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V2V-Kommunikation: realitätsnahe Abbildung von Verkehrsszenarien im Labor

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Feldstärkesimulator bildet unterschiedliche Verkehrssituationen unter Prüfstandsbedingungen nach

Qosmotec arbeitete deshalb zunächst an einer Lösung, die ohne aufwendige Feldtests auskommt: Im Jahr 2014 wurde der Feldstärkeemulator Qosmotec Propagation Effects Replicator (QPER) für Versuche am Prüfstand auf den Markt gebracht. „Mobilfunkbetreiber verwenden einen ähnlichen Ansatz, um im Testlabor die Bewegung von Handy- und Smartphone-Nutzern zu simulieren und so einen reibungslosen Übergang zwischen Funkzellen sicherzustellen“, erklärt Kreuer.

Diese Simulations- und Testplattform wurde in Kooperation mit Forschern der RWTH Aachen auf die Bedürfnisse der Automobilindustrie angepasst und erweitert. Funksignale werden hierbei vollständig kabelgebunden übertragen und somit eine kontrollierbare Umgebung erzeugt, in der Funkeffekte exakt reproduziert werden können.

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Bei den Versuchen werden die Funkmodule hochfrequenzdicht voneinander abgeschirmt. So wird verhindert, dass sie eine Verbindung über die Luftstrecke aufnehmen. Die Signale werden durch Koaxialkabel und den QPER geleitet. Die Hardware des Feldstärkesimulators besteht aus einer Matrix aus Dämpfungs- und Verzögerungselementen und dient dazu, den Funkverkehr zwischen angeschlossenen Geräten durch Abschwächung und Phasenverschiebung bedarfsgerecht auf jeder einzelnen Verbindung zu manipulieren.

Mit dieser Vorrichtung sowie einer Software auf dem aktuellsten Stand der Forschung zur Modellierung und Ansteuerung des Feldstärkesimulators lässt sich reproduzieren, was bei der Signalübertragung in unterschiedlichen Umgebungen passiert. Besonders gravierende Auswirkungen auf den Funkverkehr können Reflexionen in Städten haben.

„Dabei kann es zu Überlagerungen verschiedener Kopien desselben Ausgangssignals und dadurch zu einer Mehrwegausbreitung und dem sogenannten Fast Fading-Effekt kommen, wodurch die Übertragung immer wieder unterbrochen wird oder Störungen auftreten“, erläutert Kreuer eine der wichtigsten Problematiken.

Mit dem QPER lassen sich solche Szenarien besser beleuchten und als Grundlage für weiterführende Forschungen nutzen; zudem kann die Funkreichweite in unterschiedlichen Verkehrssituationen berechnet werden. So wenden Fahrzeughersteller das System etwa an, um die optimale Position der Antenne an der Karosserie zu bestimmen.

Lastgenerator unterdrückt Carrier Sensing-Mechanismus

Die Zahl der tatsächlich anschließbaren Funkmodule an den QPER ist jedoch auf einige wenige beschränkt. Um ein hohes Verkehrsaufkommen mit wenigen Sendern zu simulieren, ist es notwendig, den Carrier Sensing-Mechanismus zu unterdrücken. „Das ist uns mit der Entwicklung des Lastgenerators gelungen“, erklärt Kreuer. „Grundlage dafür ist ein besonderes System: Eine Vorrichtung aus Zirkulatoren erlaubt es, den Carrier Sensing-Mechanismus eines Funkmoduls zu unterdrücken. So kann zu beliebigen Zeiten gesendet werden, da andere Sendeversuche nicht registriert werden. Dabei wird eine Signalunterdrückung von 80 dB erreicht.“

Die Kombination aus Lastgenerator und QPER ermöglicht es nun, verschiedene Auswirkungen von Last auf einzelne angeschlossene Teilnehmer abzubilden: Einige Devices under Test (DUTs) nehmen eine hohe Funklast wahr, für andere ist der Lastgenerator nicht sichtbar und sorgt für eine hohe Anzahl an Hidden Nodes und somit unerwünschten Paketkollisionen.

Der Algorithmus des Congestion Simulators umfasst eine Vielzahl von Parametern und bezieht unter anderem eine unterschiedliche Anzahl an Fahrzeugen und verschiedene Positionen der Verkehrsteilnehmer in die Berechnungen mit ein. Die Fahrzeuge erzeugen zudem eine Kanallast, indem sie unterschiedlich große Nachrichten mit einer mittleren Frequenz zwischen 1 bis 10 Datenpaketen pro Sekunde versenden. Auch wird unter anderem die Bewegungsgeschwindigkeit mit einbezogen. „Da wir unsere Berechnungen zudem auf stochastische Modelle stützen, sind die Ergebnisse zur Funkkanallast auch sehr realitätsnah“, erläutert Kreuer.

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