute deutlich, wie interaktiv und unmittelbar das Erlebnis im Stadion in wenigen Jahren sein wird.“

In Berlin läuft bereits ein Live-Testnetz

Seit Ende 2017 betreibt die Telekom zudem ein Live-Testnetz in Berlin. 2018 startete der Konzern ebenfalls in der Hauptstadt erstmals unter realen Bedingungen ein weitläufiges Testfeld mit mehreren 5G-Funkstationen. Im Zentrum Berlins wird zudem ein 5G-Cluster aufgebaut. Noch in diesem Jahr sollen in der kompletten Stadt 70 weitere Funkantennen an 20 Standorten folgen. Damit unterstreicht der Konzern die Pläne zur 5G-Einführung im Jahr 2020. Bereits im Frühjahr sollen dazu die Frequenzen durch die Bundesnetzagentur vergeben werden. Doch dafür rief die Agentur scharfe Bedingungen auf. So sollen alle Zuteilungsinhaber unter anderem verpflichtet werden, bis Ende 2022 mindestens 98 Prozent der Haushalte mit mindestens 100 Megabit pro Sekunde im Downlink zu versorgen. An fahrgaststarken Bahnstrecken sollen sie mindestens 50 Megabit pro Sekunde bereitstellen. Außerdem müssen sie 500 „5G-Basisstationen“ und 500 Basisstationen mit mindestens 100 Megabit pro Sekunde in „weißen Flecken“ in Betrieb nehmen. An bestimmte Frequenzblöcke soll zudem die Verpflichtung geknüpft werden, Bundesautobahnen und Bundesstraßen bis Ende 2022 vollständig mit 100 Megabit pro Sekunde zu versorgen, heißt es im Konsultationsentwurf der Bundesnetzagentur.

Via 5G sprechen auch Fahrzeuge miteinander

Da zeigt sich auch, wie wichtig die neue Technologie für die Digitalisierung und damit für die Zukunft Deutschlands ist. Das ruft auch die Autokonzerne selbst auf den Plan. So gründeten Audi, BMW, Daimler, Ericsson, Huawei, Intel, Nokia und Qualcomm bereits 2016 die 5G Automotive Association (5GAA). Ihr Ziel: die Entwicklung neuer Kommunikationslösungen und diese zu testen und zu fördern, ihre Standardisierung zu unterstützen sowie ihre Marktverfügbarkeit und globale Verbreitung zu beschleunigen.

„Ziel ist es, Funktionen wie das vernetzte automatisierte Fahren, ortsunabhängigen Zugang zu Diensten und intelligente Verkehrslösungen für die Smart City zu unterstützen und so den gesellschaftlichen Anforderungen bei vernetzter Mobilität und Verkehrssicherheit zu begegnen“, teilten die Firmen mit.

Und auch heute hat man das Ziel nicht aus den Augen verloren. So zeigte etwa BMW beim Digital Day 2018, welche Vorteile das 5G-Mobilfunknetz bringen soll. Die sogenannte Network Slicing Technologie soll es beispielsweise ermöglichen, Teile der Netzwerkinfrastruktur anwendungsbezogen und bedarfsorientiert auf Abruf bereitzustellen. Der Kunde erhält ein virtuelles Netz mit separaten Schichten (Slices), die beispielsweise zur Aktualisierung von HD-Navigationskarten, zum direkten Austausch von Daten zwischen Fahrzeugen sowie für das Streaming von Videos in HD-Qualität genutzt werden können. „Der bislang gewohnte, weniger zuverlässige ‚Best-Effort-Zugang‘ zum Mobilfunknetz gehört damit der Vergangenheit an“, erklärt eine BMW-Pressesprecherin.

Jeder Deutsche verbringt drei Lebensjahre hinterm Steuer

Und die Autobauer gehen noch weiter: Wie das Handelsblatt berichtete, wollen sie ihre eigenen 5G-Netze aufbauen. Lokale Netze im Eigenbetrieb seien „besser in der Lage, hochsensible Anwendungsdaten zu transportieren“, wird ein BMW-Sprecher zitiert. Auch Volkswagen und Daimler seien dazu mit der Bundesnetzagentur in Gesprächen. Diese industriellen Campuslösungen haben auch für den Verband der Automobilindustrie (VDA) einen hohen Stellenwert. Bernhard Mattes, Präsident des VDA, sagt:

„Wir sehen, dass der Mobilfunkstandard 5G in Deutschland die Basis für eine umfassende Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft legen wird. Das betrifft auch die Produktionsstandorte. Dort brauchen unsere Unternehmen lokale 5G-Netze, um die Effizienzvorteile der Digitalisierung auch in der Fertigung nutzen zu können.“

