Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS

© Fraunhofer IIS / KI generiert

Radio Sensing und Semantic Sensing

Für Umgebungsklassifizierung, Prozessautomatisierung und Anomalie-Detektion

Kommunikationsnetze der nächsten Generation ermöglichen weit mehr als nur Datenübertragung und Positionierung. Die gleichen Funksignale, die heute für Vernetzung und Ortung genutzt werden, können darüber hinaus als Sensor dienen: Sie erfassen den Zustand von Anlagen, erkennen Bewegungen und Anomalien in Produktionsprozessen und unterstützen Safety- und Security-Funktionen – ohne zusätzliche Sensorhardware.

Am Fraunhofer IIS erforschen und entwickeln wir hierfür Lösungen zum Radio Sensing und Semantic Sensing als zentrale Bausteine für die digitale Transformation von Industrie, Logistik und sicherheitskritischen Anwendungen.

Was ist Radio Sensing und Semantic Sensing?

Radio Sensing: Funksignale als Sensorik

Funktechnologien wie 6G, 5G, UWB,WLAN oder BLE bilden bereits heute die digitalen Nervenbahnen von Unternehmen. Diese Netze erzeugen kontinuierlich Funksignale, deren Ausbreitung durch Objekte, Personen und Bewegungen in der Umgebung beeinflusst wird.

Durch die systematische Auswertung verschiedener Kanalparameter lassen sich daraus Informationen über die Umgebung ableiten, zum Beispiel:

  • Anwesenheit von Personen und Objekten
  • Bewegung in bestimmten Zonen

So entsteht eine unsichtbare, flächendeckende Sensorschicht, die auf vorhandener Funkinfrastruktur aufsetzt, ohne zusätzliche Hardware installieren zu müssen.

Semantic Sensing: Vom Signal zur Bedeutung

Während Radio Sensing physikalische Veränderungen im Funkfeld erfasst, geht Semantic Sensing einen Schritt weiter: Es verbindet Funksignal- und Umgebungsdaten mit KI‑Methoden und Machine Learning, um semantische Informationen abzuleiten. Semantic Sensing ermöglicht damit eine kontextbewusste Interpretation der Funkdaten und unterstützt:

  • Umgebungsklassifizierung (z. B. Materialerkennung)
  • Prozessautomatisierung (z. B. Erkennung von Störungen im Ablauf)
  • Anomalie-Detektion (z. B. frühzeitiges Erkennen von Drohnen)

Vorteile von Radio und Semantic Sensing: Unsichtbare Sensorschicht statt zusätzlicher Hardware

Der Einsatz von Kommunikationsnetzen als Sensor bietet mehrere zentrale Vorteile:

Keine zusätzliche Sensorhardware

Die Nutzung der vorhandenen Funkinfrastruktur führt zu geringeren Investitions- und Wartungskosten.

Flächendeckung statt Punktlösung

Funkfeldanalysen erfassen komplette Volumina und Bereiche, nicht nur einzelne Messpunkte.

Robust gegenüber Sichtbehinderungen

Funksignale können auch dann detektieren, wenn klassische Sensoren (z. B. Kameras) durch Hindernisse eingeschränkt sind.

Unser Leistungsangebot

Am Fraunhofer IIS decken wir den gesamten Weg von der Idee bis zur industriellen Umsetzung ab.Gemeinsam mit Industriepartnern bringen wir Lösungen im L.I.N.K-Test- und Anwendungszentrum des Fraunhofer IIS gezielt vom Proof of Concept bis hin zum Pilotbetrieb und stellen sicher, dass Radio und Semantic Sensing robust, skalierbar und für den Einsatz in realen Produktions- und Sicherheitsumgebungen geeignet sind. Unsere Leistungen umfassen:

Beratung und Entwicklung

  • Analyse von Anwendungsszenarien (Produktion, Logistik, Safety & Security) und Definition geeigneter Radio-Sensing-Ansätze.
  • Entwicklung maßgeschneiderter Algorithmen zur Auswertung der Funksignale und zur semantischen Interpretation der Signale.

Know-how für Anwender und Integratoren

  • Know-how für Anwenderunternehmen, die ihre Produktions- oder Sicherheitsprozesse ohne zusätzliche Sensorik digitalisieren möchten.
  • Unterstützung für Integratoren und Systemanbieter, die Semantic Sensing in ihre Lösungen (z. B. Lokalisierungs- oder Automatisierungssysteme) einbinden wollen.
  • Beratung von Netzanbietern bei der Auswahl geeigneter Funktechnologien und Topologien, dem Design von Semantic-Sensing-Architekturen und der Datenfusion mit bestehenden Lokalisierungs- und Prozessdaten.

Umsetzung

 
  • Prototyping und Demonstratoren: Aufbau von Funktionsmustern und Demonstratoren in den eigenen Testumgebungen des Fraunhofer IIS und realen Einsatzumgebungen unserer Kunden und Pratner.
  • Integration in bestehende Netze: Nutzung vorhandener 5G-, Wi‑Fi-, UWB- oder BLE-Infrastruktur und Einbindung in bestehende IT- und OT-Systeme.
  • Evaluation, Validierung und Skalierung: Feldtests, Leistungsbewertung, Robustheitsanalysen und Vorbereitung der Skalierung in den produktiven Betrieb.
 

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Anwendungen

Produktion: Transparente Prozesse in KMU und Industrie 4.0

In vielen manuellen und teilmanuellen Fertigungsprozessen, insbesondere in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU), ist die Transparenz der Abläufe begrenzt.

