Fahrzeugvernetzung

Mit Hilfe der KARsys Technologie lassen sich Fahrzeuge der Sicherheitsbehörden leicht mit eigenen Funksystemen ausrüsten, um die Verbindung zu einer entfernten, zentralen Leitstelle zu optimieren. Geeignete Lösungen könnten auf Basis von SATCOM/SOTM arbeiten oder auch mit einem optimierten LTE Link, im Idealfall mit einer Kombination von beidem. Darüber hinaus lassen sich Video-Funkstrecken zwischen Kameras am oder nahe dem Einsatzort und der mobilen Leitstelle vor Ort herstellen. Abhängig von der Art des Fahrzeugs, können die Antennenpanels ggf. unsichtbar in die Karosserie integriert werden. In den beschriebenen Einsatzszenarien ist eine Kombination von KARsys und HiMoNN, ggf. ergänzt durch eine Satellitenverbindung über den IABG-Teleport, die ideale Lösung.

Backhaul Links

Als Teil des "Radio Access Network (E-UTRAN)", sind 3G und 4G (LTE) Funkbasisstationen (eNodeB) mit dem "Core Network (Evolved Packet Core, EPC)" mit so genannten "Backhaul Links" verbunden. In den heutigen, sehr heterogenen Netzwerken existiert, abhängig von Region und Netzbetreiber, eine große Vielfalt an Technologien und Standards für diese Links.

Die notwendige Backhaul-Bandbreite pro Basisstation ist in den Jahren seit 2007 stark angewachsen. Grund ist der immense Anstieg der Anzahl von Smartphone Benutzern, die zu einer drastischen Erhöhung der Bandbreite in den Mobilfunknetzen geführt hat. Diese enorme Bandbreite, die auf der Funkseite von den Basisstationen zur Verfügung gestellt wird, muss folglich auch von den Backhaul Links unterstützt werden.

Um eine hohe Bandbreite pro Smartphone User zur Verfügung stellen zu können, müssen die Funkzellen sehr klein bleiben, da nur bei einer guten Signalqualität ein hoher Datendurchsatz gewährleistet werden kann. Dies wiederum führt in Regionen mit hohem Datenverkehrsaufkommen zu einer Netzwerk-Topologie mit einer großen Anzahl von "Small Cell" Basisstationen, die alle über Backhaul Links an das Core Network angebunden werden müssen. Das stellt für die Netzbetreiber eine große Herausforderung dar, sowohl in Bezug auf Installations- und Betriebskosten (OPEX), als auch in Bezug auf die Netzwerk-Architektur und das Netzwerk-Management. Die Installation von optischen und kabelgebundenen Links (z.B. Ethernet, xDSL) ist aufwändig und es muss sich ein Zugangsknoten (Switch/Router, DSLAM) in der Nähe befinden. Die üblichen µWave Richtfunkstrecken, die häufig bei Macro-Basisstationen eingesetzt werden, sind technisch für Small Cells eher ungeeignet und dürften sowohl von den Investitions- wie auch den Betriebskosten zu teuer sein.

Daher gewinnen Backhaul-Funklösungen, die im lizenzfreien 60 GHz ISM-Band arbeiten, in den Betrachtungen immer mehr an Bedeutung. Mit der KARsys Technologie lassen sich Lösungen für solche Links darstellen, mit statischem "Beam-Steering" für die automatische Feinjustage und Kalibrierung zur Vereinfachung der Installation.

 

Konnektivität & Car2X Kommunikation

Die breitbandige Internetanbindung von Fahrzeugen mit Hilfe von LTE ist heute schon Realität, nicht nur bei Premiumfahrzeugen. Die meisten Nutzer wissen jedoch nicht, dass der real erreichbare Datendurchsatz zwischen Fahrzeug und Funk-Basisstation (bei LTE: eNodeB) stark von der Qualität der Funkverbindung abhängt. Die Modulationsart und die Kanalcodierung der Funkverbindung und damit die erreichbare Nutzdatenrate werden von der Basisstation je nach Kanalqualität eingestellt. Das  Mobilterminal analysiert dazu das "Downlink"-Signal der Basisstation und sendet als Ergebnis einen entsprechend gesetzten Qualitätsparameter (Channel Quality Indicator, CQI) an die Basisstation zurück. Durch die Optimierung der in der Funkstrecke zum Einsatz kommenden Komponenten wie z.B. Funkmodem und Antenne, kann die Qualität der Funkverbindung erheblich verbessert werden. Ein mit "Beam Steering" ausgerüstetes Funkmodem mit Phased Array Antenne erlaubt die Ausrichtung des Funkstrahls in Richtung der Basistation. Der dadurch erzielte Antennengewinn resultiert in einer wesentlich besseren Signalqualität und damit in einem höheren Durchsatz als bei den üblichen Rundstrahlern.

