Autonomes Fahren mit 5G als Grundlage

Selbstfahrende Autos waren vor einigen Jahren lediglich eine Vision in einem Science Fiction Film. Heute sind die ersten teilautomatisierten Fahrzeuge mit verschiedensten Assistenzsystemen auf unseren Straßen unterwegs. Auch autonomes Fahren ist längst nicht mehr nur ein Traum.

Autonom bedeutet, das Auto benötigt keinen Fahrer oder Eingriff von außen, es entscheidet und reagiert, auch in Notsituationen, völlig selbständig. Das 5G Netz wird durch die noch schnellere Vernetzung von Verkehrssystemen neue Anwendungsmöglichkeiten in der Weiterentwicklung autonomer Fahrzeuge bieten. So können diese zukünftig nicht nur autonom Entscheidungen treffen, sondern auch untereinander kommunizieren und kooperieren. Entsteht dadurch ein völlig vernetztes und intelligentes Verkehrssystem auf der Straße, spricht man von automatisiertem Fahren.

Intelligente Verkehrsinfrastruktur durch Vernetzung

Die Grundlagen für autonomes Fahren sind schnelle und zuverlässige Kommunikationsnetze wie LTE und 5G. Bis 2025 plant die Deutsche Telekom deshalb alle wichtigen Verkehrswege wie Autobahnen, Bundesstraßen und Schienentrassen mit dem 5G Netz auszustatten. Damit der neue Mobilfunkstandard die spezifischen Anforderungen für die Vernetzung von Verkehrsteilnehmern und für automatisiertes Fahren erfüllt, arbeiten Experten aus verschiedenen Branchen in der 5G Automotive Association (5GAA) und definieren die Grundlagen für gemeinsame Standards.

Dank Mobilfunktechnik und Internetverbindung können vernetzte Autos mit digitalen und standortbezogenen Servicediensten den Komfort beim Autofahren erheblich steigern. Zur Navigation benötigt das Fahrzeug ständig Datenupdates, zum Beispiel detaillierte Straßenkarten. Hinzu kommen Aktualisierungen bei unvorhergesehenen Verkehrssituationen, etwa bei Stau, Regen oder Glatteis. In Verbindung mit Apps für den Fahrer und Cloud-Systemen lassen sich Informationen zur Wartung oder andere Statusmeldungen abrufen oder versenden. Diese Funktionen werden bereits heute auf Basis von LTE mit einer Übertragungsrate bis zu 300 Megabit pro Sekunde sowie Latenzzeiten von weniger als 100 Millisekunden dank Mobile Edge Computing realisiert, selbst in Notfallsituationen oder beim ferngesteuerten Fahren mit geringen Geschwindigkeiten. 5G wird für viele digitale Dienste im Auto zukünftig eine noch bessere Qualität ermöglichen.

5G Netz erweitert automatische Systeme

Beim Autofahren stehen natürlich auch sicherheitsrelevante Aspekte im Blickpunkt. 5G bietet über 4G hinaus spezielle Eigenschaften für sicherheitsrelevante Anforderungen, die kein anderes Funknetz leisten kann. 

Automatisierte Systeme stoßen an ihre Grenzen, wenn nicht programmierte und unbekannte Situationen auftreten. Aus Sicherheitsgründen entscheidet sich ein „Autopilot“ in einem solchen Fall im Zweifel dafür, das System abzuschalten. Ein automatisiertes Fahrzeug gibt in diesem Fall die Fahraufgabe und Verantwortung an den Fahrer zurück. Übernimmt dieser jedoch nicht oder nicht rechtzeitig die Fahrfunktion, wird das Auto in einem gesicherten Fahrmodus an den Straßenrand gefahren. 

Mit 5G könnte nun beispielsweise ein externer Operator als Lotse das Fahrzeug fernsteuern. Die Fernsteuerung über einen Operator bedingt jedoch definitiv ein 5G Netz, das über wichtige Funktionsmerkmale wie sehr schnelle Reaktionszeiten und garantierte Netzressourcen verfügt.

Vorteile von 5G für autonomes Fahren

Ein großer Vorteil von 5G ist das sogenannte Network Slicing. Das Funknetz wird in virtuelle Netzebenen geteilt. Eine Netzebene wird dann zum Beispiel nur für automatisiertes Fahren genutzt.  Dadurch ist gewährleistet, dass sicherheitsrelevante Benachrichtigungen an selbstfahrende Autos auf der Datenautobahn nicht im Stau festhängen und Priorität gegenüber parallel genutzten Infotainment-Diensten genießen.

