„Das vernetzte Auto“: Die Bedeutung von 5G im Connected Car

Der erste Teil der Serie „Das vernetzte Auto“ beleuchtet die Einführung des neuen Mobilfunkstandards 5G und dessen Bedeutung für die Automobilindustrie und gibt einen Ausblick auf aktuelle Herausforderungen und mögliche Lösungsansätze, die in den nächsten Serienteilen ausführlich behandelt werden.

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Die Reihe „Das vernetzte Auto“ dreht sich um die Möglichkeiten, die im Rahmen der Konnektivität im Fahrzeug entstehen - gerade im Hinblick auf die Einführung des neuen Mobilfunkstandards 5G. Dabei sollen die Herausforderungen, die es zu bewältigen gibt, ebenso dargestellt werden, wie die Möglichkeiten, die durch eine Vernetzung von Fahrzeugen, Verkehrsinfrastrukturen und zukünftig Passanten entstehen.

Welche Bedeutung hat 5G für die Zukunft der Automobilindustrie?

Nächstes Jahr um diese Zeit soll die erste Phase des neuen Mobilfunkstandards 5G festgelegt sein. Dieser wird, so eine aktuelle Studie von Ericsson, bis 2020 bereits von 15 Prozent der Weltbevölkerung genutzt werden können. In der Studie sind das Internet of Things (IoT) und vernetzte Fahrzeuge jedoch noch nicht eingerechnet, obwohl gerade sie beim Thema 5G eine wichtige Rolle spielen werden.

Der Nachfolger des Mobilfunkstandards LTE hat das Ziel, „Maschinen“ optimal in den Mobilfunk einzubeziehen und eröffnet somit nicht nur für die Telekommunikationsbranche, sondern auch für die Automobilindustrie neue Möglichkeiten. Doch schon bevor die erste Phase von 5G offiziell beginnt, wird es eine Interimsphase geben, in der erste 5G-Features bereits Ende dieses Jahres festgelegt werden sollen. Das Ziel ist, bereits 2019 erste Personal Devices in 5G-Netzwerken in Europa einzusetzen.

Diese Smartphone-Features werden anschließend auch im Auto angewendet werden und benötigen somit eine optimale „Smart Device Integration“, um die Einführung von 5G zu beschleunigen. 5G wird demnach, gerade im Vergleich zu LTE, wesentlich schneller in die Fahrzeuge integriert. Denn für die Automobilindustrie ist mit der Einführung von 5G die Zeit des vernetzten Fahrzeugs gekommen.

Einsatzmöglichkeiten von 5G

Der Weg zur Einführung des neuen Mobilfunkstandards wird derzeit vorbereitet: Die Anforderungen an 5G wurden initial gesetzt, nun startet die detaillierte Definition und die anschließende Umsetzung. Der Nachfolger von LTE (4G) soll zu einer Verbesserung der Latenzen und einer hohen Verfügbarkeit führen und durch höhere Performance die Grundlage für neue Einsatzmöglichkeiten schaffen.

Dabei wird es mehrere Entwicklungslevel – sogenannte Releases – geben. Die Standardisierung des ersten 5G-Release wird für Herbst 2018 erwartet und soll hauptsächlich das neue 5G-Funkinterface (New Radio NR) festschreiben. Im zweiten Release, geplant für 2020, soll dann unter anderem die Einbindung höherer Frequenzbereiche ermöglicht werden.

In der Praxis sehen Experten derzeit vor allem in drei Einsatzbereichen großes Potential für 5G. Der erste Bereich ist der Consumer Bereich (enhanced Mobile Broadband – eMBB), in dem durch höheren Traffic und niedrigeren Netzwerkenergieverbrauch die Möglichkeit geschaffen werden soll, viele Devices gleichzeitig ohne Netzverluste zu benutzen. Dies soll vor allem den Nutzerkomfort erhöhen, zum Beispiel bei großen Menschenansammlungen wie Konzerten oder Sportveranstaltungen, bei denen viele private Devices gleichzeitig im Einsatz sind und die Netzkapazität dementsprechend groß sein muss.

