Kategorie: Connected

12.10.2011
Vernetzung der Zukunft: Möglichkeiten durch LTE. Highspeedinternet aus der Luft.
 

Schon heute lassen sich Musik oder Videos aus dem Internet auf ein CE-Gerät streamen, die Daten kommen dabei über die Luftschnittstelle aus Mobilfunknetzen auf das jeweilige Gerät. Doch die Bandbreite des heutigen Standards UMTS (3G) ist begrenzt, die Qualität der gestreamten Medien oft nicht optimal. Zudem ist eine ausreichende Netzabdeckung nicht überall gegeben, und so kann es passieren, dass die sowieso schon niedrig aufgelösten Videos ruckeln oder die Musik teilweise aussetzt.

Dank LTE (Long-Term Evolution) gehört dies schon bald der Vergangenheit an. LTE, auch 4G genannt, gehört zu den Mobilfunkstandards der vierten Generation und markiert damit den nächsten großen Technologiestandard nach GSM (2G) und UMTS/HSPA (3G).

Hohe Datenraten, geringe Latenzen.

Die Besonderheit von LTE liegt in der äußerst hohen Bandbreite bei gleichzeitig sehr geringen Latenzen. Während mit UMTS/HSPA derzeit eine theoretische Datenrate von bis zu 14 Mbit/s im Downlink erreicht werden kann, ist die von LTE etwa zehnmal so hoch. Mit bis zu 150 Mbit/s und Latenzen von einigen zehn Millisekunden ermöglicht LTE ein Mobiles-Internet-Erlebnis, das man sonst nur vom heimischen Computer mit Standleitung kennt – und übertrifft es teilweise sogar. Auch für den Uplink sind Datenraten in der Größenordnung von 50 Mbit/s im Standard vorgesehen. Die Steigerung der Datenraten wird bei LTE durch den Einsatz moderner Modulations- und Codierverfahren unter Verwendung von Mehrantennentechnologie ermöglicht.

Geringe Latenzen sind ein wichtiger Faktor für ein positives und verzögerungsfreies Bedienerlebnis. Sie geben beispielsweise an, wie schnell die Reaktion auf die Eingabe erfolgt. Da die Latenzen bei LTE äußerst gering sind, ist es ein wichtiger Enabler für neue Funktionen im Automobil, die über die Bereitstellung von Rechenleistung im Backend abgewickelt werden, also auf Servern und nicht im Auto berechnet werden. Denn neben der größeren Rechenleistung im Backend ermöglicht LTE auch geringe Verzögerungszeiten dank hoher Übertragungsgeschwindigkeiten. Damit rückt auch datenintensives Cloudcomputing in erreichbare Nähe. Somit können rechenintensive Abläufe auf leistungsfähige Server im Backend ausgelagert werden, die Rechenleistung muss nicht mehr im Fahrzeug vorhanden sein, was Bauraum schaffen und Gewicht und Energiebedarf des Fahrzeugs senken kann.

Außerdem ermöglicht LTE eine deutlich bessere Flächenabdeckung als die bisherigen Mobilfunknetze. LTE ist über eine deutlich größere Fläche nutzbar, da es neben dem hochfrequenten Bereich um 2,6 GHz auch niedrige Frequenzen im Bereich von 800 MHz zur Übertragung der Daten nutzt. Diese verbreiten sich aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften in der Fläche deutlich besser, wodurch die hohe Bandbreite auch bei hohen Geschwindigkeiten zur Verfügung steht. Dadurch bietet LTE gerade auch auf der Autobahn oder der Landstraße schnelles Internet.

Weiterhin hat LTE die Möglichkeit, Datenpakete zu priorisieren. Durch die neue Ausrichtung des Backends können beispielsweise Dienste, die nicht unterbrochen werden dürfen, entsprechend hoch priorisiert werden, wodurch eine unterbrechungsfreie Übertragung wahrscheinlicher wird. Insbesondere sicherheitsrelevante Funktionen können hiervon zukünftig profitieren.

Effizienter Umgang mit der Luft.

Ein Grund für die hohe Datenrate von LTE liegt in der hohen spektralen Effizienz. Sie gibt an, wie viele Bits pro Sekunde über ein Hertz an Bandbreite übertragen werden können. Lag die spektrale Effizienz von GSM noch bei 0,2, bietet LTE hier derzeit einen Maximalwert von 16 und ermöglicht damit eine 80-mal höhere Bandbreite.