In Empfangssituationen, die durch starke Reflexionen und Mehrwegeempfang geprägt sind, kann es besser sein statt "Beam Steering" ein "MIMO" Empfangsszenario zu benutzen. Dies wird durch ein kognitives Umschalten der digitalen Signalverarbeitung des auf "Software Defined Radio" (SDR) basierenden KARsys Funkmodems ermöglicht. Die Antenne und die Hochfrequenzelektronik sind entsprechend ausgelegt. 

Abhängig von den Einbaumöglichkeiten und den genutzten Frequenzbändern, lassen sich Systeme mit "Beam Steering" auch für Car2Car und Car2Infrastructure Kommunikation einsetzen, wodurch sich Interferenzen mit anderen Fahrzeugen minimieren lassen und das zur Verfügung stehende Spektrum besser nutzbar wird.

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SATCOM

SATCOM-Verbindungen, z.B. im Ku-Band, ermöglichen Internetzugang für die in vielen Langstreckenflugzeugen installierten WLAN Netzwerke. Die existierenden SAT-Antennenlösungen sitzen quasi als kastenförmiger Rucksack auf dem Rücken des Flugzeugrumpfs. Sie sind extrem teuer, groß und sie verursachen durch ihre Bauhöhe und -form aerodynamische Probleme in Form von Unterdruck, der als punktförmige mechanische Belastung auf den Flugzeugrumpf wirkt. In Verbindung mit dem ebenfalls  erhöhten Kerosinverbrauch führt dies zu erheblichen Mehrkosten für die Airlines.

Mit flachen, an den Flugzeugrumpf angepassten Antennenpanels, lassen sich solche Probleme vermeiden.
KARsys-Technologie: Wir realisieren solche Antennen bzw. SATCOM Systeme ggf. auch verteilt über mehrere Panels.

WLAN in der Kabine

Die meisten großen Airlines haben damit begonnen, die Kabinen ihrer Langstreckenflugzeuge mit WLAN-Netzwerken auszurüsten. Passagiere bekommen so Internetzugang und "In-Flight-Entertainment" (IFE) mit ihren eigenen Geräten, also "Bring-Your-Own-Device" (BYOD).

Viele der existierenden "WLAN Access Points" sind allerdings mit Rundstrahlantennen ausgerüstet, deren Strahlungscharakteristik für die Röhrenform der Kabine nicht optimal ist.

Bei Einsatz unserer KARsys-Technologie und den damit möglichen  richtungsgesteuerten "Beams" hin zu den aktiven "Usern", lässt sich der Durchsatz zu diesen "Usern" erhöhen und damit die "User Experience" und die Akzeptanz verbessern. Interferenzprobleme werden reduziert und Passagiere, die nicht "on-line" sind, werden keiner unnötigen Strahlung ausgesetzt. Mit KARsys Technologie lässt sich die "Kabinenausleuchtung" mit WLAN dynamisch optimieren.

 

 

Luft - Boden Breitband- / Video Link

Unbemannte Flugzeuge (UAVs) erschließen eine Vielzahl von Anwendungen, ob bei der Videoübertragung im Katastrophen-  oder Sicherheitseinsatz, im Umweltschutz, bei Sportveranstaltungen, oder bei anderen kommerziellen Aufgaben. Sie sind eine sehr kosteneffiziente Altenative zu den üblichen Helikoptern mit Verbrennungsmotor, die zudem starken Vibrationen ausgesetzt und sehr laut sind. UAVs werden vom Boden aus ferngesteuert (uplink) und senden ein Videosignal (downlink) zum Boden, wofür eine breitbandiger Funkkanal notwendig ist. Darüber hinaus muss berücksichtigt werden, dass sich ein UAV ständig bewegt und die Funkreichweite groß genug sein muss, um sinnvolle Einsatzszenarios zu ermöglichen und um Sicherheitsrisiken zu vermeiden. 
Mit der KARsys Technologie lässt sich die Breitband-Funkstrecke durch beidseitiges "Beam Forming", also am Boden wie am UAV, in Bezug auf Reichweite und Durchsatz optimieren. 

