6G und Autonome Fahrzeuge: Der Weg zum vollständig selbstfahrenden Verkehr

Warum 5G nicht ausreicht

Aktuelle 5G-Netze bieten erhebliche Verbesserungen gegenüber 4G, reichen aber in mehreren Bereichen für vollständig autonome Fahrzeuge nicht aus. Die Ende-zu-Ende-Latenz von 5G beträgt typischerweise 1 bis 10 Millisekunden. Obwohl dies schnell klingt, ist es für sicherheitskritische Entscheidungen, die in Bruchteilen von Millisekunden getroffen werden müssen, unzureichend.

Zudem unterstützt 5G maximal etwa eine Million Geräte pro Quadratkilometer. In einem stark frequentierten Stadtgebiet mit Tausenden von Fahrzeugen, Ampeln, Sensoren und Fußgängern wird diese Kapazität schnell zum Engpass. Die Bandbreite von 5G — obwohl erheblich — reicht nicht für die enormen Mengen an Sensordaten, die autonome Fahrzeuge teilen müssen: Lidar-Punktwolken, Kamerabilder, Radardaten und Karteninformationen.

Schließlich fehlt 5G eine entscheidende Funktion, die 6G bietet: integrierte Sensorik. Bei 5G sind Kommunikation und Wahrnehmung zwei getrennte Systeme. 6G kombiniert diese Funktionen, wodurch das Netzwerk selbst als gigantisches Sensorsystem fungiert.

V2X-Kommunikation: Fahrzeug mit allem verbunden

Vehicle-to-Everything (V2X)-Kommunikation ist der Sammelbegriff für alle drahtlosen Verbindungen, die ein Fahrzeug mit seiner Umgebung unterhält. Dies umfasst Vehicle-to-Vehicle (V2V), Vehicle-to-Infrastructure (V2I), Vehicle-to-Pedestrian (V2P) und Vehicle-to-Network (V2N). Mit 6G erreicht V2X-Kommunikation ein Niveau an Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit, das vollständige Autonomie unterstützt.

Über V2V-Kommunikation teilen Fahrzeuge Echtzeit-Informationen über Position, Geschwindigkeit, Richtung und Absicht. Ein Auto, das plötzlich bremst, teilt diese Information instantan mit allen Fahrzeugen in der Umgebung — schneller als das Bremslicht sichtbar wird. Über V2I-Kommunikation erhalten Fahrzeuge Informationen von Ampeln, Fahrbahninformationssystemen und Parkeinrichtungen. V2P-Kommunikation ermöglicht die Erkennung vulnerabler Verkehrsteilnehmer wie Fußgänger und Radfahrer, selbst wenn diese hinter Hindernissen nicht sichtbar sind.

Die Geschwindigkeit von 6G-Netzen ermöglicht es, diese Kommunikation mit minimaler Verzögerung ablaufen zu lassen. Ein Fahrzeug, das mit 130 Kilometern pro Stunde auf der Autobahn fährt, kann über 6G zehn- bis hundertmal pro Sekunde (gemäß V2X-Nachrichtenprofilen) mit umgebenden Fahrzeugen und Infrastruktur kommunizieren, wodurch ein geteiltes Echtzeit-Bild der Verkehrssituation entsteht.

ISAC: integrierte Sensorik und Kommunikation

Integrated Sensing and Communication (ISAC) ist eine der innovativsten Technologien in 6G-Netzen. Bei ISAC werden dieselben Funkwellen, die für Datenkommunikation verwendet werden, gleichzeitig als Radarsignale eingesetzt. Das 6G-Netz wird dadurch nicht nur Kommunikationsmittel, sondern auch ein riesiges verteiltes Sensorsystem, das die Umgebung erfasst.

Für autonome Fahrzeuge bietet ISAC eine zusätzliche Schicht der Umgebungswahrnehmung über die eigenen Sensoren des Fahrzeugs hinaus. Während Lidar und Kamera eines Autos auf das direkte Sichtfeld beschränkt sind, kann das 6G-Netz Informationen über Objekte hinter Gebäuden, um Ecken und weit jenseits des Horizonts des Fahrzeugs liefern. Ein Kind, das hinter einem geparkten Lkw auf die Straße läuft, kann vom Netzwerk erkannt werden, bevor das Fahrzeug es selbst wahrnehmen kann.

