Netzplanung und -simulation für V2X-Anwendungen

Die Zukunft der Fahrzeugvernetzung ist hybrid

Mit der Integration von Drohnen, fliegenden Plattformen (HAPs) und Satelliten in Mobilfunknetze, entsteht ein hybrides Netz, in dem die Mobilfunkinfrastruktur am Boden fließend mit Netzkomponenten in der Luft und im Weltall zusammenarbeitet. Durch diese 3D-Konnektivität erhalten Fahrzeuge eine nahtlose und überall verfügbare Verbindung über 5G und zukünftig über 6G. Für Netzbetreiber und Fahrzeughersteller ergeben sich daraus ganz neue Möglichkeiten, Services rund um die Vernetzung von Fahrzeugen (Vehicle-to-Everything, V2X) aufzubauen. V2X verbindet Autos untereinander, aber auch mit Fußgängern, der Verkehrsinfrastruktur und dem Internet.

Das Verschmelzen terrestrischer Netze (TN) und nicht-terrestrischer Netze (NTN) beseitigt punktuell fehlende Mobilfunkabdeckung. Doch gleichzeitig explodiert die Komplexität. In hybriden TN/NTN-Netzen für die V2X-Kommunikation sind nicht nur die Fahrzeuge in Bewegung, sondern auch die Basisstationen auf Satelliten, Drohnen und HAPs. Das Resultat: mehr Dynamik, mehr Handover, mehr Interferenzen. Welche Netz-Perfomance erwartbar ist und ob ein geplantes Netz zuverlässig und leistungsfähig genug ist, um auch das Funktionieren sicherheitsrelevanter Automotive-Anwendungen zu garantieren, lässt sich vorab nur in einer realitätsgetreuen Simulation klären. Um Abläufe und Strukturen in hochdynamischen und komplexen 3D-Netzen nachzubilden, greifen wir auf unseren eigenen TN/NTN-System-Level-Simulator zurück.

Umfassende Analyse der Netzperformance

Wir bilden realistische Verkehrsszenarien, die Netzinfrastruktur und verschiedenste Netzbedingungen in Simulationen detailgetreu nach und beraten auf dieser Basis bei Planung, Design, Analyse und Optimierung von terrestrischen und nicht-terrestrischen Netzen für V2X-Anwendungen.

Wen bringen unsere 5G/6G-Satellitensimulationen weiter?

  • Anbieter von Satellitendiensten, die TN/NTN oder reine NTN-Use-Cases variantenreich durchspielen möchten und ein belastbares Entscheidungsfundament in Form eindeutiger Daten zu Durchsatz, Latenz und Handover-Performance benötigen.
  • Mobilfunkbetreiber, die das Zusammenspiel zwischen TN und NTN erproben wollen und auf der Suche nach dem besten Weg zu lückenloser Abdeckung sind – ganz ohne Trial-and-Error im Feld.
  • Automobilhersteller und -zulieferer, die sich eine frühzeitige Bewertung der Machbarkeit und Performance verschiedener V2X-Anwendungen in kombinierten TN/NTN-Szenarien wünschen.
  • Regulierungsbehörden, die das Zusammenwirken verschiedener Funkzugangstechnologien und auftretende Inferenzen detailliert analysieren müssen, um klare und zukunftsorientierte Vorschriften, Regeln und Richtlinien erarbeiten zu können.
  • KI-Entwickler, die großvolumige Datensätze und realitätsgetreue Kombinationen von Mobilitäts- und Funkdaten aus komplexen TN/NTN-Szenarien als Trainingsdaten benötigen, um präzise und vertrauenswürdige KI-Modelle auf die Straße zu bringen.

Netz- und Verkehrssimulation in einem

Mit unserem TN/NTN-System-Level-Simulator modellieren wir V2X-Szenarien detailgetreu. Die entwickelten Konfigurationsmöglichkeiten sind dabei so flexibel, dass wir ein virtuelles Abbild – den digitalen Zwilling – eines geplanten oder vorhandenen Netzes kreieren. Frequenzbänder und Bandbreite sind ebenso konfigurierbar wie die Standorte der terrestrischen Basisstationen oder die Flugbahnen der nicht-terrestrischen Netzkomponenten.

