Aufgeführt sind die Teilprojekte des 5G-Reallabors:
Digitales Abbild des 5G-Reallabors als Framework für strategische Netzwerkplanung und -auswertung
Bei drahtlosen Kommunikationssystemen wie dem neuen Mobilfunkstandard 5G ist die flächige Abdeckung ein entscheidender Faktor bei der Nutzung ebendieser Systeme. Im sogenannten „Digitalen Zwilling“ soll das vorhandene 5G-Mobilfunknetz im 5G-Reallabor digital abgebildet werden, um Aussagen zur Verfügbarkeit und Qualität prädizieren zu können. Die bisher genutzten Funkausbreitungsmodelle gilt es zu validieren und ggfs. anzupassen. Überdies setzt 5G stärker auf neue Technologien wie Beamforming und Selbstorganisierende Netze. Diese sollen in geeigneter Weise abgebildet werden, um die Anwendungsfälle des 5G-Reallabors bewerten zu können. Darüber hinaus sollen auch Use Cases von projektexternen Akteuren in Bezug auf ihre Netzintegrität hin bewertet werden.
Die bestehenden 5G-Mobilfunkzellen sollen messtechnisch im Feld erfasst werden. Das Institut für Nachrichtentechnik (IfN) der TU Braunschweig führt die Vermessungen in Kooperation mit der Deutschen Telekom AG durch. Neben der flächigen Versorgungscharakteristik inkl. dem Einfluss von Beamforming, sind auch die Signalisierungsformen für die individuellen Mobilfunknutzer zu analysieren. Die Ergebnisse der Feldmessungen sollen als Grundlage zur Validierung der Simulationsmodelle dienen.
Weitere grundlegende Eingangsdaten für die präzise, simulative Versorgungsprädiktion stellt der Umsetzungsbeteiligte Stadt Braunschweig in Form von 3D-Gebäudedaten zur Verfügung. Darüber hinaus werden weitere 3D-Gebäudedaten vom Landesamt für Geoinformation und Landvermessung Niedersachen bereitgestellt.
Das Institut für Nachrichtentechnik der TU Braunschweig leitet und bearbeitet das Teilprojekt.
Untersuchung der Koexistenz der Übertragungstechnologien 5G-V2X und WLANp sowie 5G New Radio und 5G New Radio Broadcast
Bei der Einführung von neuen Funktechnologien wie 5G besteht die Anforderung, den Koexistenzbetrieb mit bereits vorhandenen Funknetzen zu gewährleisten. Eine unerwünschte gegenseitige Beeinflussung gilt es zu verhindern. Gleichzeitig bietet die Koexistenz erweiterte Möglichkeiten wie höhere Datenraten, ein größeres Feld an potenziellen Nutzern oder eine effizientere Verbreitung von Diensten. Im Rahmen des Teilprojektes wird die Koexistenz von 5G vehicle-to-everything (5G-V2X) zu WLANp (IEEE 802.11p) als Basis für intelligente, verkehrliche
Anwendungen (automatisiertes, vernetztes Fahren) erforscht. Zudem wird der Einsatz eines auf 5G New Radio basierenden großflächigen Broadcast-Übertragungsmodus untersucht.
Die Bewertung der Funktechnologien für die Fahrzeugkommunikation 5G-V2X und WLANp, hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit, Performance und Koexistenz, wurde vom Institut für Nachrichtentechnik der TU Braunschweig anhand von neu entwickelten Simulationsmodellen für 5G-Systeme vorgenommen. Darauf aufbauend werden in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik und dem Heinrich-Hertz-Institut Feldmessungen in den bestehenden Testfeldern "Testfeld Niedersachsen" und „Anwendungsplattform Intelligente Mobilität Braunschweig (AIM)" durchgeführt.
Für die Untersuchung verschiedener Ansätze für einen 5G New Radio Broadcast entwickelt das Institut für Nachrichtentechnik der TU Braunschweig einen für die Verbreitung mittels typischer Funktürme geeigneten Übertragungsmodus. Ein entsprechender 5G New Radio Broadcast-Testsender wurde auf dem Fernmeldeturm Broitzem aufgebaut und wird mittels eines ebenfalls am Institut für Nachrichtentechnik entwickelten Messempfängers bewertet.
Abschließend wird in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IIS die effiziente Verbreitung von Informationen aus den Anwendungsfällen des 5G-Reallabors mittels verschiedener Ansätze für einen 5G New Radio Broadcast untersucht.