Ein anderer Vorteil ist die Datenverarbeitung und -speicherung in Rechenzentren in der unmittelbaren Nähe von Verkehrswegen. Durch diese „Edge“-Rechenzentren wird die Datenverarbeitung im Netz noch schneller. Auf der A9 zwischen Nürnberg und München haben erste 5G Tests bereits Latenzzeiten von weniger als 20 Millisekunden erreicht. Ein autonomes Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h hätte in dieser Zeit gerade einmal 60 Zentimeter zurückgelegt. Die virtuellen Netzebenen und kurze Übertragungswege garantieren wichtige Qualitätsmerkmale der 5G Mobilfunktechnik wie geringe Latenzzeiten und hohe Bandbreiten.

Die Fahrzeug zu Fahrzeug Kommunikation beim automatisierten Fahren wird über Sensoren realisiert. Dazu gehören zum Beispiel intelligente Kamerasysteme, die einen direkten Austausch von Daten zwischen den Fahrzeugen ermöglichen. Diese Systeme haben jedoch entscheidende physikalische Nachteile. Sie schauen nicht um die Ecke, über den Berg oder durch ein Hindernis hindurch. Deswegen schränken sie die Funktion selbstfahrender Autos ein. Höhere Geschwindigkeiten sind mit dieser einfachen Automatisierung ebenfalls nicht möglich. 

Das 5G Netz bietet an dieser Stelle einen weiteren großen Vorteil. Die Mobilfunktechnologie erweitert das Spektrum der autonomen Mobilität durch eine direkte und vor allem schnelle und breitbandige Datenkommunikation mit Autos sowie entsprechend ausgerüsteter Verkehrsinfrastruktur wie Ampeln. Dadurch können beispielsweise Geschwindigkeiten erhöht oder im Bedarfsfall rechtzeitig reduziert werden, um einen besseren Verkehrsfluss zu gewährleisten.

Automatisiertes Fahren hat bereits mit dem assistierten Fahren begonnen

Die Automatisierung von Fahrzeugen verläuft allerdings schrittweise. Voll automatisiertes Fahren, das in sehr vielen Fahrsituationen zuverlässig funktioniert, steht erst am Ende eines noch länger dauernden Prozesses. Die Hälfte der Autos ist bereits mit intelligenten Assistenzsystemen ausgestattet. Dabei handelt es sich um digitale Navigationssysteme, Einparkhilfen oder die Geschwindigkeitsregelung mit Tempomat und Abstandsregelsystemen. Fahrerassistenzsysteme wie der Lenk- und Spurhalteassistent übernehmen schon Teilfunktionen einer autonomen Steuerung des Fahrzeugs. Auch das selbständige Einparken des Autos ist bereits heute möglich. Trotz dieser Hilfsdienste bleibt der Fahrer jederzeit in der Verantwortung. Fährt das Fahrzeug dagegen automatisiert, geht die Verantwortung vom Fahrer auf das Fortbewegungsmittel und damit dessen Hersteller oder Betreiber über. Insofern werden viele der Automatisierungsfunktionen zunächst auf hinreichend gut kontrollierbare Fahrsituationen beschränkt werden, wie bspw. auf der Autobahn in niedrigeren und mittleren Geschwindigkeitsbereichen oder beim Parken auf abgegrenzten Parkflächen.

Automatismus schafft persönliche Freiräume

Die Menschen nutzen im Alltag automatische Funktionen vor allem deshalb, um Zeit zu gewinnen und diese wiederum sinnvoll oder bequem zu nutzen. Wenn wir also in Zukunft nur noch als Passagier in einem selbstfahrenden Auto sitzen, können wir unterwegs selbstverständlich mit dem Smartphone oder Tablet über Mobilfunknetze die aktuellsten Nachrichten lesen, an Videokonferenzen teilnehmen oder arbeiten, Entertainment-Dienste nutzen oder online einkaufen. Die Zeit während der Fahrt kann aber auch zum Schlafen genutzt werden, um ausgeruht am Urlaubsziel anzukommen oder entspannt beim Geschäftstermin zu erscheinen.