5G könnte einen extremen Mehrwert für die Art und Weise bieten, wie wir im Alltag pendeln, aber was genau wird anders sein? Was kann man mit 5G im Bereich der Mobilität machen, was man heute nicht machen kann? Ist 5G das fehlende Stück, um autonomes Fahren möglich zu machen, oder ist es nur eine weitere gehypte Technologie? Im Allgemeinen besteht der Hauptbeitrag von 5G darin, Anwendungsfälle zu schaffen, die die Sicherheit der Fahrgäste verbessern. Durch die Verkürzung der Zeit, die zum Senden von Informationen benötigt wird, ermöglicht 5G die Verarbeitung kritischer Informationen in Echtzeit und verbessert so die Fähigkeiten des Fahrers. In einem späteren Stadium wird es möglich sein, dass Fahrzeuge aus der Ferne gesteuert werden oder autonom fahren. Dieser Artikel beschreibt die verschiedenen Anwendungsfälle und erwähnt einige der zahlreichen Herausforderungen, denen sich diese Technologie stellen muss, bevor sie in unseren täglichen Pendlerverkehr implementiert werden kann.
Daten verändern die Mobilität und die Art und Weise, wie wir im Alltag pendeln, wie wir in unseren letzten Smart-Mobility-Artikeln gesehen haben (siehe auch unser Interview zu RTM in China). Ein Teil dieser Revolution betrifft die Schaffung neuer Anwendungen durch maschinelles Lernen oder Datenanalyse. Gleichzeitig findet ein ganz anderer Wandel hinsichtlich der Übertragung der Daten und der verfügbaren Datenraten und Latenzzeiten statt. Für einige Automobilhersteller ist zum Beispiel die Sammlung von Echtzeitdaten relevanter als die Sammlung von Big Data. Live-Daten des Verkehrssystems sind besonders interessant, da sie Informationen zur Führung von Teilnehmern, Betreibern oder Fahrzeugen in Echtzeit liefern.
5G ist einer der Haupttreiber, um sicherzustellen, dass die Daten so schnell und zuverlässig wie möglich zur Verfügung stehen. 5G ist der neueste Standard für die Kommunikation in Mobilfunknetzen und wird mit seiner Technologie neue Anwendungsfälle ermöglichen, die mit seinem Vorgänger LTE derzeit nicht möglich sind. Ziel dieses Artikels ist es, einige der noch nie dagewesenen Funktionen von 5G und die möglichen Auswirkungen zu beschreiben, die insbesondere im Bereich des autonomen Fahrens zu erwarten sind.
Wie wird sich 5G von seinem Vorgänger unterscheiden?
5G kombiniert mehrere Technologien, um Verbesserungen bei drei Kommunikationseigenschaften zu erzielen: Datenrate, Latenz oder Zuverlässigkeit und Anzahl der Geräte. Im Kontext des autonomen Fahrens sind die Datenrate und die Latenzzeit die relevantesten Faktoren, da mehr Daten übertragen werden müssen und die Sicherheit des Fahrgastes gewährleistet werden muss. Auf der anderen Seite macht die steigende Anzahl von Geräten 5G zu einer attraktiven Technologie, um die ultimative Plattform für intelligente Mobilitätslösungen zu werden.
Mit 5G soll die Datenrate bis zu 10-mal schneller sein, wodurch ein Fahrzeug mehr Informationen für Fahr- oder Unterhaltungszwecke senden und empfangen kann. In Bezug auf die Latenzzeit - das ist, einfach ausgedrückt, die Zeit, die Daten für den Weg von der Quelle zum Ziel benötigen - kann sie mit 5G bis zu fünfmal niedriger sein als bei 4G-Netzwerken. Schließlich bedeutet die steigende Anzahl von Geräten, dass 5G nun in der Lage ist, mehr als eine Million Geräte mit nur einer Zelle zu versorgen, zu denen Fahrzeuge, Sensoren in der Infrastruktur oder die Smartphones der Nutzer gehören können.