Das Institut für Nachrichtentechnik der TU Braunschweig arbeitet mit dem Fraunhofer IIS zusammen. Beauftragt wurden zudem das Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik und das Heinrich-Hertz-Institut.
Präzisionsmessungen der Passiven Intermodulation für die 5G-Technologie
Durch die Nutzung neuer Frequenzbereiche und die erhöhte Empfängerempfindlichkeit bei 5G wird Passive Intermodulation (PIM) als Störgröße weiterhin an Relevanz gewinnen. Die Ortung und Vermeidung solcher Störquellen ist für eine zuverlässige Funktion des Mobilfunknetzes unerlässlich. Hierfür wird eine Rückführung der PIM-Messung auf das Internationale Einheitensystem (SI-Einheiten) entwickelt, die zum einen eine Reduzierung der Messunsicherheit und zum anderen eine Vergleichbarkeit der Messungen und Methoden möglich macht.
Das Ziel des Teilprojektes ist es, PIM-Quellen an den Basisstationen zu orten und zu minimieren und damit eine optimale Netzversorgung zu gewährleisten, welche die Kapazitäten der Anlagen vollständig ausschöpft. Des Weiteren wird an einer Richtlinie für PIM-Messungen gearbeitet, um die gewonnenen Erkenntnisse mit Forschung, Industrie und Öffentlichkeit zu teilen und so einen weiteren Beitrag zur besseren Vergleichbarkeit der Messungen zu leisten.
Die im Teilprojekt geplanten Feldmessungen werden in Zusammenarbeit mit Mobilfunknetzbetreibern im 5G-Reallabor umgesetzt. In der Planung des hochpräzisen Labormessplatzes steht die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), als Teilprojektleitung, in engem Kontakt mit Experten aus Wissenschaft und Industrie. Besonders die Mitglieder der PIM Interest-Group sind durch ihre Beratung eine große Unterstützung, die auch für Feedback zu den Entwürfen der Richtlinie für PIM-Messungen eingebunden sein werden.
Die ersten rückgeführten Messungen am Labormessplatz sind im Jahr 2021 geplant. Im Anschluss werden eine Auswertung und eine Analyse der Messunsicherheitsbilanz durchgeführt. Die Richtlinie zu PIM-Messungen wird zum Projektende fertiggestellt.
Die Physikalische-Technische Bundesanstalt (PTB) leitet und bearbeitet dieses Teilprojekt.
Neue 5G-basierte Hintergrund- und Plattformdienste für die Erschließung bestehender und neuer Geschäftsfelder für unterschiedliche Stakeholder
Neben einer 5G-Mobilfunknetz-Abdeckung braucht es für die Entwicklung und Implementierung der Anwendungsfälle des 5G-Reallabors und darüber hinaus eine spezifische Entwicklungs- und Produktivumgebung. Sie dient dem Projektkonsortium für Entwicklung, Test, Deployment, Probebetrieb und Evaluation von B2B-oder B2G-Services und lässt als offene Plattform zu, weitere Anwendungsfälle niederschwellig zu integrieren und umzusetzen.
Die 5G-Serviceschicht, bestehend aus einer spezifischen Architektur und deren Umsetzung im DLR-Backend sowie die Hintergrunddienste und definierten Schnittstellen stellt ein Herzstück des 5G-Reallabors zur Vernetzung von Feldelementen wie Fahrzeugen, Infrastrukturelementen, Datenplattformen und Diensten dar.
Dadurch sollen neue Services (bspw. latenzkritische Informationsbereitstellung für automatisierte Fahrfunktionen oder das Rettungswesen) effizient entwickelt, getestet und evaluiert werden, mit dem Ziel, niederschwellig Impulse und Erkenntnisse die Entwicklung neuer Geschäftsfelder zu gewinnen. Offenen Standards folgend, soll die Serviceschicht als Bestandteil eines Smart City-Konzeptes auch unterschiedliche Services miteinander verknüpfen und als Verwaltungssystem den gesamten Produktlebenszyklus begleiten lassen. Darüber hinaus stellt es Funktionalitäten wie Messaging Broker bereit und verbindet 5G-Nutzer mit Serviceanbietern (B2B oder B2G) und deren 5G-Infrastrukturbausteinen.
Mit dieser einheitlichen und zentralen Servicestruktur wird den projektbezogenen 5G-Anwendungsfällen in den Bereichen Mobilität, Gesundheitswesen, Bauwesen sowie Smart City-Anwendungen Zugang zum öffentlichen 5G-Netz geschaffen und umgekehrt unterschiedlichen Mobile Network Operators (MNO) ein zentraler und übergreifender Projektzugang ermöglicht.