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Typische Herausforderungen:

  • Stillstände werden erst spät erkannt
  • Materialmangel fällt erst im Nachhinein auf
  • Prozessabweichungen führen zu Ausschuss oder Verzögerungen
  • klassische Sensorik (Kameras, Tags, Lichtschranken) ist teuer, wartungsintensiv oder datenschutzkritisch

Mit Radio Sensing und Semantic Sensing können Fertigungsprozesse kontinuierlich und nicht-invasiv analysiert werden, zum Beispiel:

  • Erkennung von Stillständen und Blockaden an Stationen
  • Identifikation von abweichenden Bearbeitungszeiten oder Taktstörungen
  • Überwachung von Materialfluss und Belegungszuständen

So entstehen neue Möglichkeiten für:

  • Prozessoptimierung
  • Früherkennung von Problemen (Predictive Process Monitoring)
  • Schlanke Nachrüstlösungen zur Digitalisierung bestehender Einrichtungen ohne großen Umbau

Safety & Security: Funkbasierte Überwachung sensibler Bereiche

Neben prozessualen Kennzahlen lassen sich mit Radio Sensing und Semantic Sensing auch sicherheitsrelevante Ereignisse erkennen.

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Beispiele sind:

  • Betreten gesicherter Bereiche: Wenn eine Person einen definierten Sicherheitsbereich betritt, verändern sich die Signale mehrerer Funklinks charakteristisch. Diese Muster können automatisch ausgewertet und als Bereichsverletzung erkannt werden.
  • Überwachung von Lufträumen: Verletzen fliegende Objekte (z. B. Drohnen) den Luftraum über einem schützenswerten Areal, lässt sich dies ebenfalls durch die Veränderung im Funkfeld erkennen.

Sensing überwachen hirtnri komplette Volumina und lassen sich in bestehende Kommunikationsinfrastrukturen integrieren. Sensing bietet hier gegenüber klassischen Systemen Vorteile:

  • Kameras sind bei Personen aus Datenschutzgründen nicht zulässig oder nur eingeschränkt einsetzbar.
  • Lichtschranken und Lichtvorhänge überwachen meist nur einzelne Linien.
  • Radarsysteme sind komplexe Systeme die idealerweise eine freie Sichtlinien benötigen.

L.I.N.K.-Test- und Anwendungszentrum für Radio und Semantic Sensing

Im Test- und Anwendungszentrum des Fraunhofer IIS in Nürnberg werden realitätsnah Sensing-Lösungen entwickelt, integriert und validieren. Das Zentrum kombiniert flexible Innen- und Außenbereiche mit einer Multitechnologie-Infrastruktur, darunter WLAN, 5G, BLE, UWB sowie Kamerasysteme. Auf dieser Basis untersuchen wir systematisch, wie sich verschiedene Funktechnologien und Sensorsysteme für Radio Sensing und Semantic Sensing nutzen lassen.

Im LINK-Zentrum führen wir kontrollierte Experimente und Langzeittests unter realitätsnahen Bedingungen durch: mit variablen Layouts, bewegten Personen und Objekten, wechselnden Prozesszuständen und Störeinflüssen durch andere Funksysteme. Durch die Kombination von Funkdaten mit optionaler kamerabasierter Ground Truth können wir KI-Modelle und Signalverarbeitungsalgorithmen quantitativ bewerten und gezielt optimieren.

Technologien und Projekte

Mit unseren Technologien und in unseren Projekten im Bereich Radio und Semantic Sensing zeigen wir, wie sich bestehende Funknetze in leistungsfähige Sensor- und Lokalisierungsplattformen für Industrie, Logistik sowie Safety & Security verwandeln lassen.

Rekonfigurierbare intelligente Oberflächen (RIS)

Mit rekonfigurierbaren intelligenten Oberflächen (RIS) untersuchen wir, wie sich Funkwellen gezielt formen lassen, um Konnektivität zu revolutionieren und zugleich die Leistungsfähigkeit von Sensing und 6G-Lokalisierungssystemen deutlich zu steigern.

DeltaPro

Im Projekt DeltaPro erforschen und demonstrieren wir, wie Funknetze für präzise Positionierung und Radio Sensing in realen Produktionsumgebungen eingesetzt werden können, um Prozesse transparenter, effizienter und sicherer zu gestalten.

XGDensify

Im Projekt XGDensify entwickeln wir eine durchgängige Pipeline zur Umgebungswahrnehmung: von 3D-Modellen über Materialerkennung bis hin zu Raytracing-Simulationen, um realistische Modelle für 5G- und zukünftige 6G-Netze zu erstellen.

Robotische Systeme

Robotische Systeme nutzen Sensorik und Kommunikation, um ihre Umgebung und Interaktion zu erfassen, Daten auszuwerten und daraus Handlungen abzuleiten – als Anwendungsbezug für Sensing-Ansätze in realen Umgebungen.

 

Publikationen

Unsere Forschungsarbeiten zur Radio Sensing und Semantic Sensing erscheinen in internationalen Journals, Konferenzbeiträgen und wissenschaftlichen Sammelbänden. Die folgende Auswahl gibt einen Überblick über zentrale Veröffentlichungen der letzten Jahre.

2025

R. Poeggel et al., (2025) "Passive Channel Charting: Locating Passive Targets using a UWB Mesh," 2025 International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), Tampere, Finland,

J. Schubert et al., (2025) "AI-Augmented Digital Twin Framework for Scalable 5G/6G Network Densification," 2025 International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), Tampere, Finland

M. E. Arslan et al., (2025) "Design Considerations and Propagation Properties Using an SDN-Controlled RIS for Wireless Backhauling," inDesign Considerations and Propagation Properties Using an SDN-Controlled RIS for Wireless Backhauling IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 73, no. 4, pp. 2451-2461