SATCOM connection

Wie im Bereich der kommerziellen Fliegerei, kann die KARsys Technologie auch für SATCOM Links von Langstrecken UAVs eingesetzt werden, wodurch Größe und Gewicht des Flugzeugs reduziert werden können. Durch die schnelleren Reaktionszeiten der elektronischen Strahlnachführung können die Latenzzeiten bei der Fernsteuerung und damit die räumliche Auflösung bzw. Steuerbarkeit verbessert werden. 

SATCOM-On-The-Move (SOTM)

Viele Fahrgäste von Hochgeschwindigkeitszügen haben bisher eher ernüchternde Erfahrungen mit der dort angebotenen Internetanbindung gemacht, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten. Trotz gewaltiger finanzieller und technischer Anstrengungen seitens der Bahngesellschaften bleibt die Leistungsfähigkeit dieser Systeme bis heute hinter den Erwartungen zurück. Eine stabile und zuverlässige Internet-Konnektivität durch Funkbasisstationen entlang der Strecken zur Verfügung zu stellen, ist aus wirtschaftlichen Gründen keine optimale Lösung.

Auch hier bietet unsere KARsys-Technologie eine interessante, weil kostensparende Alternative. Durch die Ausrüstung der Züge mit SOTM- Lösungen (z.B. im Ku oder Ka Band) als Komplementärtechnologie zum LTE Mobilfunk, könnte in Gebieten mit hohem Datenverkehrsaufkommen die zur Verfügung stehende Bandbreite vergrößert werden. In dünn besiedelten Gegenden sind sie eine Alternative zu der sonst entlang der Strecke benötigten, relativ hohen Anzahl von Mobilfunk-Basisstationen.

Die auf KARsys basierenden SOTM-Lösungen können entsprechend der regionalen Anforderungen der Bahnbetreiber und Strecken angepasst werden.

SATCOM Verbindungen ohne Radome

Durch den Einsatz flacher, KARsys-basierter SATCOM Antennen mit "Beam Steering" auf Yachten und Schiffen, könnte auf die bei mechanischen Antennen notwendigen Radome verzichtet werden.
Dadurch werden Ästhetik und Aerodynamik der Yacht verbessert und lästige Windgeräusche bei schneller Fahrt oder bei Starkwind reduziert.
Darüber hinaus erlaubt die KARsys-Technologie eine schnellere und genauere Nachführung der Funkrichtung, was in einer besseren Kompensation der Eigenbewegungen des Bootes resultiert. Durch die geringeren Gesamtbetriebskosten (TCO) einer KARsys Lösung ist es durchaus denkbar, nicht nur große und teure Yachten mit einer SOTM Lösung von VITES auszurüsten.

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Industrielle Netzwerke

Im Umfeld von "Smart Factory" (IoT, M2M, Industry 4.0 etc.) werden vermaschte Funknetzwerke mit WLAN oder anderen Funktechnologien immer wichtiger. Mit Hilfe drahtloser Netzwerke lässt sich flexibler auf sich häufig ändernde Fertigungs- und Wartungsszenarien reagieren.

Mit der KARsys "Beam-Steering"-Technologie lassen sich mit mehreren gesteuerten "Beams" pro "Access-Point" vermaschte Netze mit weniger Interferenzen, höherer Reichweite und einer effizienteren Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Spektrums implementieren. Durch den eher nomadischen als mobilen Charakter von Maschinen und Wartungsgerät, wird in vielen industriellen Szenarien statisches "Beam-Steering" ausreichend sein. Denkt man an autonome Fahrzeuge in der Fertigung, wird adaptives "Beam-Steering" notwendig sein. Durch adaptives Beam-Steering lassen sich ggf. auch Datenströme dynamisch während eines Fertigungsprozesses auf andere Zielknoten lenken.