Darüber hinaus gewährleistet die Architektur die Migration von Ergebnissen (Services, Methoden, Prozesse, Werkzeuge, Modelle u.a.) in bestehende Forschungs- und Entwicklungsinfrastrukturen wie das Testfeld Niedersachsen für automatisierte und vernetzte Mobilität.
Das DLR-Institut für Verkehrssystemtechnik leitet das Teilprojekt, das über eine hohe Integrationsfähigkeit verfügen muss. Die Querschnittseigenschaft des Teilprojektes bedingt, dass alle Verbundbeteiligten für die Umsetzung ihrer Anwendungsfälle die Anforderungen an die Spezifizierung der Serviceschicht definierten. Sie findet zudem direkt an der digitalen Infrastruktur der Netzwerkbetreiber statt, mit deren Roll-out-Planung die Entwicklung der 5G-Serviceschicht synchronisiert werden muss. Ab 2021 sollen Teile davon verfügbar sein, sodass das 5G-Reallabor operativ im öffentlichen 5G-Netz tätig werden kann.
Strukturierte Anreicherung, Aufbereitung und Bereitstellung von Geodaten sowie verkehrs- und mobilitätsrelevanten Informationen für Anwendungsfälle im 5G-Reallabor
Insbesondere Anwendungsfälle aus dem Bereich Mobilität bedürfen Dienste, die für Unterstützung automatisierter Fahrfunktionen bei höheren Automatisierungsgraden zusätzliche Informationen strukturiert aufbereiten und möglichst über standardisierte Schnittstellen den Verkehrsteilnehmern bereitstellen. Einer dieser Dienste findet sich im Konzept der Local Dynamic Map (LDM) wieder. Dafür werden Informationen unterschiedlicher zeitlicher und räumlicher Dimensionen in einem Datenmanagementsystem aufbereitet und verdichtet. In einem weiteren Schritt lassen sich Nachrichten mit relevanten, lokalen oder globalen Informationen befüllt generieren, die entsprechend mit Modems ausgestatteten Verkehrsteilnehmern über bspw. das 5G-Mobilfunknetz versendet werden können. Diese Nachrichten beinhalten neben statischen Informationen wie hochgenau eingemessene Karten, Informationen zur straßenseitigen Infrastruktur wie Geschwindigkeitsanzeigen oder Landmarken für die Unterstützung der Eigenlokalisierung von Verkehrsteilnehmern. Auf einem nächsten, dynamischeren Layer werden Informationen zu Verkehrslage, Straßenzustand oder dem Lichtsignalzustand aufbereitet und abgelegt. Auf einem hochdynamischen Layer sind bewegte Objekte wie bspw. Fußgänger, Radfahrer oder Fahrzeuge, die von der Sensorik des „Ego-Fahrzeuges“ aufgrund von Sichtverdeckung nicht erfasst werden können, hinterlegt.
Die konzeptuelle Erforschung eines Service-Level-Konzepts wird, neben den einzelnen Services, basierend auf den Forschungsergebnissen des Informationsbedarfs der einzelnen Anwendungsfälle umgesetzt. Dies ist wegbereitend für die Definition bzw. ein Angebot an lokal bestimmte Service-Level, wodurch verschiedene Ausführungen der Anwendung realisiert werden. Das Konzept ermöglicht es automatisierten, vernetzten Fahrzeugen, bei höherem Service-Level der Infrastruktur bzw. verfügbaren Informationen aus Hintergrundsystemen, über Markt-bekannte, standardisierte Schnittstellen zuzugreifen und mit geringen Voraussetzungen seitens des Fahrzeugs zu fahren. Dabei werden die Möglichkeiten der 5G-Technologie, beispielsweise im Kontext der Kommunikation zwischen Fahrzeug und Infrastruktur, erforscht und in einzelnen Anwendungsfällen exemplarisch umgesetzt. Darüber hinaus spielt die Optimierung der Dienste, wie beispielsweise die Erfüllung latenzkritischer Informationsbereitstellung aus den Anwendungsfällen eine wichtige Rolle. Für die gleichzeitige Informationsverteilung von der Infrastruktur zu mehreren Fahrzeugen sollen Broadcast-Technologien zur effektiven Nutzung der benötigten Kanalkapazität verwendet werden.