ISAC funktioniert bei allen Wetterbedingungen — ein wichtiger Vorteil gegenüber Kamerasystemen, die durch Regen, Nebel oder Schnee beeinträchtigt werden. Im deutschen Klima, wo schlechte Sichtbedingungen häufig vorkommen, ist dies ein entscheidender Sicherheitsvorteil für autonome Fahrzeuge.

Latenzanforderungen auf den Millimeter genau

Die Beziehung zwischen Latenz und Sicherheit bei autonomen Fahrzeugen ist direkt und messbar. Bei einer Geschwindigkeit von 130 Kilometern pro Stunde legt ein Auto 36,1 Meter pro Sekunde zurück. In einer Millisekunde — der typischen Latenz von 5G — sind das 3,6 Zentimeter. Bei der 6G-Latenz von 0,1 Millisekunden sind es nur 3,6 Millimeter. Dieser Unterschied ist buchstäblich der Unterschied zwischen einer Kollision und einem sicheren Halt.

Für kooperative Fahrmanöver, bei denen mehrere Fahrzeuge gleichzeitig die Spur wechseln oder zusammenführen, ist eine Latenz von unter 0,1 Millisekunden notwendig, um alle Fahrzeuge synchron bewegen zu lassen. Bei höherer Latenz entstehen Desynchronisationen, die zu gefährlichen Situationen führen.

Die Zuverlässigkeitsanforderungen sind ebenfalls extrem. Für sicherheitskritische V2X-Kommunikation werden Zuverlässigkeitswerte von 99,99999 % angestrebt — dies ist ein Packet-Success-Probability-Ziel für einzelne Nachrichten, nicht zu verwechseln mit Netzwerk-Uptime. End-to-End-Sicherheit erfordert zudem Redundanz auf Fahrzeug- und Systemebene. 6G-Netze werden so konzipiert, dass sie diese Zuverlässigkeit durch redundante Verbindungen, vorausschauende Netzwerkoptimierung und selbstreparierende Netzwerkarchitektur unterstützen.

SAE-Autonomiestufen und 6G

Die Society of Automotive Engineers (SAE) definiert sechs Stufen der Fahrautomatisierung, von Stufe 0 (keine Automatisierung) bis Stufe 5 (vollständige Automatisierung). Jede Stufe stellt höhere Anforderungen sowohl an die Fahrzeugtechnologie als auch an die unterstützende Kommunikationsinfrastruktur.

Bei SAE-Stufe 3 — bedingte Automatisierung, bei der der Fahrer eingreifen können muss — reicht 5G weitgehend aus. Stufe 4 — hohe Automatisierung in definierten Bereichen — erfordert bereits verbessertes 5G oder frühe 6G-Funktionalität. Erst bei Stufe 5 — vollständige Automatisierung unter allen Bedingungen auf allen Straßen — ist die volle Kapazität von 6G notwendig.

Der Unterschied zwischen Stufe 4 und Stufe 5 ist fundamental: Bei Stufe 5 muss das Fahrzeug in jeder denkbaren Situation sicher funktionieren, einschließlich extremer Wetterbedingungen, unbekannter Straßen und unvorhersehbarem Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer. Die Kombination aus ISAC-Sensorik, ultraniedrige Latenz und KI-gesteuerter Netzwerkoptimierung, die 6G bietet, ist essenziell, um diese höchste Stufe zu erreichen.

Platooning: virtuelle Lkw-Konvois

Platooning — das Fahren in eng aufeinanderfolgenden Konvois von Lkw — ist eine der ersten kommerziellen Anwendungen autonomer 6G-Fahrzeuge auf der Autobahn. Beim Platooning fahren Lkw auf sehr kurzem Abstand hintereinander, geführt von einem Leit-Lkw. Die Kommunikation über 6G sorgt dafür, dass alle Fahrzeuge im Konvoi synchron bremsen, beschleunigen und lenken.