„LTE geht mit der Luft, dem Medium der Datenübertragung, wesentlich effizienter um. Mit dieser Technologie nutzen wir sie deutlich besser für die Datenübertragung als bisher.“ (Dr. Michael Schraut, Leiter der Gruppe Information und Kommunikation bei der BMW Group Forschung und Technik)

Zudem kommen bei LTE erstmals Mehrantennensysteme zum Einsatz. Hier senden und empfangen je zwei räumlich getrennte Antennen auf derselben Frequenz, deren Signale durch die räumliche Trennung differenziert werden können. Dieses sogenannte MIMO-Prinzip (Multiple-Input Multiple-Output) gewährleistet die für die hohe Datenrate erforderliche Empfangssensibilität. Im Forschungsprototyp der BMW Group Forschung und Technik sind die LTE-Antennen in der BMW typischen Finne untergebracht.

LTE im Fahrzeug.

Für eine automobile Nutzung von LTE besteht die Herausforderung vor allem darin, die Vorteile der schnelleren Übertragungsverfahren mit ausreichender Bandbreite und spektraler Effizienz auch während der Fahrt erlebbar zu machen. Denn nicht immer steht die maximale Datenrate zur Verfügung. Je nach Position im Verhältnis zur stationären Sendeeinheit und Faktoren wie direktem Sichtkontakt kann die Datenrate stark variieren. Die On-Board-Empfangssysteme müssen während der Fahrt auftretende Pegelschwankungen und ebenso auftretende Dopplerverschiebungen kompensieren können.

Daher arbeiten die Spezialisten der BMW Group Forschung und Technik derzeit intensiv an der Erprobung, einhergehend mit umfangreichen Livetests zur Evaluierung von LTE im Fahrzeug. Die Livetests werden im Stadtbereich München und in ländlicher Umgebung durchgeführt. Untersucht werden Parameter wie Übertragungseigenschaften, Latenzzeiten und auch Übertragungsgeschwindigkeiten in realen Szenarien. Erste vielversprechende Ergebnisse zeigen Downloadspitzenwerte von bis zu 70 Mbit/s sowie durchschnittliche Datenraten von 23 Mbit/s innerhalb der Stadt. Insgesamt wurde eine deutlich bessere Abdeckung in der Fläche als bisher gemessen, und das bei gleichzeitig höherer Datenrate.

„LTE bringt das BMW ConnectedDrive Erlebnis auch in Zukunft perfekt ins Fahrzeug. Außerdem ermöglicht es uns neue innovative Funktionen.“ (Michael Schraut)

Auch die bereits heute im Rahmen von BMW ConnectedDrive angebotenen mobilen Dienstleistungen können klar von LTE profitieren. Sie werden schneller, leistungsfähiger und noch flächendeckender. Serverbasierte Dienste, wie das Streaming von Videos oder Musik im Fahrzeug, gewinnen durch die hohe Bandbreite und die niedrigen Latenzen von LTE an Attraktivität. Darüber hinaus untersucht die BMW Group Forschung und Technik weitere Usecases. So könnte beispielsweise die Verkehrsschildererkennung zukünftig über eine Software auf Servern im Backend abgewickelt werden. So kann die Frontkamera im Fahrzeug die Schilder erfassen und über LTE an das Backend streamen. Dort werden auch bislang unbekannte Schilder von einem Algorithmus erkannt und die Informationen zurückgesendet. So bleibt dieses Fahrerassistenzsystem in Zukunft auch über den Fahrzeuglebenszyklus einfach aktuell bzw. kann neue Schildertypen „erlernen“.

Wann kommt LTE?

LTE kommt nicht, LTE ist bereits da. Schon heute ist LTE in 20 Ländern mit 29 kommerziellen Netzen verfügbar. In den USA gibt es bereits erste LTE-Smartphones zu kaufen, und schon für 2013 haben einzelne Betreiber dort und in Deutschland angekündigt, dass LTE in einem Maß verfügbar sein wird, wie es heute UMTS ist. Darüber hinaus bietet die größere Flächenabdeckung auch auf der Autobahn oder der Landstraße hohe Bandbreiten. Sind diese Ziele hinsichtlich Verfügbarkeit und Abdeckung erreicht, wird die BMW Group bestens gerüstet sein, um die BMW ConnectedDrive Angebote im Fahrzeug auf ein neues Niveau zu heben.

Quelle: BMW Presse Mappe zu den BMW Innovationstagen ConnectedDrive 2011 vom 05.10.2011

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