GE-LAN-Brücken und Vernetzung zwischen Gebäuden

Mit Hilfe der KARsysTechnology lassen sich kompakte, flache Funksysteme für sehr breitbandige Punkt-zu-Punkt Datenlinks realisieren. Im lizenzfrei zu nutzenden 60 GHz ISM-Band sind zum Beispiel Links über mehrere hundert Meter (LOS) als GE-LAN-Brücken denkbar, mit denen Firmengebäude, -Einrichtungen oder verstreute Anlagen verbunden werden können.  Mit statischem "Beam Steering" ausgerüstet, können solche Verbindungen ihre Ausrichtung selbst optimieren und sind daher einfach zu installieren. Je nach notwendiger Leistung und resultierender Reichweite, sowie der Art des eingesetzten Antennenpanels könnten u.U. Systeme im "ein-Kabel-Betrieb" mit POE betrieben werden.

 

Slider Markets Mobile Automation de-DE

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Video-Links für Spezialfahrzeuge in der mobilen Automation

Video-Links, die Fahrzeuge in Anwendungen der mobilen Automation vernetzen, werden im Agrarbereich, in der Bauindustrie etc. immer gefragter: Um logistische Prozesse zu optimieren und die rechtzeitige Verfügbarkeit von Ladekapazität, Maschinen o.ä. sicherzustellen, sollen höher auflösende Video-Links eingesetzt werden. Die Anforderung, Reichweiten bis zu 1 km zu ermöglichen, stellt die Funktechnik vor die klassische Herausforderung: die für das Videosignal notwendige Bandbreite ist in den ISM-Bändern unterhalb 1 GHz kaum zu übertragen, bei höheren Bändern (z.B. 5.6 GHz), lässt sich die geforderte Reichweite mit der erlaubten Leistung nur schwer erreichen.

Eine Lösung mit adaptivem "Beam-Steering", basierend auf der KARsys-Technologie kann hier Abhilfe schaffen.

Autonome Agrarmaschinen

Effizienzsteigerung durch Automatisierung: Um die Nahrungsmittelproduktion für die schnell wachsende Weltbevölkerung sicherzustellen, werden in absehbarer Zukunft auch im Agrarbereich autonome Maschinen Einzug halten. In diesem Zusammenhang ist die Fernsteuerung autonomer Maschinen und die dafür notwendige Konnektivität eines der zu lösenden Probleme. In ländlichen oder dünn besiedelten Gebieten ist die Mobilfunk- Infrastruktur üblicherweise nicht engmaschig genug.

Die VITES-Lösungen für SATCOM und Ad-Hoc-Netzwerke eröffnen auch für diesen Anwendungsfall interessante Perspektiven.  

 

Breitband Videoübertragung

In Fernsehstudios ist häufig die Mobilität von Kameras durch Videokabel begrenzt, die mit der Kamera bewegt werden müssen. Robuste drahtlose Breitband-Videolinks könnten die Studioarbeit erheblich erleichtern und die Betriebskosten reduzieren. Entsprechende Video-Links, die automatisch den Kamerabewegungen folgen, sind ein interessanter Anwendungsfall für KARsys. Durch "Beam-Steering" lassen sich durch Interferenzen ausgelöste Störungen bei anderen Kameras oder sensibler Studioausrüstung vermeiden.

Frequenz-Messtechnik

Breitbandempfänger für Frequenz- / Richtungsscanner, wie sie z.B. in der EMC- / Elektro-Smog Messtechnik Einsatz finden, sind realisierbar. Abhängig von den notwendigen bzw. zu messenden Frequenzbändern, muss die Antennenstruktur angepasst werden. Die Vorteile gegenüber mechanisch drehenden Antennen sind eine bessere Genauigkeit, eine höhere Auflösung und eine bessere Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.

Vollelektronisches Radar

Die Vorteile von adaptivem "Beam Steering" beim Radar sind signifikant:

  • Kleinere, leichtere Systeme, verglichen mit den traditionellen motorgetriebenen Antennen
  • Höhere Aktualisierungsgeschwindigkeit, höhere Genauigkeit, bessere Auflösung
  • Geringerer Energieverbrauch
  • Kein mechanischer Verschleiß
  • Geringere Wartungskosten
  • Geringere Gesamtbetriebskosten (TCO)