5G bietet viel mehr als nur eine schnellere Version von 4G
Neben den bereits erwähnten Vorteilen eröffnet 5G eine Vielzahl von Möglichkeiten durch die folgenden Funktionen, die durch diese Technologie ermöglicht werden:
Predictive Quality of Service: Dies besteht aus der Überwachung und Vorhersage der Servicequalität des Netzwerks, die der Fahrgast in der Zukunft haben wird, basierend auf der zu verfolgenden Trajektorie sowie auf Umgebungsaspekten wie Wetter und Verkehrsbedingungen. Basierend auf diesen Informationen kann das Fahrzeug Entscheidungen treffen, um das beste Benutzererlebnis hinsichtlich der Konnektivität zu bieten. Wenn der Fahrgast beispielsweise eine hohe Bandbreite benötigt, kann das Fahrzeug eine bestimmte Route nehmen, um sicherzustellen, dass der Benutzer keine Konnektivitätsprobleme hat.
V2X-Kommunikation (Fahrzeug-zu-Fahrzeug, Fahrzeug-zu-Infrastruktur, Fahrzeug-zu-Mensch): Dank 5G sind die Fahrzeuge nun in der Lage, über ein Standardprotokoll untereinander zu kommunizieren und sich so z. B. über den Straßenzustand zu informieren, ohne dass sie über eine Basisstation kommunizieren müssen. Dies ermöglicht eine erhebliche Reduzierung der Latenzzeit - besonders entscheidend für sicherheitskritische Informationen, bei denen Millisekunden zählen - da die Daten kürzere Strecken zurücklegen, bevor sie ein anderes Fahrzeug erreichen.
Positionierung: 5G verbessert die Standortinformationen von GNSS (Global Navigation Satellite System), um deren Genauigkeit zu erhöhen oder sie zu ergänzen, falls Satelliten nicht sichtbar sind. Diese Funktionalität ermöglicht es Fahrzeugen, genauere Informationen über ihren Standort zu erhalten und Genauigkeiten von unter 30 cm zu erreichen, was zahlreiche Anwendungsfälle wie z. B. das Fahren aus der Ferne ermöglicht.
MEC (Multi-access Edge Computing): Die Edge-Computing-Fähigkeiten von 5G senken die Latenzzeit der Antwort, da Informationen direkt an einer Basisstation verarbeitet werden können. Zusätzlich erhöht es die Zuverlässigkeit, da es Video-, Audio- oder Navigationsinformationen verarbeiten und darauf basierend eine Antwort für dieses Fahrzeug generieren oder weitere Fahrzeuge über den Straßenzustand informieren kann.
Netzwerk-Slicing: Ein großer Vorteil von 5G ist die Möglichkeit, das Netzwerk nach Funktionalität zu slicen, um jedem Slice unterschiedliche Ressourcen zuzuweisen oder einen anderen Scheduling-Algorithmus zu vergeben. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, Notsignalen von Fahrzeugen, bei denen das Leben von Personen in Gefahr sein könnte, Vorrang vor weniger wichtigen Anwendungen zu geben.
Entdecken Sie die neuen Anwendungsfälle, die durch 5G ermöglicht werden
5G ermöglicht viele neue Anwendungsfälle in verschiedenen Branchen und die intelligente Mobilität ist keine Ausnahme. Im Folgenden wird eine beispielhafte Auswahl dieser Anwendungsfälle hervorgehoben. Ein Großteil von ihnen befindet sich jedoch noch in der Entwicklungsphase und die Technologie dahinter wird getestet. Die Deutsche Telekom ist zum Beispiel aktiv an mehreren europäischen Initiativen beteiligt, die verschiedene Use Cases wie 5GCroCo oder 5G CARMEN. Die meisten Anwendungsfälle, die derzeit getestet werden, beziehen sich auf das autonome Fahren, also die Richtung, in die sich die Mobilität bewegt.
Der Hauptgrund, warum 5G einen wichtigen Enabler für autonomes Fahren darstellt, sind seine neuen Fähigkeiten, sicherheitskritische Informationen an Fahrzeuge, Menschen oder die Infrastruktur zu übertragen. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass wir, wenn wir von autonomen Fahrzeugen sprechen, nicht nur Autos, sondern auch Lastwagen oder Züge meinen.
Einige der bisher identifizierten Anwendungsfälle werden im Folgenden genannt und nach den Eigenschaften von 5G klassifiziert, die diese Anwendungsfälle im Gegensatz zu 4G ermöglichen.