Ein zweites Einsatzgebiet ist die sogenannte massive Machine Type Communication (mMTC). Diese ist gerade im Hinblick auf die Vernetzung von Geräten aller Art im Zuge des IoT relevant. Hierbei soll die Kommunikation von bis zu einer Million smarter Geräte pro Quadratkilometer möglich werden. Dies wird gerade in Zeiten einer zunehmenden Vernetzung von Geräten wichtig sein. Diese beiden Einsatzbereiche sind für Industrie und Telekommunikationsfirmen von Bedeutung.

Das Interesse der Automobilindustrie an 5G hat jedoch der dritte Einsatzbereich, die Ultra Reliable Low Latency (URLL), geweckt. Dadurch sollen zuverlässige Verbindungen und kurze Übertragungszeiten gesichert werden, was als eine wichtige Voraussetzung für die Komforterhöhung beim autonomen Fahren gilt.

Standardisierung - neue Player an Definition beteiligt

Bei den bisherigen Standards LTE und UMTS wurde die Definition von großen Playern der Kommunikationsbranche vorgenommen. Da mit 5G die Einbeziehung von Maschinen und Autos in den Mobilfunk optimiert wird, sind nun auch weitere Interessensgruppen an der Definition der Standards beteiligt. Die Automobilindustrie etwa hat eigens dafür ein Gremium zur Definition der Anforderungen der Branche an die 5G-Standardisierung gegründet – die 5G Automotive Association (5GAA).

Der Ende 2016 gegründete Zusammenschluss entwickelt, testet und fördert Kommunikationslösungen, unterstützt die Standardisierung und beschleunigt die kommerzielle Verfügbarkeit relevanter Produkte und Lösungen. Das Ziel der 5GAA ist es, dem Wunsch nach vernetzten Mobilitäts- und Sicherheitskonzepten mit Anwendungen wie dem vernetzen autonomen Fahren und dem umfassenden Zugang zu Dienstleistungen zu begegnen. Die gemeinsame Definition von Standards ist hier insofern wichtig, als dass dadurch später eine reibungslose Kommunikation im Straßenverkehr auch zwischen Devices verschiedener Hersteller möglich sein soll.

Bevor es soweit ist, müssen Automobilhersteller und Zulieferer jedoch noch einige Herausforderungen meistern. Etwa, den Mobilfunk auch in die Antennentechnik zu integrieren und somit „smarte“ Antennen zu schaffen. Derzeit werden Signale von einer Antenne auf dem Dach eines Fahrzeugs mithilfe von Kabelverbindungen an die Bordelektronik übermittelt, die sich oft im Fahrercockpit befindet.

Bei der Ausweitung des Übertragungsspektrums von derzeit 6GHz auf bis zu 100GHz führt eine Absetzung von der Antenne zur Elektronik durch Kabel allerdings zu großen Verlusten. Deswegen muss die Elektronik und damit die Signalverarbeitung nah an die Antenne gebracht werden. Diese ist jedoch starken Witterungsbedingungen ausgesetzt, da sowohl unter dem Dach als auch in der Antenne hohe Temperaturen und starke Schwankungen vorherrschen, was der Elektronik enorm zusetzt. Nur wenige Hersteller sind in der Lage Elektronik und Antenne unter solchen Bedingungen zusammen zu bringen.

Auch das Thema Sicherheit spielt eine wichtige Rolle. Cyberkriminelle können bereits heute Schadsoftware verbreiten, die speziell auf mobile Apps zugeschnitten ist. Diese Entwicklung wird auch vor vernetzten Fahrzeugen nicht Halt machen. Deshalb müssen Automobilhersteller und Zulieferer von Anfang an Sicherheitsbedenken bei ihrer Entwicklung berücksichtigen.

Die Zukunft des vernetzten Autos

Schon bald wird 5G den aktuellen Mobilfunkstandard LTE ablösen. Das ist gerade im Hinblick auf das IoT sowie den Wunsch, das vernetzte Fahrzeug voranzutreiben auch notwendig. Deshalb bietet 5G als erster Mobilfunkstandard auch Möglichkeiten für Automobilhersteller und Zulieferer. Bevor Endanwender eines Tages jedoch in autonom fahrenden, vernetzten Autos unterwegs sind, gilt es für die Hersteller noch einige Herausforderungen zu lösen.

* Guido Dornbusch ist Vice President Product Management bei Laird

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