Fraunhofer HHI Drohnensteuerung via Sprachkanal

Testdrohne des Fraunhofer HHI.
Testdrohne des Fraunhofer HHI.

Besonders für die Logistik sind Drohnen vielversprechend. Doch bevor die Technik sich flächendeckend durchsetzen kann, muss die Kommunikation und Ortung sichergestellt werden - auch über große Entfernungen hinweg. Das Fraunhofer HHI setzt dabei auf Sprachkanäle - sie rufen die Drohne einfach an.

Schon bald könnten Drohnen das Straßenbild verändern. Sie könnten die Straßen entlasten, Lieferwege optimieren oder sogar Brandbekämpfung sicherer und effizienter gestalten. Doch bis die Technik flächendeckend kommerziell eingesetzt werden kann, muss noch einiges getan werden. Zum Beispiel stellt die Kommunikation zur Steuerung und Ortung noch eine große Herausforderung dar: Sie muss stabil und überall verfügbar sein, sollte möglichst günstig sein und muss auch außer Sichtweite funktionieren. Nun haben die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI in Berlin eine Lösung gefunden – sie rufen die Drohne einfach an.

Besonders für die Zukunft des Lieferverkehrs sind Drohnen vielversprechend, was wiederum die Straßen entlasten und den CO2-Ausstoß senken könnte. Obendrein würden die Lieferwege deutlich kürzer und Pakete könnten den Kunden wesentlich schneller erreichen. Bei der Brandbekämpfung könnten Drohnen vorausfliegen und den Feuerwehrleuten ein erstes Bild vom Einsatzort liefern. Außerdem es sind noch zahlreiche weitere Einsatzszenarien denkbar.

Doch ohne zuverlässige Kommunikation zur Steuerung oder Ortung der Drohnen ist die Umsetzung derartiger Projekte schwierig. Bisher werden Drohnen oft direkt per Funk gesteuert, allerdings schränkt die begrenzte Reichweite die Einsatzmöglichkeiten deutlich ein. Eine andere Möglichkeit ist das Senden und Empfangen von Informationen über Mobilfunkdatenkanäle, doch aufgrund einiger Schwächen, ist hierbei ein flächendeckender und zuverlässiger kommerzieller Einsatz derzeit nicht erlaubt.

Zum Beispiel sind die Kanäle nicht auf eine konstante Echtzeitverbindung, sondern für das kurzzeitige Übermitteln von Datenpaketen, beispielsweise beim Laden einer Website, ausgelegt. Dadurch kann es zu Verbindungsabbrüchen kommen. Zusätzlich kann es – gerade in Städten oder bei Großveranstaltungen – bei der Nutzung von Datenkanälen zu Überlastungen kommen.

Eine Alternative wäre die Errichtung einer eigenen Infrastruktur, über die Drohnen mit dem Controller kommunizieren. Zum einen ist das jedoch aufwendig und teuer, zum anderen stehen dafür auch kaum Funkressourcen zur Verfügung. Verfügbare Frequenzbereiche sind meist anfällig für Störungen und Überlastungen, sodass eine derartige Lösung weder wirtschaftlich noch sicherheitstechnisch sinnvoll ist.

Das Fraunhofer HHI setzt Sprachkanäle

Die Lösung vom Fraunhofer HHI ist dagegen stabil, günstig, reichweiteunabhängig und lässt sich prinzipiell sofort umsetzen: Die Forscher setzen auf die Steuerung über die Sprachkanäle des Mobilfunknetzes. Laut Tom Piechotta vom Fraunhofer HHI sind die Sprachkanäle im Gegensatz zu Datenverbindungen nahezu überall verfügbar und äußerst zuverlässig. »Selbst in Gegenden, wo eine Datenverbindung nicht oder nur eingeschränkt möglich ist, ist die Netzabdeckung für Sprachkanäle meist noch gegeben.«

Außerdem entstehen kaum zusätzliche Kosten, da weder eine neue Infrastruktur aufgebaut werden muss, noch spezielle Verträge für priorisierte Datenverbindungen mit den Netzbetreibern geschlossen werden müssen. Benötigt wird nur eine einfache Sprachverbindung, wie sie mit jeder Prepaidkarte bereitgestellt wird.

Um Drohnen steuern zu können, müssen einerseits Befehle an die Drohne übermittelt, andererseits Informationen wie Position, Höhe oder Akkuzustand an den Controller am Boden übermittelt werden. »Bei den Steuerbefehlen und Ortsinformationen handelt es sich um verhältnismäßig kleine Informationsmengen, die aber zuverlässig übertragen werden müssen,« sagt Piechotta.

»Wir wandeln die Befehle in Audiosignale um, ähnlich wie früher bei Modems. Diese übersetzt ein kleines Modul auf der Drohne zurück in den Steuerbefehl. Das Besondere ist, dass diese Art der Übertragung nicht nur in Echtzeit funktioniert und äußerst robust gegenüber Ausfällen und Verbindungsabbrüchen ist. Sie funktioniert auch schon heute, ohne neue Funkstandards, ohne neue Infrastruktur – und zwar weltweit.« Da Übertragung läuft über das normale Mobilfunknetz. Dadurch ist eine Verbindung zur Drohne an nahezu jedem Punkt der Erde möglich – quasi per Ferngespräch.

Zukunftssichere Steuerung in Echtzeit

Doch wie funktioniert die Steuerung, wenn die Drohne außer Sichtweite – vielleicht sogar am anderen Ende der Welt ist? Visualisiert wird der Standort der Drohne zum Beispiel über Online-Kartendienste wie Google Maps. Position und Höhe des Fluggeräts werden in Echtzeit übertragen und auf der Karte angezeigt. Zusätzlich können die Drohnen mit eigenen Sensoren ausgestattet werden, um spontane Hindernisse, beispielsweise andere Drohnen, Hubschrauber oder Kräne, zu erkennen und zu umfliegen. Die Steuerung erfolgt entweder manuell oder über das Senden von Wegpunkten, was besonders für Anwendungen wie die Paketzustellung interessant ist.

»Funklöchern begegnen wir mit unserem System extrem selten. Sollte ein Netz ausfallen, weicht die Verbindung auf einen anderen Mobilfunkstandard aus, zum Beispiel von LTE auf GSM oder UMTS, und sollte die Verbindung doch einmal abbrechen, ruft die Drohne innerhalb kürzester Zeit automatisch zurück«, erklärt Piechotta. Laut Piechotta ist die Technik zukunftssicher, denn obwohl Mobilfunkstandards kommen und gehen, gilt das nicht für Sprachkanäle. Das Mobilfunknetz wird immer Sprachkanäle zur Verfügung stellen. Kurzum: Die Drohne ist ab sofort an jedem Ort und zu jeder Zeit erreichbar.