Diese Netzsimulation wird gepaart mit einer Verkehrssimulation. Wir simulieren damit unterschiedliches Verkehrsaufkommen, ferngesteuerte Fahrzeuge und verschiedene Fahrzeugtypen. Durch die gemeinsame Betrachtung von Netz- und Verkehrssimulation, lässt sich die Datenübertragung zwischen Fahrzeugen und Netzinfrastruktur fein abgestimmt testen. Dabei haben wir Konfigurationsmöglichkeiten geschaffen, mit denen wir die simulierte Datenübertragung anwendungsbezogen zuschneiden. So lassen sich zum Beispiel die Größe der Datenpakete im Up- und Downlink sowie die Quality-of-Service-Anforderungen der Anwendung flexibel anpassen.

Flexible Modellierung verschiedenster V2X-Szenarien

System-Level-Simulationen geben Aufschluss über die Leistungsfähigkeit von Kommunikationsnetzen in verschiedenen V2X-Szenarien. Je nach betrachtetem Szenario variieren die Anforderungen an die Simulationsmöglichkeiten.

Städtisches
Fahrszenario

Im städtischen Umfeld stehen komplexe Verkehrsbedingungen wie Kreisverkehre, Kreuzungen, Ampeln und Fußgängerverkehr im Vordergrund, die in Simulation nachgebildet werden können.

Hier ist die Herausforderung, eine große Zahl von Fahrzeugen pro Funkzelle und unterschiedliche Fahrzeugtypen einzubeziehen – von Bussen über Taxis bis hin zu LKWs.

Auch Abschattungen durch hohe Gebäude sind zu berücksichtigen. Unsere Simulationsumgebung ermöglicht es deshalb, verschiedene Platzierungen von Basisstationen auszuprobieren sowie Interferenzen und Handover zwischen terrestrischem und nicht-terrestrischem Netz zu untersuchen.

Fahrszenario im
ländlichen Raum

Bei Fahrten auf Landstraßen ist die Simulation von Fahrzeugabständen bei Beschleunigungs- und Bremsvorgängen entscheidend.

Noch mehr als im städtischen Umfeld kommt es in ländlichen Gegenden ohne ausreichend terrestrische Mobilfunkabdeckung auf eine zuverlässige Konfiguration der NTN-Infrastruktur, einschließlich Satelliten, Drohnen und HAPs an.

Mit unserer Simulationsumgebung können wir diese Elemente flexibel parametrisieren und die Auswirkungen auf Latenz, Durchsatz und Netzverfügbarkeit bei der direkten Datenübertragung zwischen Fahrzeugen und Netzkomponenten evaluieren.

Autobahn-
Szenario

Bei Fahrten auf Autobahnen sind hohe Geschwindigkeiten und plötzliche Bremsvorgänge eine Herausforderung. Hier müssen konventionelle und ferngesteuerte Fahrzeuge bei variierendem Tempo sicher und effizient interagieren.

In unseren Simulationen lassen sich solche Situationen abbilden und Fahrzeugabstände kontrollieren. Auch die Auswirkungen von unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf die Datenübertragung können wir realistisch abbilden.

Gerade bei Fahrten außerhalb terrestrischer Mobilfunkabdeckung ist die Betrachtung von Handover-Vorgängen zwischen verschiedenen Satelliten in LEO-Konstellationen relevant.

Klare Ergebnisse: Auswertungs- und Visualisierungsoptionen

Heatmaps • 2D/3D-Visualisierung • Durchsatz • Handover-Performance

Heatmaps

Heatmaps visualisieren die Netzperformance im Hinblick auf Signalstärke und Latenz in einer bestimmten Region. Damit lassen sich Schwachstellen in der Mobilfunkabdeckung oder Verzögerungen in der Datenübertragung identifizieren.

2D/3D-Visualisierung

Die Visualisierung der simulierten Szenarien in 2D- und 3D-Videoanimationen veranschaulicht die komplexen Abläufen in hybriden Netzen und bildet das Zusammenspiel zwischen terrestrischer und nicht-terrestrischer Infrastruktur ab.

Durchsatz

Die Analyse und Visualisierung der erreichbaren Datenraten im Up- und Downlink geben Aufschluss darüber, welche Anwendungsanforderungen in einem bestimmten Szenario erfüllt werden können.

Handover-Performance

Die Analyse der Signalqualität (SINR, Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio) im zeitlichen Verlauf und unter Betrachtung der jeweils durchgeführten Handover zu anderen Basisstationen oder Satelliten helfen dabei, die Effizienz simulierter Handover-Verfahren zu beurteilen.

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