Die Vorteile sind erheblich: Durch den kurzen Folgeabstand sinkt der Luftwiderstand um 20 bis 40 Prozent, was zu einer entsprechend niedrigeren Kraftstoffverbrauch und weniger CO2-Emissionen führt. Zudem wird die Straßenkapazität effizienter genutzt, da Konvois weniger Platz einnehmen als einzeln fahrende Lkw.

Auf den deutschen Autobahnen, die zu den meistbefahrenen Europas gehören, kann Platooning einen signifikanten Beitrag zur Verringerung von Staus und zur Senkung der Transportkosten leisten. Die deutschen Logistikzentren und der Hamburger Hafen sind ideale Standorte für die erste großflächige Implementierung von 6G-gesteuertem Platooning.

Intelligente Verkehrssysteme

Autonome Fahrzeuge funktionieren nicht isoliert, sondern als Teil eines intelligenten Verkehrsökosystems. 6G ermöglicht es, ganze Städte mit einem Netzwerk aus Sensoren, Kameras und Kommunikationspunkten auszustatten, die gemeinsam eine Echtzeit-Digitalkarte aller Verkehrsbewegungen erstellen.

Ampeln passen sich dynamisch an aktuelle Verkehrsströme und prognostizierte Muster an. Kreuzungen werden für den Durchfluss optimiert, wobei autonome Fahrzeuge und konventioneller Verkehr nahtlos kombiniert werden. Parkplätze kommunizieren ihre Verfügbarkeit, sodass Fahrzeuge direkt zu einem freien Platz geleitet werden.

Bei Zwischenfällen — Unfälle, extreme Wetterbedingungen, Veranstaltungen — kann das System in Echtzeit Alternativrouten berechnen und alle verbundenen Fahrzeuge gleichzeitig umleiten. Dies reduziert nicht nur die Reaktionszeit der Rettungsdienste, sondern verhindert auch Sekundärunfälle durch Staus nach einem Vorfall.

Drohnen und autonomer Luftverkehr

Die Prinzipien, die für autonome Fahrzeuge auf der Straße gelten, sind ebenso auf unbemannte Luftfahrzeuge anwendbar. Lieferdrohnen, Inspektionsdrohnen und Luftambulanzdrohnen erfordern zuverlässige, ultraschnelle Kommunikation für den sicheren Betrieb im städtischen Luftraum. 6G bietet die dreidimensionale Netzabdeckung, die dafür notwendig ist.

Urban Air Mobility (UAM) — das Konzept von Flugtaxis und Passagierdrohnen in Stadtgebieten — stellt extreme Anforderungen an das Kommunikationsnetz. Dutzende oder Hunderte von Luftfahrzeugen, die gleichzeitig über einer Stadt operieren, müssen kontinuierlich ihre Position teilen, Konflikte vermeiden und von einem zentralen Verkehrsmanagementsystem koordiniert werden. Die Kombination aus ultraniedrige Latenz, hoher Zuverlässigkeit und 3D-Abdeckung von 6G macht dies möglich.

Deutschland als Testland für autonome Mobilität

Deutschland verfügt über eine Reihe einzigartiger Merkmale, die es zu einem idealen Testland für 6G-gesteuerte autonome Mobilität machen. Die fortschrittliche Straßeninfrastruktur, der hohe Digitalisierungsgrad und die Erfahrung mit innovativen Mobilitätslösungen bieten eine starke Grundlage. Mit der starken deutschen Automobilindustrie — BMW, Mercedes-Benz, Volkswagen und Bosch — besteht zudem ein einzigartiges Ökosystem für die Entwicklung autonomer Fahrzeugtechnologien.

Die Bundesregierung investiert aktiv in Testeinrichtungen für autonomes Fahren, und Kooperationen zwischen Technologieunternehmen, Automobilherstellern und Forschungseinrichtungen sind bereits in einem fortgeschrittenen Stadium. Deutschland war eines der ersten Länder mit einem Gesetz zum autonomen Fahren und schafft damit rechtliche Rahmenbedingungen, die nahtlos an die Möglichkeiten von 6G-Netzen anknüpfen.

Häufig gestellte Fragen