Das Flaggschiff im Bereich 5G soll jedoch das autonome Fahren werden. Und dabei sollen nicht nur die Fahrzeuge untereinander vernetzt, sondern auch die Verkehrsinfrastruktur einbezogen werden. Staus, rote Ampeln oder erhöhtes Verkehrsaufkommen – das Fahrzeug kann schon frühzeitig auf die Verkehrssituation reagieren und somit im besten Fall Wartezeiten und Unfälle verhindern. Fahrzeugflotten könnten sich untereinander sozusagen absprechen und damit Zeit sowie Ressourcen sparen. Außerdem würden die Echtzeitdaten, die der Firma jederzeit zugespielt werden, eine bessere Planung ermöglichen. Und das soll alles schon bald Wirklichkeit werden, denn glaubt man einer KPMG-Studie, werden in nicht einmal 15 Jahren 25 Prozent der Neufahrzeuge vollautonom auf den Straßen fahren können. Schließlich sitzt jeder Deutsche knapp drei Jahre seines Lebens hinterm Steuer seines Autos – diese Zeit ließe sich sinnvoll nutzen.

Zur Sicherheit: V2X greift aktiv in den Verkehr ein

Ein Beispiel der neuen Entwicklungen ist die Technologie Vehicle-to-Everything (V2X). Auf der Autobahn A 9 in Bayern testen hierbei die Firmen Vodafone, Huawei und Bosch die direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen per Mobilfunkstandard 5G. Hintergrund der Weiterentwicklung ist laut Vodafone, dass gängige Radarsensoren von Assistenzsystemen, wie die adaptive Abstands- und Geschwindigkeitsregelung ACC, nur das erfassen, was ihnen direkt begegnet. Die Sensoren warten auf das unmittelbare Geschehen, übermitteln die Information an das Assistenzsystem, das abbremst oder beschleunigt. Die Krux dabei: Für vorausschauendes Fahren und schnelles Reagieren ist immer noch die volle Aufmerksamkeit des Fahrers gefragt. Deshalb erproben die Firmen seit Februar 2017 das neu entwickelte System V2X live – beispielsweise beim Spurwechsel oder bei unvorhersehbaren Bremsvorgängen auf der Autobahn. Laut Vodafone mit Erfolg: Das automatische Beschleunigen oder Abbremsen durch ACC erfolgt dank einer Steuerung über den schnellen Mobilfunk 5G fast in Echtzeit.

„Statt einer Warnung greift V2X aktiv in das Verkehrsgeschehen ein. Die Sensoren können die Umgebung nicht mehr wie bisher nur erfassen, sondern durchgehend bewusst wahrnehmen und Situationen sogar vorhersehen“, teilt der Mobilfunkanbieter mit.

Doch man wolle noch weitergehen. Ziel sei es, dank Mobilfunk weiter zu sehen, als es derzeit mit Sensoren möglich ist. So könnte man hinter einen Hügel oder an Kreuzungen „um die Ecke“ sehen. „Zudem können Ampelschaltungen und mit Smartphone ausgestattete Fußgänger Teil des vernetzten Verkehrs werden. Die Einbindung der gesamten Infrastruktur und aller Verkehrsteilnehmer in ein sich selbst regulierendes System würde eine Revolution der Mobilität bedeuten“, so Vodafone. Auch BMW setzt auf diese Entwicklung. Für die Weiterentwicklung des vernetzten und kooperativen automatisierten Fahrens arbeite man an der Umsetzung der drahtlosen Cellular-Vehicle-to-Everything-Technologie (C-V2X) für eine bidirektionale Kommunikation zwischen Verkehrsteilnehmern. Damit werde bereits frühzeitig einzigartige Vorteile für die Entwicklung des 5G-Ökosystems geschaffen und für automatisiertes Fahren nutzbar gemacht. Der BMW iNext soll ab 2021 sicher autonom auf Level 3 fahren.

„Level 4 werden wir dort anbieten, wo die jeweiligen regulatorischen Rahmenbedingungen geschaffen sind und die notwendige Infrastruktur vorhanden ist. Derzeit sind hier unter anderem China und Südkorea führend“, teilt BMW mit. 5G? Da wird noch einiges „G“ehen!

Mobiles Internet – Wie alles begann

Unterwegs noch schnell die E-Mails checken oder auf einer Social-Media-Plattform das Mittagessen posten – all das gehört schon wie selbstverständlich zu unserem täglichen Leben. Und dabei ist das mobile Internet, das das ermöglicht, noch gar nicht so lange unser Begleiter. In den 1980er Jahren bestand erstmals über analoge Mobilfunknetze in Kombination mit Mobilcomputern die – allerdings kostspielige – Möglichkeit, unterwegs auf Internetdienste wie das Chatsystem IRC oder E-Mails zuzugreifen. In den 1990er Jahren konnte man schließlich mit dem Handy über das GSM-Netz (2G) online gehen und die GSM-Erweiterungen HSCSD, GPRS und EDGE brachten einen damals deutlichen Geschwindigkeitszuwachs auf bis zu 290,9 Kilobit pro Sekunde.

