Vorträge und Exponate auf dem VDE ITG Fachausschuss HF 2 „Funksysteme“

Track 1: Funkbasiertes Positioning und Maschinelles Lernen

Track 2: Integrated Communication and Sensing

Track 3: Von der Forschung in die Praxis

In der Mittagspause können Sie im L.I.N.K. Test- und Anwendungszentrum des Fraunhofer IIS live aktuelle Entwicklungen und deren technologische Umsetzungen von 5G bis UWB erleben. 

Das System nutzt ein 360° Antennenarray, um den Winkel eintreffender Signale präzise zu bestimmen. Kombiniert mit der Entfernungsmessung über Ultra-Wideband (UWB) entsteht eine hochgenaue Umfelderfassung. Dabei werden UWB-Tags an Objekten oder Fahrzeugen angebracht – das Roundviewsystem erkennt sie automatisch und lokalisiert sie exakt im Raum.

Das Exponat veranschaulicht, wie eine Rundumerfassung der Umgebung mit UWB-Technologie realisiert werden kann – eine Schlüsselkompetenz für zahlreiche Anwendungen.

Anwendungsbereiche sind überall dort zu finden, wo präzise Ortung und Sicherheit gefragt sind:

• Umfelderfassung
• Kollisionsvermeidung und Detektion bei fahrerlosen Transportsystemen (AGV)
• Schutz von Maschinenbereichen (z.B. sicherheitskritische Anlagen)

Das UWB-Mesh-System nutzt Kanalimpulsantworten, um Bewegungen oder Veränderungen im Raum zu erkennen. Basierend auf handelsüblicher UWB-Hardware (ca. 4,5 GHz, 500 MHz Bandbreite) und einer Aufnahmefrequenz von 40 Hz können Bewegungen – auch durch Wände hindurch – zuverlässig erkannt werden. Damit bietet das System die Grundlage für eine Vielzahl passiver Sensing-Anwendungen.

Das Exponat ist ein Versuchsplattform für zukünftige Forschung zu passivem Channel Charting, Fingerprinting, Through-Wall-Imaging, Activity Recognition oder People Counting – und ist dank der verwendeten Low-Cost-Komponenten kompatibel mit gängigen IoT-Geräten und mobilen Endgeräten.

Das Bild zeigt einen Sensing-Knoten und die Anzeige der Kanalimpulsantworten (Signale) über die Zeit. Pro Kachel ist eine Verbindung des UWB-Mesh zu sehen.

Wie sich mmWave-Kommunikation und präzise Abstandsmessung in einem System vereinen, zeigt die Proof-of-Principle FR2 (Frequenzbereich 2) Joint Communications and Positioning Platform: Eine Plattform, die nicht nur Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung im FR2-Bereich ermöglicht, sondern gleichzeitig exakte Distanzmessungen zwischen den Einheiten durchführt.

Die gezeigte Plattform basiert auf einer vollständig kontrollierbaren FPGA (Field Programmable Gate Array)-Lösung mit implementierter 3GPP FR2 Physical Layer sowie eigens entwickelten UDC-Boards. Das System bietet maximale Flexibilität für Forschung und Entwicklung. Komponenten können je nach Bedarf ausgetauscht oder angepasst werden.

Eingesetzt wird der Demonstrator u.a. in Projekten wie RIS4NGWB, mit dem Ziel, neue Anwendungen für Kommunikations- und Ortungstechnik im mmWave-Bereich zu erforschen.

Im Rahmen des Projekts SMARTIES wird auf der ITG-Fachtagung die Lokalisierung in mioty-Netzwerken präsentiert. SMARTIES sind miniaturisierte Messinstrumente, die Umweltsensoren und drahtlose Kommunikation auf Basis der mioty-Technologie integrieren. Sie ermöglichen die präzise Erfassung atmosphärischer Daten in Echtzeit und die gleichzeitige Bestimmung der Position der Sensoren.

Sowohl das Kommunikationsmodul als auch die Sensorik sind in ein Flugobjekt integriert. Während des Fluges werden die Sensordaten über mioty an ein Netzwerk von Basisstationen übertragen, was eine Datenanalyse mit hoher Energieeffizienz und Skalierbarkeit ermöglicht. Die Lokalisierung der Module erfolgt ebenfalls mithilfe der drahtlosen LPWAN (Low Power Wide Area Network)-Technologie mioty des Fraunhofer IIS, und zwar auf Basis der Laufzeitdifferenzmessung der mioty-Funksignale. Dadurch ist kein zusätzliches Funkmodul für die Lokalisierung erforderlich, was das Gewicht des Flugobjekts minimiert.

Die Anwendung umfasst die Erhebung atmosphärischer Daten, wie beispielsweise das Strömungsverhalten, zur Verbesserung der Wettervorhersage und zur Analyse der Auswirkungen von Naturereignissen, wie Vulkanausbrüchen.

Mit dem »Industrie 4.0 5G Lokalisierungs- und Kommunikations-Testbed« stellt das Fraunhofer IIS am Standort Nürnberg eine umfassende Testumgebung für die Entwicklung, Demonstration und unabhängige Bewertung industrieller Kommunikations- und Lokalisierungstechnologien bereit. In der realitätsnah ausgestatteten Halle stehen verschiedene Positionierungs- und Kommunikationssysteme wie ein 5G-Campusnetz, Wi-Fi 6, UWB sowie hochpräzise 3D-Referenzsysteme zur Verfügung. Ergänzt durch moderne Förder- und Lagersysteme lassen sich individuelle industrielle Anwendungsfälle unter kontrollierten Bedingungen erproben und validieren. Unsere Expertise in Funkmesstechnik und Systemanalyse sowie die neutrale Bewertung durch unsere Wissenschaftler machen das Testbed zur idealen Plattform für Forschung, Entwicklung und den erfolgreichen Praxiseinsatz neuer Technologien.

Besucherinnen und Besucher erhalten vor Ort Einblicke in das 3D-Positioniersystem und die messtechnische Infrastruktur der Testhalle. Zusätzlich wird ein exemplarisches Ergebnisreport unserer neuen 5G-Systemevaluation präsentiert.