Integration Radar-basierter Kommunikation in heterogene Fahrzeugnetze für die kooperative Interaktion von Automobilen (RADCOM-HETNET)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Falko Dressler; Professor Dr.-Ing. Norman Franchi; Professor Dr.-Ing. Robert Weigel
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390837865

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Kooperativ interagierende Automobile erfordern eine gegenseitige Koordinierung und Kommunikation zwischen den Verkehrsteilnehmern, um so z.B. kooperative Wahrnehmung und kooperative Manöver- und Trajektorienplanung zu realisieren. Eine Basis hierfür wurde z.B. mit dem Kommunikationsprotokoll IEEE 802.11p geschaffen. Das Grundproblem besteht in der gemeinsamen Nutzung des Radiokanals (bzw. der Radiokanäle) für potentiell viele Anwendungen. In der Literatur wurde jedoch gezeigt, dass für sicherheitsrelevante und echtzeitkritische Anwendungen, z.B. vertreten durch die im Rahmen dieses Antrages adressierten Anwendungen Platooning und Kreuzungsassistenz, die Nutzung geteilter Kanäle sehr kritisch zu sehen ist. Für die Realisierung von zeitkritischer kooperativer Interaktion zwischen Automobilen werden also neuartige Mechanismen benötigt, um Sensorinformationen mehrerer beteiligter Fahrzeuge in Echtzeit über einen sicheren Kanal auszutauschen – und dieser Kanal muss technologisch attraktiv realisiert werden. Im Rahmen der ersten abgeschlossenen Projektphase des Forschungsvorhabens RADCOM-HETNET adressierten wir die Lösung dieser Problematik durch die gleichzeitige Nutzung der im Automobil integrierten Radarsensorik auch für die Kommunikation (RADCOM) und damit die Realisierung dieses sicherheitsrelevanten Kanals. Diesen Kanal untersuchten wir für 77 GHz intensivst. Hierbei verglichen und kombinierten wir neben stochastischer Modelle (simuliert mit dem Simulationstool NYUSIM), ebenfalls hoch genaue Kanalsimulationen, basierend auf 3D-Ray-Tracing Kanalsimulationen mittels WinProp, Altair. Neben klassischen Verkehrsszenarien (Überholvorgänge, städtischer Verkehr) untersuchten wir unter anderem Wettereffekte und mögliche Interferenzen und importierten die erhaltenen Kanalinformationen in realitätsnahe Simulationen der zukünftigen Kommunikation- und Radaranwendungen, umgesetzt in Matlab und Simulink. Als zugrundeliegende Wellenform nutzten wir die Eigenschaften neuartiger Spreizbandradarsysteme im 77-81 GHz-Frequenzband für KFZ-Radar, welche aus technologischer Sicht äußerst attraktiv für automobile Anwendungen sind und das Potenzial gleichzeitiger Datenübermittlung bieten. Im Rahmen eines interdisziplinären und integrativen Ansatzes untersuchten wir somit die nachrichtentheoretische und technologische Realisierung eines solchen RADCOM-Systems, dessen Einbettung in ein heterogenes Fahrzeugkommunikationsnetz (HETNET) sowie die kooperative Interaktion von Automobilen basierend auf dem RADCOM-HETNET-Ansatz für die Anwendungsszenarien Platooning und Kreuzungsassistenz. Durch den neuartigen heterogenen Ansatz ist es möglich, Synergien zwischen komplementären Kommunikationstechnologien zu nutzen, um somit z.B. Herausforderungen der Interferenzminimierung, Netzwerküberwachung, Teilnehmersynchronisation und Fahrzeugkoordination effizient zu lösen. In diesem Projekt realisierten wir dabei zuerst eine umfassende, modulare, integrative Simulationsumgebung in Simulink, die es erlaubt den Einfluss jedes Teilmoduls, bis hinunter auf die verwendeten KFZ Radarantennen und die elektromagnetische Ausbreitung, auf das Gesamtsystem und die adressierten Anwendungen Platooning und Kreuzungsassistenz stetig projektbegleitend zu evaluieren. Basierend auf dieser Simulationsumgebung untersuchten wir die Teilmodule die nötig sind, um RADCOM zu ermöglichen, um effizient in ein heterogenes Fahrzeugkommunikationsnetz eingebunden zu werden und um eine neuartige kooperative Interaktion basierend auf RADCOM-HETNET zu ermöglichen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• “Deeply Integrating Visible Light and Radio Communication for Ultra-High Reliable Platooning,” in 15th IE- EE/IFIP Conference on Wireless On demand Network Systems and Services (WONS 2019), Wengen, Switzerland: IEEE, Jan. 2019, S. 36–43
  M. Schettler, A. Memedi und F. Dressler
  
• “The Chosen One: Combating VLC Interference in Platooning using Matrix Headlights,” in 11th IEEE Vehicular Networking Conference (VNC 2019), Los Angeles, CA: IEEE, Dez. 2019, S. 56–59, ISBN: 978-1-7281-4571-6
  M. Schettler, A. Memedi und F. Dressler
  
• “Using Full Duplex Relaying to Reduce Physical Layer Latency in Platooning,” in 11th IEEE Vehicular Networking Conference (VNC 2019), Los Angeles, CA: IEEE, Dez. 2019, S. 236–239, ISBN: 978-1-7281-4571-6
  M. S. Amjad, T. Hardes, M. Schettler, C. Sommer und F. Dressler
  
• “Channel Characterization at 77 GHz for Vehicular Communication,” in 12th IEEE Vehicular Networking Conference (VNC 2020), Virtual Conference: IEEE, Dez. 2020
  M. Lübke, H. Hamoud, J. Fuchs, A. Dubey, R. Weigel und F. Lurz
  
• “Combining Radar and Communication at 77 GHz Using a CDMA Technique,” in IEEE MTT-S International Conference on Microwaves for Intelligent Mobility (ICMIM 2020), Linz, Austria: IEEE, Juli 2020
  M. Lübke, J. Fuchs, V. Shatov, A. Dubey, R. Weigel und F. Lurz
  
• “How to Train your ITS? Integrating Machine Learning with Vehicular Network Simulation,” in 12th IEEE Vehicular Networking Conference (VNC 2020), Virtual Conference: IEEE, Dez. 2020
  M. Schettler, D. S. Buse, A. Zubow und F. Dressler
  
• “Inband Full-Duplex Relaying for RADCOM-based Cooperative Driving,” in 12th IEEE Vehicular Networking Conference (VNC 2020), Virtual Conference: IEEE, Dez. 2020
  M. S. Amjad, M. Schettler, S. Dimce und F. Dressler
  
• “Comparing mmWave Channel Simulators in Vehicular Environments,” in 93rd IEEE Vehicular Technology Conference (VTC 2021-Spring), Virtual Conference: IEEE, Apr. 2021, ISBN: 978-1-7281-8964-2
  M. Lübke, S. Dimce, M. Schettler, F. Lurz, R. Weigel und F. Dressler
  
• “mmWave on the Road: Investigating the Weather Impact on 60 GHz V2X Communication Channels,” in 16th IEEE/IFIP Conference on Wireless On demand Network Systems and Services (WONS 2021), Virtual Conference: IEEE, März 2021
  S. Dimce, M. S. Amjad und F. Dressler
  
• “Validation and Analysis of the Propagation Channel at 60 GHz for Vehicular Communication,” in 94th IEEE Vehicular Technology Conference (VTC 2021-Fall), Virtual Conference: IEEE, Sep. 2021
  M. Lübke, J. Fuchs, A. Dubey, H. Hamoud, F. Dressler, R. Weigel und F. Lurz