2002 brachte dann die dritte Generation mit UMTS und 2006 darauf basierend HSDPA und HSUPA neue Entwicklungsschritte und Geschwindigkeiten (maximal 7,2 Megabit pro Sekunde Download). Aktuell wird das 4G-Netz ausgebaut. Dessen Erweiterung LTE-Advanced bietet theoretisch bereits Datenraten von bis zu drei Gigabit pro Sekunde.

Wiederum zehnmal schneller als der LTE-Standard soll die neue, fünfte Generation sein: 5G soll Datenraten von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde erreichen.
 

INTERVIEW:
Christoph Voigt Leiter der Entwicklung Connectivity und Chairman der 5G Automotive Association (5GAA ), Audi AG

Welche Erwartungen hat Audi an die neue Mobilfunkgeneration 5G?

Wir wünschen uns für unsere Kunden eine möglichst flächendeckende Bereitstellung von 5G-Funktionalität an allen Verkehrswegen mit entsprechendem „Quality of Service“. Konzepte zur Vorhersage von Quality of Service werden derzeit in der 5G Automotive Association (5GAA), die Audi mitbegründet hat, bearbeitet. Uns ist bewusst, dass eine flächendeckende Versorgung mit 5G hohe Investitionen und Vorleistungen der Telekommunikationsindustrie verlangt. Allerdings sehen wir auch Potenziale! Ohne einen großen Schritt in flächendeckende Versorgung in Deutschland wird es schwierig für Europa, eine Vorreiterrolle, so wie durch den europäischen 5G-Masterplan definiert, einzunehmen. Wir begrüßen zudem auch die Möglichkeit der Nutzung der 5G-Technologien im Bereich Industrie 4.0 für unsere Fertigung.

Welche Möglichkeiten eröffnen sich dem Automobilbereich?

Die erwarteten Anwendungsmöglichkeiten für diese neue Generation der Mobilfunksysteme sind vielseitig: So wird 5G eine zuverlässige Kommunikation mit garantierter geringer Latenz unterstützen. Dies ist besonders wichtig, wenn Fahrzeuge direkt miteinander – zum Beispiel kooperatives Fahren und Sensordatenaustausch – und mit der Verkehrsinfrastruktur – zum Beispiel Ampelinformation Online – kommunizieren. Aus unserer Sicht benötigt es 5G-Mobilfunk auch, um andere Verkehrsteilnehmer wie Fußgänger in die Sicherheitskonzepte miteinzubeziehen; beispielsweise an unübersichtlichen Kreuzungen. Für den Kunden entsteht dadurch ein klarer Mehrwert: Das Fahren – egal ob autonom oder manuell – wird noch sicherer, effizienter und komfortabler!

Aber auch aus einem ganz anderen Grund bietet die neue Mobilfunkgeneration einen Mehrwert für unsere Kunden: Digitale Services und Features, die aus unserem täglichen Leben kaum noch wegzudenken sind, benötigen oftmals eine entsprechende Datenrate. 5G stellt sicher, dass diese auch in Zukunft geliefert werden kann.

Wir sehen aber auch großes Potenzial beim Einsatz dieser Technologie im Bereich Industrie 4.0 und der vollvernetzten Fabrik. Schließlich ist eine leistungsfähige Netzwerkinfrastruktur, die in Echtzeit reagieren kann, für die agile und flexible Produktion der Zukunft von entscheidender Bedeutung. Daher begrüßen wir die Entscheidung der Bundesnetzagentur, Frequenzen im Bereich 3.7 – 3.8 Gigahertz für die lokale Nutzung bereitzustellen.

Wird 5G wirklich die Wunderwaffe sein, um autonome Fahrzeuge auf die Straße zu bringen?

5G ist sicherlich keine Wunderwaffe. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Technologie (2G, 3G, LTE, LTE-Advanced, LTE Advanced Pro) und der damit einhergehende Wandel hin zu Netzen, die Anforderungen aus dem industriellen Bereich genügen, eröffnet neue Möglichkeiten für die Industrie. Das schließt die Automobilindustrie mit ein. Audi hat, gemeinsam mit weiteren Gründungsmitgliedern, die 5GAA gegründet. In diesem Industriekonsortium arbeiten die Autoindustrie, Telekommunikationsindustrie und Mobilfunkbetreiber auf gemeinsame 5G-Ziele hin. Wir sind der Meinung, dass die 5G-Technologie – 5G-V2X, URLLC, Network-Slicing – das autonome Fahren bereichern und ein kooperatives, autonomes Fahren ermöglichen wird.