Die konkrete Umsetzung findet wie folgt statt: Daten aus den ausgewählten Anwendungsfällen, unter anderem statische Daten, wie eine digitale Karte der Straße, bis hin zu dynamischen Daten (z. B. Status von Lichtsignalanlagen), werden in ein Datenmanagementsystem über LDM angelegt und verwaltet. Diese Daten werden wiederum für die verschiedenen Dienste über standardisierte Schnittstellen bereitgestellt. Die bereitgestellten Dienste werden optimiert, um die Latenzanforderungen aus den Anwendungsfällen zu erfüllen. Der 5G-NR-Standard wird für Broadcast erweitert und dieses dann in einem Demonstrator für die lokale Datenverteilung verwendet. Implementiert wird dies mit Hilfe des Open-Air-Interfaces (OAI) und der Prototyping Hardware. Die LDM bildet sowohl für Teilprojekte des Forschungsvorhabens 5G-Reallabor als auch für projektexterne Nutzer eine wesentliche Informationsgrundlage für deren Funktionsentwicklungen bspw. im Bereich vernetztes und automatisiertes Fahren in urbanen Zonen.
Eine hochgenaue Karte wird als Basis durch Anforderungen des DLR-Institut für Verkehrssystemtechnik für die relevanten Streckenabschnitte in Braunschweig und Wolfsburg vermessen. Des Weiteren werden verschiedenste Datensätze für die Umsetzung der LDM von der Stadt Braunschweig und der Stadt Wolfsburg zur Verfügung gestellt.
Die statischen Layer der LDM, wie beispielsweise die digitale Karte der Straße, Gebäudedaten, etc., sollten bis Ende des Jahres 2020 über verschiedene Schnittstellen zur Verfügung stehen. Die dynamischen Layer wie Wetterdaten, Verkehrslage, etc., werden bis Mitte des Jahres 2021 implementiert. Ein Laboraufbau der Broadcast-Strecke für lokale Datenverteilung soll in der Mitte der Projektlaufzeit verfügbar sein. Ein Freifeld-Versuchsaufbau findet gegen Ende des Projektes statt.
Für die Realisierung von Service-Konzepten mit 5G-Technologie ist das erfolgreiche Zusammenspiel von Wissenschaft und Praxis ein Schlüsselfaktor
Das Teilprojekt „Geschäftsmodellbildung“ versteht sich als Initiator der Kollaboration in einem Innovationsökosystem aus unterschiedlichen Stakeholdern und bringt diese im 5G-Forum zusammen. In verschiedenen Kollaborationsformaten wird es Forschern ermöglicht, mit unterschiedlichen Stakeholdern aus der Praxis zu kollaborieren und Lösungen, Methoden oder auch Prozesse gemeinsam weiterzuentwickeln. Das 5G-Reallabor dient somit als Grundlage für das langfristige Ziel des Aufbaus neuer und der Stärkung bestehender Innovationsnetzwerke.
Der Schwerpunkt liegt dafür auf der Ausgestaltung Co-innovativer Prozesse, um Entwicklungsansätze technologieorientierter Services zu optimieren. 5G steht exemplarisch für eine Technologie, mit der komplexe Services beispielsweise im Bereich Mobilität und Gesundheit realisierbar sind. Verschiedene Akteure arbeiten dabei in definierten Modi der Co-Innovation zusammen, sodass ein komplexes Wertversprechen umgesetzt werden kann.
Sowohl dieses Teilprojekt als auch das TP6 5G-Forum widmen sich der Aufgabe, externe Stakeholder in das 5G-Reallabor zu integrieren. Ein spezifischer Fokus liegt auf interessierten KMU und Start-ups. Dabei ist beispielsweise geplant, das 5G-Reallabor auch als Hardware-Plattform bzw. Infrastruktur für Forschung- und Entwicklung langfristig zu instanziieren oder im Rahmen eines Mentoring-Programms Gründungen zu unterstützen. Weitere Synergiepotenziale sollen in Kollaboration mit Industrieunternehmen identifiziert und erhoben werden.
In Abstimmung mit dem 5G-Forum als Veranstaltungsplattform des 5G-Reallabors werden seit Frühjahr 2021 regelmäßige Workshop-Formate zu wechselnden Themenstellungen organisiert und über den Veranstaltungskalender kommuniziert. Für interessierte Unternehmen sowie die Öffentlichkeit bestehen also vielfältige Möglichkeiten der Teilnahme und Interaktion.