Lokalisieren in 5G

Die Standardisierung von 5G ist ein fortlaufender Prozess, in dem klar definierte Weiterentwicklungen beschlossen und in sogenannten Releases veröffentlicht werden. In der 3GPP-Standardisierung – 3GPP steht für 3rd Generation Partnership Project und ist eine weltweite Kooperation von Standardisierungsgremien für Mobilfunk – wurde mit dem Release 15 im Juni 2018 die erste Generation von 5G New Radio (NR) festgesetzt.

Wie bei LTE wird es auch bei 5G mehrere Entwicklungsstufen im Rahmen von weiteren Releases geben. Mit dem kommenden Release 16 wird erstmals eine horizontale Positioniergenauigkeit von weniger als 3 Metern in Innenräumen angestrebt. Weitere Verbesserungen in der Genauigkeit erwarten wir mit den Releases 17 und 18 (siehe Kasten). Die 5G-Lokalisierungsarchitektur wird dabei eine Vielzahl von Sensoren integrieren können. So sind hybride Systeme möglich, die speziell auf die Anforderungen einer bestimmten Anwendung zugeschnitten und optimiert sind.

Bei laufzeitbasierten Methoden wie OTDOA und UTDOA ist eine Lokalisierung mit Submetergenauigkeit innerhalb von 5G-Netzen möglich. Dies beruht auf der hohen Bandbreite in 5G von bis zu 100 MHz für Frequenzbereich FR1 (< 6 GHz) und der damit erhöhten Zeitauflösung. Bei einer Bandbreite von 400 MHz im Frequenzbereich FR2 (> 6 GHz) wird die Positionierungsleistung bis in den Dezimeterbereich gehen können.

Um diese Neuerungen zu testen, betreiben wir am Fraunhofer IIS in Nürnberg ein 5G-Testbed, das sich auf industrielle Anwendungen fokussiert. Hier werden wir u. a. ein UTDOA-System für präzise Lokalisierungsanwendungen in einer Industriehalle installieren. Die SDR (Software Defined Radio) genannte Plattform erlaubt es, flexibel die Leistungsfähigkeit der 5G-Lokalisierung schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt kennenzulernen und in konkreten Anwendungen der Industrie zu testen. Diese anspruchsvolle Aufgabe, die tatsächlichen Fähigkeiten von 5G zu evaluieren, hängt von verschiedensten Implementierungsdetails sowie der Hardware- und Softwareunterstützung der Mobilfunkgeräte nach 2020 ab. Auch bei der Implementierung unterstützen wir unsere Kunden mit Beratung und Know-how.

Dank dieser fortschreitenden Standardisierungsarbeiten kann die Lokalisierung mittels 5G in den nächsten Jahren zur Effizienzsteigerung in industriellen und logistischen Prozessen beitragen.

Eine neue Anwendung, die durch diese weitaus präzisere Lokalisierung profitieren wird, ist z. B. der Einsatz von Drohnen für den Transport von Produktionsteilen in Industrieumgebungen. Fahrerlose Transportsysteme in der Fertigung, die sich selbstständig im Prozess orientieren, sind dagegen längst nicht mehr Science-Fiction, sondern in vielen Unternehmen bereits im Einsatz. Präzise Lokalisierung in 5G ist aber auch ein Thema für die Vielzahl an AV/VR-Anwendungen, die in der Fertigung und bei Remote-Anwendungen vermehrt eingesetzt werden.

Mit dem vom Freistaat Bayern geförderten 5G-Testbed für Industrie-4.0-Anwendungen bieten wir am Fraunhofer IIS parallel zu unseren Forschungstätigkeiten im Bereich 5G den Raum und das Know-how, um 5G in industriellen und logistischen Prozessen unter realen Bedingungen zu erproben. Zusätzlich zu diesen realen Implementierungen können Emulationen und Simu- lationen von 5G-Anwendungsfällen im zugehörigen 5G-Testzentrum durchgeführt werden.

Dies hilft, die Lücke zwischen der Fertigstellung eines neuen Releases und der Verfügbarkeit standardkonformer Hardware zu schließen.