Erhöhte Anzahl von Geräten
Routenüberwachung: Angesichts der Zunahme der Geräte, die sich pro Zelle verbinden können, werden Fahrzeuge und Sensoren in der Infrastruktur die Möglichkeit haben, ständig Informationen über den Zustand der Strecke auszutauschen. Die erhöhte Anzahl von Sensoren in Fahrzeugen könnte über Verkehrsbedingungen oder Anomalien auf der Strecke informieren, z. B. über Löcher in der Straße, und die genauen Standorte mit GPS-Daten angeben. Gleichzeitig können die Infrastruktursensoren über die Anzahl der Fahrzeuge auf einer bestimmten Straße oder andere Bedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Neigung usw. informieren.
Anwendungsfall Datentarif
Video-Streaming: Die von 5G bereitgestellte Datenrate ermöglicht es Reisenden, HD-Videos aus dem Internet zu streamen, was derzeit insbesondere aufgrund der hohen Bewegungsgeschwindigkeit und des Übergangs zwischen verschiedenen Antennen eine Herausforderung darstellt. Diese Anwendung ist wertvoll, wenn man von hochgradig autonomen Fahrzeugen spricht, in denen die Passagiere nicht mehr auf die Straße achten müssen, sondern einen Film genießen können, während sie pendeln. Ein wichtiger Faktor, um diese Datenrate zu erreichen, ist die Aufrechterhaltung einer hohen QoS (Quality of Service) während der Fahrt, was sich auf die zuvor erwähnte prädiktive QoS-Funktion bezieht. Dies bedeutet: Das Fahrzeug kann sich für eine andere Route entscheiden, um zu gewährleisten, dass der Benutzer weiterhin Informationen aus dem Netzwerk herunterladen kann.
Anwendungsfälle für Latenzzeiten
Kooperatives Manövrieren / kooperative Kollisionsvermeidung: Über 5G können Fahrzeuge Informationen über ihre Geschwindigkeit, Position und beabsichtigten Flugbahnen austauschen, um ein effizientes kooperatives Manövrieren durchzuführen. Darüber hinaus können Fahrzeuge oder die Infrastruktur selbst Informationen über gefährliche Ereignisse auf der Strecke mit genügend Vorlaufzeit für andere Fahrzeuge austauschen, um im Voraus Maßnahmen zu ergreifen.
Ferngesteuertes Fahren: In einer alltäglichen Situation sollte ein autonomes Fahrzeug in der Lage sein, die notwendigen Entscheidungen zu treffen, um sich selbst in einer sicheren Weise zu steuern. In einem Notfall könnte das Fahrzeug jedoch möglicherweise nicht in der Lage sein, diese Aufgabe auszuführen, z. B. wenn einige Sensoren oder Aktuatoren beschädigt sind. In diesem Fall kann ein vorübergehendes ferngesteuertes Fahren erforderlich sein und ein externer Bediener kann die Kontrolle über das Gerät übernehmen, bis es einen sicheren Punkt erreicht hat. Mit 4G ist dies aufgrund der hohen Latenzzeit derzeit nicht möglich. 5G priorisiert sicherheitskritische Informationen, um die Latenz zu senken, und minimiert den Fahrweg durch den Einsatz von Edge Computing, was es einem Bediener, der in einer Kontrollkabine sitzt, ermöglicht, das Fahrzeug fernzusteuern, sei es ein Auto, ein LKW oder ein Zug.
Platooning: Bei dieser Anwendung fahren die Fahrzeuge in enger Formation, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. 5G ermöglicht den Austausch von Informationen, sodass jedes Fahrzeug seine eigene Beschleunigung und Geschwindigkeit anpassen kann, während es den Zustand der vorausfahrenden Fahrzeuge berücksichtigt. Diese Art der Kommunikation muss eine sehr niedrige Latenzzeit und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, um Szenarien zu bewältigen, bei denen es z. B. zu einer abrupten Bremsung durch das führende Fahrzeug kommt. Darüber hinaus könnte die prädiktive QoS in solchen Anwendungsfällen wertvolle Informationen liefern, z. B. durch Vergrößerung des Abstands zwischen den Fahrzeugen, bevor sie eine Zone mit möglicherweise schlechtem Signalempfang durchfahren.
