Von Christian Hammerschmidt
Braucht autonomes Fahren den neuen Mobilfunkstandard 5G? Im Prinzip nein. Es gibt aber gute Gründe dafür, dass selbststeuernde Fahrzeuge ohne eine solche Anbindung in eine Sackgasse steuern.
Im Gezerre um die Netzabdeckung bei der Einführung des 5G-Mobilfunks hat die Autoindustrie vor allem ihr grosses Zukunftsprojekt des automatisierten Fahrens im Auge. Sollte mit dem neuen Netz keine ausreichende Abdeckung erzielt werden, so müssten die Hoffnungen auf eine hochautomatisierte, sichere und komfortable Mobilität deutlich zurechtgestutzt werden. Aber wozu muss ein Auto überhaupt über eine Funkverbindung verfügen? Schliesslich sind die Roboterfahrzeuge reichlich mit Sensoren und Rechnern bestückt, die bereits ein detailliertes Bild ihrer Umgebung erzeugen.
Man muss nur einmal in die USA schauen: Dort legten selbstgesteuerte Autos die meisten Testkilometer in dünn besiedelten Staaten wie Nevada zurück. Hier wird autonomes Fahren im Wortsinn eingeübt: Die Autos erfassen mit Kameraaugen, Lidarscannern und Radarsensoren ihre Umgebung. Mit den gewonnenen Daten zimmern die Bordrechner dann ein virtuelles Modell ihrer Umgebung, errechnen ihre Trajektorien – und treffen ihre Fahrentscheidungen. Das alles geschieht ganz auf Basis ihrer eigenen Sensorik und wohl häufig ganz ohne irgendeine Art von Mobilfunkverbindung.
Also, wozu das Getöse um die 5G-Versorgung? Finden selbstfahrende Autos nicht auch eigenständig ihren Weg? Im Prinzip schon, heisst es aus der Industrie. Aber eben nur im Prinzip. «In der Tat ist es unsere Meinung, dass möglichst alle Fahrfunktionen ohne Connectivity zu lösen sind», bestätigt Rainer Krumrein, 5G-Experte beim Autohersteller Daimler. Um das dann gleich wieder zum Ausnahmezustand zu erklären: «Der Grund ist, dass wir nie davon ausgehen können, dass der Mobilfunk immer und in jeder Situation verfügbar ist. Und selbst wenn er das ist, haben wir immer noch kein deterministisches System», meint Krumrein. Um eine Strecke von A nach B irgendwie unfallfrei zurückzulegen, reichen die Informationen der Sensoren.
Aber im heutigen Verkehrsgeschehen ist damit allein kaum ein Blumentopf zu gewinnen. Frank Fitzek, Inhaber des Telekom-Lehrstuhls für Nachrichtennetze an der TU Dresden, erklärt das Warum: «Ohne 5G wird man beim hochautomatisierten Fahren auf vieles verzichten müssen, auf Sicherheit und auf zügiges Vorankommen zum Beispiel. Man kann ja durchaus fahren, aber eben nur im Fussgängertempo.» So wie das knuddelige Google-Auto, das ohne Lenkrad im Schneckentempo durch Palo Alto kroch. Diese Fahrzeuge brannten sich eher als Verkehrshindernis denn als Verkehrsmittel ins Gedächtnis der autofahrenden Öffentlichkeit ein. Sie fuhren gerade eben so schnell, wie ihre Sensoren das zuliessen – und das war herzlich langsam.
Für kooperatives Fahren, etwa gemeinsames Anfahren an der Ampel, ist eine schnelle V2X-Kommunikation unerlässlich.
Dem kommunikationslosen, also wirklich „autonomen“ Fahrzeug bleibt vieles versagt, was die automobile Fortbewegung im Getümmel der Metropolen beschleunigt oder angenehmer macht. Ob Verkehrsflussoptimierung oder Geschwindigkeits- und verkehrsbedingte Wegeempfehlung per Onlineservice – all das erfordert Kommunikationsfähigkeit. Ein augenfälliges Beispiel ist der Überholvorgang: Menschliche Chauffeure, die hinter einem langsameren Fahrzeug herkriechen müssen, überzeugen sich vor dem Überholen durch einen kleinen Schlenker nach links, ob die Gegenfahrbahn frei ist. Solche Lenkbewegungen würde man einem elektronisch gesteuerten Auto als Mangel an Koordinationsvermögen auslegen und das Vertrauen wäre dahin. Mit seinen eigenen Sensoren kann aber auch das Roboterfahrzeug nicht sehen, ob die Fahrbahn frei ist – und müsste eben weiter hinter dem Vordermann herschleichen.
