Forschungsprojekt 5GCampBOS
gefördert im Förderprogramm KoPa_45 der BDBOS

Vollständiger Name: Zuverlässige und energieeffiziente BOS-Kommunikation mit 5G-Campusnetzen und Device-to-Device-Kommunikation

Kurzvorstellung

Das Kommunikationssystem für die Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) ist die tragende Stütze für die Koordinierung von Einsatzkräften in Not- und Katastrophenfällen. Rückfall-Lösungen wie Satellitentelefone (zu komplex für schnellen Einsatz) oder das öffentliche Mobilfunknetz (Angewiesen auf das Stromnetz) können in Notsituationen nicht vorausgesetzt werden. Die zuverlässige und umfassende Funktion eines BOS Kommunikationssystems ist unerlässlich. Deshalb ist es sinnvoll, neue Technologiestandards laufend auf ihre Nutzbarkeit zu prüfen und zu testen, ob sie einen Mehrwert zu bestehenden Architekturen bieten können. So erreicht man redundante Rückfalllösungen für den Fall, dass einzelne oder mehrere Systeme ausfallen.

Die 5G-Technologie bietet im Vergleich zur aktuell genutzten TETRA BOS-Technologie entscheidende Vorteile in der Modularität und Bandbreite. Dies kann dafür genutzt werden, skalierbare und redundante Systeme aufzubauen, die es zudem ermöglichen, Breitbanddienste wie Live-Bilder zwischen den Einsatzkräften und der Einsatzleitung zu nutzen.

Das übergreifende Ziel des Forschungsvorhabens ist die bestmögliche Konfiguration zweier 5G-Campusnetze und mehrerer D2D-fähiger Endgeräte, um deren Eignung für Sicherheitsanwendungen der BOS unter Beweis zu stellen. Dazu werden zunächst – zusammen mit dem assoziierten Partner, der Feuerwehr Krefeld – die relevanten Szenarien und Use-Cases definiert, für die dann die messtechnische Bewertung relevanter Kenngrößen (Datenraten, Latenzen, etc.) und deren Vergleich zum aktuellen TETRA-Funksystem erfolgt.

Ausgangssituation

Aktuell wird der Sprechfunk über das TETRA-Netz der BDBOS realisiert. Dieses Netz bietet eine sichere und zuverlässige Vernetzung der Einsatzkräfte für Anwendungen mit niedrigen Datenraten. Allerdings sind darüber keine hohen Datenraten möglich (z. B. für einen Dateiaustausch, einen Video-Stream oder eine Übertragung von Sensordaten). Dies ist jedoch z.B. für die Steuerung einer Drohne oder eines Rovers zur Erkundung in brennenden oder  einsturzgefährdeten Gebäuden notwendig. Parallel werden Dienste über das öffentliche Mobilfunknetz erprobt, die als missions kritische Dienste gekennzeichnet sind (mission critical, MCX). Diese bieten zwar eine höhere Datenrate, jedoch keine Ausfallsicherheit oder Zuverlässigkeit in Notsituationen.

Projektziele

• Definition der Use-Cases und Szenarien, für die aus der Sicht des Anwenders (BOS) die 5G-Technik sinnvoll ergänzend eingesetzt werden kann.
• Optimierung von 5G-Campusnetzen für den Einsatz durch BOS.
• Integration einer Direktverbindung zwischen Einsatzkräften wenn kein Funk-Netzwerk erreichbar ist (Device-to-Device, D2D).
• Integration einer Weiterleitung zwischen zwei Einsatzkräften zur Vergrößerung der Funk-Reichweite (D2D-Relay-Funktion).
• Bewertung von Reichweite, Datenrate, Latenz und Energieverbrauch in verschiedenen Szenarien und mit verschiedenen Konfigurationen.
• Durchführung einer Studie zu geeigneten Lokalisierungsverfahren.

Im Zuge der Messungen für das Projekt 5GCampBOS wurden die Ergebnisse zu Reichweiten und Datenraten in verschiedenen Szenarien und Konfigurationen als Publikation zusammen gefasst. Diese ist unter dem Titel Indoor Measurements of 5G Sidelink for Broadband Public Safety Applications auf der European Conference on Antennas and Propagation im April 2026 (EuCAP 2026) in Dublin mit dem folgenden Abstract veröffentlicht worden:

This paper presents indoor measurements of 5G sidelink coverage using on-board units originally designed for vehicle-to-everything communication. The objective is to evaluate the suitability and challenges of sidelink communication for broadband communication in the context of public safety organizations. The experiments focus on the packet loss rate during indoor data transmission under realistic deployment conditions. A direct sidelink connection between two on-board units is compared to a relay-assisted setup. The results show that the use of a relay is necessary to achieve good coverage in realistic scenarios, especially when communication over multiple stories is required.

Der Fokus liegt dabei auf Messungen in Innenraum-Szenarien, bei denen aufgrund der komplexen Raumgeometrie eine Funkabdeckung nur schwer zu erreichen ist. Dazu wurde ein Fahrzeug mit einem 5G-Sidelink Funkmodul ausgestattet und hat definierte Strecken im B-Gebäude (insbesondere im Keller) am Campus Krefeld Süd der Hochschule Niederrhein abgefahren. Ein zweites 5G-Sidelink Funkmodul war am Eingang direkt neben der Brandmeldezentrale positioniert.

Bei den Messungen wurde die Paket-Verlust-Rate in verschiedenen Konfigurationen bzw. bei verschiedenen Datenraten betrachtet. Dabei ist die Paket-Verlust-Rate ein Maß dafür, ob eine ausreichend gute Funkverbindung verfügbar ist oder nicht. Neben der Messung mit einem Sender und einem Empfänger, wurden außerdem Messungen mit einem Repeater (im 5G Standard auch oft Relay genannt) dazwischen durchgeführt. Der Repeater empfängt die Daten des Senders und sendet sie dann weiter, um die Reichweite der Funkübertragung zu vergrößern.

In den betrachteten Szenarien im Keller des B-Gebäudes war eine Funkübertragung ohne Repeater nicht möglich, sodass dieser Modus essenziell für den Einsatz in gängigen Szenarien von Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben ist.

Stichworte: 5G sidelink, broadband communication, public safety organizations, indoor measurement

Zitation: C. Domnik, M. Meuleners and C. Degen, "Indoor Measurements of 5G Sidelink for Broadband Public Safety Applications", European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2026), Dublin, Ireland, 2026