Forschung an 6G: Das Mobilfunknetz der Zukunft
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Während 5G-Netze weltweit ausgerollt werden, richten Forscher:innen ihre Aufmerksamkeit bereits auf 6G. Wir geben euch einen Ausblick auf das Netz der Zukunft und woran bereits geforscht wird.
Die Mobilfunkgenerationen 3G und 4G revolutionierten unsere Alltagskommunikation und sorgten für eine grundlegende Verschiebung digitaler Geschäftsmodelle hin zum Smartphone. Seitdem müssen Mobilfunknetze einer gesteigerten Anzahl an Geräten und einem Bedarf nach höheren Bandbreiten gerecht werden. Abhilfe wird hierbei der neue Mobilfunkstandard 5G schaffen. Bis Ende 2021 will Telefónica Deutschland die Großstädte Berlin, Hamburg, München, Köln und Frankfurt mit 5G versorgen. Eine flächendeckende Versorgung für ganz Deutschland ist bis 2025 geplant.
Während der 5G-Netzaufbau im vollem Gange ist, wird bereits zu den Grundlagen für die 6. Generation des Mobilfunks geforscht. Auch wenn die Arbeit noch am Anfang steht und eine Einführung noch nicht genau absehbar ist: Es lohnt sich, bereits jetzt einen genaueren Blick auf die 6G-Technologie und ihre Versprechungen zu werfen.
6G ermöglicht massiven Leistungssprung
Autonomes Fahren, ferngesteuerte Chirurgie oder Cloud Robotics für die Industrie 4.0 – all diese Anwendungen benötigen ein zuverlässiges Kommunikationsnetz mit geringer Latenz. Die Grundvoraussetzungen hierfür wird 5G schaffen. Obwohl 5G bei der Datenübertragung bereits ultrakurze Verzögerungen (Latenz) von 1-2 Millisekunden erreicht, sollen es bei 6G-Netzwerken nur noch wenige Mikrosekunden sein.
Große Erwartungen gibt es auch in Bezug auf die Übertragungsrate: Während 5G mit Geschwindigkeiten bis zu 10 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) bereits 20- bis 100-mal schneller als der bisherige LTE-Standard sein wird, sollen mit 6G Übertragungsraten bis zu 400 Gbit/s möglich werden. Die 6G-Technologie sorgt somit nochmal für einen massiven Leistungssprung. Doch damit nicht genug: Trotz kleinerer Funkzellen sollen potenziell bis zu zehnmal mehr Geräte pro Quadratkilometer versorgt werden können.
Mit 6G wird die Kapazität des Mobilfunks bisher unvorstellbare Dimensionen erreichen. Ähnlich wie 5G birgt der Mobilfunkstandard der nächsten Generation das Potenzial für völlig neue Anwendungen und Technologien. Doch was braucht es dafür und welche Visionen treiben die Forschung derzeit an?
Visionen für die 6G-Ära
Während im 5G-Zeitalter die physische und die digitale Welt weiter vernetzt werden, erwarten Visionäre von der 6G-Ära nichts weniger als die zusätzliche Integration der biologischen Welt. Eine Vielzahl leistungsfähiger Sensoren soll dazu biologische Daten unserer Umgebung erheben, aus denen sich Rückschlüsse und Entscheidungen über die reale Welt ziehen lassen.
Solch intelligente Sensorik soll dazu fähig sein, komplexe Aufgaben zu erfüllen: Den Gesundheitszustand einer Person anhand biochemischer Merkmale wie Schweiß erkennen. Abhängig vom Ergebnis der überwachten Vitalparameter sollen dann automatisch Entscheidungen getroffen werden – entweder einen Arzt rufen oder die betroffene Person darauf hinweisen, etwas zu trinken.
Weiter fortgeschritten sind Vorstellungen wie fotorealistische holographische Reproduktionen, sprich Hologramme und Avatare. Diese werden eine völlig neue Form von Telepräsenz in der erweiterten (AR) sowie der virtuellen (VR) Realität ermöglichen – und würden auch die Telemedizin revolutionieren. Einen Vorgeschmack auf die Anwendungsmöglichkeiten dieser Zukunftsvision liefert Microsoft Mesh.
Stand der Forschung
Zu Beginn dieses Jahres wurde die europäische Initiative Hexa-X ins Leben gerufen, um den Mobilfunkstandard der Zukunft gemeinsam zu gestalten. Spitzenreiter der Mobilfunkindustrie wie Nokia oder Huawei forschen schon seit ein paar Jahren zu 6G. In der Phase der Grundlagenforschung loten Technolog:innen derzeit aus, was alles für den Aufbau der Netzarchitektur und die Umsetzung von 6G notwendig ist.
Die in den USA ansässigen Nokia Bell Labs begannen bereits 2019 mit ihrer Forschung und haben sechs Technologiebereiche identifiziert, die für das 6G-Ökosystem von zentraler Bedeutung sein werden. Erwartet wird unter anderem, dass Künstliche Intelligenz (KI) durch maschinelles Lernen (ML) neue Grundlagen zur autonomen Netzoptimierung schaffen wird. Eine weitere Schlüsselrolle werden neue „spektrale Technologien“ spielen – sprich alles, was zur optimalen Nutzung der höheren Bandbreiten beiträgt, um die immer höheren Geschwindigkeitsanforderungen zu erfüllen. Auf dem Weg zu 6G erhofft man sich zudem, dass die Netzwerkkomponenten samt Technologie zukünftig selbst als Sensoren fungieren können. Derartige „networks as a sensor“ sollen eine hochpräzise, zentimetergenaue Lokalisierung unterstützen – auch in Innenräumen. Die restlichen drei Bereiche umfassen neue Netzwerkarchitekturen für Funkzugangsnetze (RAN), Dienste auf Basis ultra-zuverlässiger Kommunikation mit niedriger Latenzzeit (URLLC) sowie Maßnahmen und Mechanismen für Sicherheit und Vertrauen.
Kommunikation im Terahertz-Bereich, flexible Netze und eine höhere Dichte an Funkzellen – bei der Entwicklung der nächsten Generation des Mobilfunks gibt es auch einige technologische Hürden zu meistern. Diesen Herausforderungen nimmt sich die Fraunhofer-Gesellschaft hierzulande an: Im Projekt 6G SENTINEL entwickeln fünf Fraunhofer-Institute Schlüsseltechnologien für den kommenden 6G-Mobilfunkstandard. Dabei verzeichnete Deutschland bereits letztes Jahr einen ersten Durchbruch bei der Datenübertragung im Terahertz-Bereich: Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) erreichten Wissenschaftler:innen Datenübertragungsraten von 115 Gbit/s. „Das ist die höchste Datenrate, die bis jetzt mit drahtloser Terahertz-Übertragung über mehr als 100 Meter demonstriert wurde“, kommentierte KIT-Forscher Christoph Füllner.
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