Die kommenden Herausforderungen für 5G und intelligente Mobilität
Wie bereits erwähnt, erhöht 5G die Sicherheit von Fahrzeugen und liefert neue Informationen, um den Verkehr besser planen und steuern zu können. Seine Vorteile für die intelligente Mobilität beziehen sich hauptsächlich auf das autonome Fahren, das selbst mehrere Herausforderungen durchläuft, wie z. B. die Sicherheitsbedenken der Menschen, rechtliche und regulatorische Hürden, technische Schwierigkeiten und fehlende Infrastruktur. Auf der anderen Seite steht 5G gerade erst am Anfang, weshalb sich die meisten der in diesem Artikel genannten Anwendungsfälle noch in einem frühen Entwicklungsstadium befinden.
Der Gartner Hype Cycle 2019 für Connected Vehicles und Smart Mobility platziert 5G in der Mitte der Phase "Peak of Inflated Expectations" und es wird erwartet, dass es das Produktivitätsplateau in 2 bis 5 Jahren erreicht. Sobald 5G das Produktivitätsplateau erreicht hat, wird es als Enabler für Anwendungen fungieren, die die Fahrfähigkeiten von Leitern verbessern. Damit Fahrer rechtzeitig angemessen reagieren können, könnten sie mit Informationen über mögliche Probleme auf der Straße versorgt werden, kurz bevor sie ihnen begegnen. Dennoch werden die wahren Fähigkeiten von 5G erst dann voll zur Geltung kommen, wenn das autonome Fahren den Punkt erreicht hat, an dem das Fahrzeug in der Lage ist, alle Fahrfunktionen zumindest unter bestimmten Bedingungen selbst auszuführen, was laut dem Gartner Hype Cycle noch mehr als 10 Jahre dauern könnte.
Quelle: Michael Ramsey, Gartner
Eine zusätzliche Herausforderung für die Telekommunikationsanbieter, die in die Infrastruktur hinter dem Netzwerk investieren, ist die Identifizierung der Geschäftsmodelle hinter den neuen Diensten, die durch diese Technologie ermöglicht werden. Der Wert verlagert sich von der Datenübertragung hin zu den Diensten, die von den Fahrzeugen oder den Daten bereitgestellt werden, und aus diesem Grund müssen die Telcos ihre neuen Chancenfelder identifizieren. Die Lösung, die Telcos in dieser Hinsicht verfolgen, sind in der Regel geteilte Umsatzmodelle, zum Beispiel die Gründung von Joint Ventures mit Unternehmen, die Anwendungsfälle in diesem Bereich entwickeln, oder die Einrichtung von Kollaborationsplattformen für Unternehmen, um die neuen Anwendungen gemeinsam zu entwickeln.
5G bringt die Mobilität einen Schritt näher an die vollständige Autonomie, aber zunächst wird es ein wichtiger Enabler für neue intelligente Mobilitätsplattformen sein
Kurzfristig wird 5G eine Schlüsseltechnologie für die Entwicklung intelligenter Mobilitätsplattformen sein, da es die Konnektivität von Tausenden von Fahrzeugen, Nutzern und IoT-Sensoren ermöglicht und eine höhere Bandbreite als 4G bietet. Dabei ist sie natürlich abhängig von der Installation von IoT-Sensoren, die über Streckenbedingungen informieren, sowie vom Einsatz von Fahrzeugen mit 5G-Modulen.
In einem längerfristigen Szenario werden autonome Fahrzeuge in der Lage sein, das Nutzererlebnis und die Sicherheit der Fahrgäste zu maximieren. Hier wird 5G als Haupt-Enabler für sicherheitsrelevante Anwendungen und autonomes Fahren fungieren. Diese Anwendungen erfordern eine zuverlässige und latenzarme Kommunikation, da das Leben von Menschen von der Datenübertragung abhängen kann. Es ist genau der Bereich, in dem sich 5G von 4G im Kontext der Mobilität unterscheidet. Aus diesem Grund ist es sicher, dass 5G innerhalb weniger Jahre die Mobilität revolutionieren und den Übergang zum autonomen Fahren beschleunigen wird.