An dieser Stelle kommt 5G-Mobilfunk ins Spiel. Mit dieser Technik kann ein Fahrzeug in Zukunft nicht nur per Basisstationen und Backend, sondern auch direkt mit anderen kommunizieren. Das eröffnet eine Vielzahl neuer Anwendungen. Geht es nach den Vorstellungen der 5G-Entwickler, könnte sich das autonom fahrende Auto beispielsweise das Bild der Frontkamera des Vordermanns elektronisch „ausborgen“ und somit seine sensorische Reichweite deutlich erhöhen, erklärt Christoph Voigt, Vorsitzender der industrieübergreifenden Arbeitsgemeinschaft 5G Automotive Association, die sich der Standardisierung entsprechender Funkprotokolle widmet.
Voigt, der auch die Entwicklung von Audis Car-to-X-Technologie leitet, nennt noch weitere Use Cases für selbsttätig funkende Autos. Jedes Fahrzeug könnte ein Signal aussenden, das seine Position anzeigt. Mit diesem «Here I am»-Funkspruch könnten automatisiert fahrende Vehikel auch Verkehrsteilnehmer orten, die für Kameras und Radar (noch) nicht zu sehen sind. Per Funk liessen sich Fahrzeugkolonnen koordinieren, etwa beim Anfahren an einer Verkehrsampel: Alle Autos könnten genau in dem Moment losfahren, an dem das Licht auf Grün springt. Der zeit- und platzraubende Ziehharmonikaeffekt menschlicher Fahrer liesse sich vermeiden. «So könnte man Verkehrsflächen und Verkehrsflüsse ganz erheblich optimieren», so Voigt. Die Kommunikationsfähigkeit erst ermöglicht neben dem automatisierten auch ein kooperatives Fahren – und das ist entscheidend für die Qualität des Verkehrs.
Allerdings: Für viele dieser Funktionen sind bereits spezielle Funktechniken verfügbar, etwa das Protokoll IEEE802.11p für die automatische Kommunikation zwischen Fahrzeugen untereinander (V2V) oder zur Infrastruktur (V2I). Wozu also 5G-Mobilfunk – von dem ohnehin nicht sicher ist, wie vielen Fahrern er überhaupt zur Verfügung stehen wird? Das könnte eine Frage des ganzheitlichen Ansatzes sein. Die 5G-Mobilfunkdefinition ist zwar noch immer nicht fertig ausformuliert, gegenwärtig ist das 3GPP-Release R16 in Arbeit. Doch bereits seit früheren Releasestufen zielen die Arbeiten darauf ab, viele früher in separaten Standards festgeschriebene Funktionen in einem umfassenden Werk zu bündeln.
Das Release 16 wird zusätzliche Möglichkeiten bieten, etwa Platooning und Remote Driving. Platooning ist das Zusammenstellen von Fahrzeugen zu einer Gruppe, bei der lediglich der vorderste Fahrer aktiv ist. Alle Fahrfunktionen werden per Funk vom Führungsfahrzeug aus gesteuert. Nützlich ist das vor allem für Lastwagen – die mit engem Abstand fahrenden Autos profitieren vom Windschatten des Vordermanns und alle Fahrer – bis auf den ersten – können eine Ruhepause einlegen oder sich anderen Tätigkeiten zuwenden. Beim Remote Driving kann ein „Lotse“ in Notfall- und Ausnahmesituationen das betroffene Fahrzeug von einer Zentrale aus steuern.
Es liegt auf der Hand, dass für derartige Anwendungsfälle eine zuverlässige Funkverbindung mit extrem kurzen Reaktionszeiten und garantiertem Datendurchsatz zwingend erforderlich ist. Der 5G-Mobilfunk soll, anders als die heutigen Mobilfunktechniken LTE (4G) und UMTS (3G), beides bieten. Zudem kann beim 5G-Mobilfunk eine Basisstation viel mehr User einbinden. Von Bedeutung ist diese Fähigkeit bei Situationen, in denen viele Teilnehmer auf engstem Raum unabhängig voneinander versorgt werden müssen, etwa bei längeren Staus oder bei der An- und Abfahrt zu Massenveranstaltungen.
Ist damit die Frage beantwortet, ob autonomes Fahren den 5G-Mobilfunk erfordert? Die Antwort ist vielschichtig, aber letztlich eindeutig. „Alternative Lösungen sind vorstellbar, aber weitaus komplexer und damit teurer“, urteilt Fachmann Fitzek. «Alle Key Performance Indicators werden besser, wenn man ein 5G-Netzwerk hat.» Bei den Autoherstellern wird das wohl ähnlich gesehen. «Viele denken, 5G bringt nur eine Änderung bei der Funkschnittstelle, aber das ganze Netz ist anders», sagt Daimler-Experte Krumrein. Aus diesem Grund fordern die Stuttgarter eine 5G-Netzabdeckung entlang aller Verkehrswege. Das autonome Fahren allein mit der Bordsensorik ist dann nur noch für den Notfall vorgesehen – wenn das Auto eben mal kein Netz hat.
Dieser Text erschien erstmals am 19. Februar 2019 in CarIT, Connected Mobility – Magazin. Publikation mit freundlicher Genehmigung des Autoren und der Redaktion.
