Neue Mobilfunkgeneration: Was wird 6G können?
Derzeit wird das Mobilfunknetz der 4. Generation überwiegend genutzt und 5G versucht immer mehr, sich seinen Platz in der digitalen Welt zu erobern. Und schon forscht man in den Laboren intensiv an 6G. Benötigt werden hierfür sowohl neue Frequenzen als auch neue drahtlose Übergänge.
Das wird sich künftig dann auch sehr positiv und gewinnbringend auf eine virtuelle Telefonanlage auswirken. Es ist aber ein Fakt, dass die zunehmenden Datenströme immer leistungsfähigere Mobilfunknetze benötigen
6G wird viele Anforderungen bewältigen
Die 4. Generation des Mobilfunknetzes hat in Deutschland immerhin eine Netzabdeckung von mehr als 90 % erreicht. Doch schon jetzt ermöglicht der LTE-Nachfolger 5G eine Bandbreite von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde (GBit/s). Aktuell geht es um die Ausweitung genau dieses schnellen und komfortablen 5G Netzes, wobei die nächste Generation bereits auf gewisse Weise in den Startlöchern steht. Es geht darum, nun die Basis für ein viele höhere Bandbreite zu schaffen. Vollkommen neue Wege würden eröffnet mit drahtlosen Übertragungsraten von bis zu 400 GBit/s.
6G soll die Antwort auf die stetig steigenden Datenströmen sein. Um dieses Ziel zu erreichen, arbeiten die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik (IAF) in Kooperation mit Partnern aus Forschung und Entwicklung zusammen.
Das Hauptaugenmerk liegt hier auf der Verknüpfung von Funklösungen im Terahertz-Bereich und der Glasfasertechnik. Hier sollen neue Frequenzbänder für ein höher belastbares Kommunikationsnetz sorgen. Auf Dauer soll realisiert werden, dass Datenübertragungsraten von bis zu 400 GBit/s drahtlos erreichbar sind.
Dank dieser hohen Bandbreiten soll hier nicht nur das drahtlose Kommunikationsnetz abgelöst werden, sondern darüber hinaus soll der teure Ausbau des Glasfasernetzes überflüssig werden. Inzwischen ist ohnehin schon klar, dass auch dieser Netzaufbau auf Dauer die größeren Datenmassen nicht bewältigen kann. Es ist davon auszugehen, dass außerhalb des heimischen WLAN-Netzes mit einem schnellen Absinken der Datenrate zu rechnen ist.
Die Erschließung neuer Frequenzen liegt hier im Fokus
Die aktuell verwendeten Frequenzen der Mobilfunknetze werden dauerhaft nicht ausreichen, damit die hohen Bandbreiten auf Glasfaserniveau übertragen werden können. Derzeit nutzt das LTE-Netz Frequenzbereiche zwischen 800 und 2.600 Megahertz (MHz). Theoretisch wird damit die Bandbreite auf 1 Gigabit pro Sekunde beschränkt. Gelingt es jedoch, die Frequenzen bis auf den Terahertz-Bereich anzuheben, dann ist es absolut möglich, die benötigten Übertragungsraten zu erreichen.
Steigt die Frequenz, steigt auch gleichzeitig die maximale Bandbreite, allerdings nimmt gleichzeitig die Reichweite ab.
Ein weiteres Ziel, die nahtlose Verschmelzung der Netze
Die Fraunhofer-Forscher entwickeln im Rahmen ihres Forschungsprojekts Funkmodule. Dies geschieht auf Chipebene. Später soll dieser Funktionsprototyp eines 300-Gigahertz-Mehrkanal-Funksystems als System-on-Chip fungieren.
Ebenso liegt ein weiterer Schwerpunkt darin, zwischen verschiedenen Zugangstechnologien einen nahtlosen Wechsel zu realisieren. Bekannt ist das Verfahren bereits schon jetzt durch den Wechsel zwischen WLAN und 4G.
Allerdings gibt es derzeit noch keinen fließenden Übergang. Das liegt an der Nutzung unterschiedlicher Zugangsdaten. Die Verschmelzung der unterschiedlichen Netze ist daher das elementare Ziel. Künftig soll der Kunde einen solchen Wechsel nicht mehr wahrnehmen. Noch aber gilt genau dieses angestrebte Zusammenspiel als eine ganz besondere Herausforderung.
Ebenso anspruchsvoll ist hier aber auch noch die Hardware-Implementierung. Es geht also darum, dass die künftigen Funkchips sowohl leistungsfähig, als auch kompakt und stromsparend sind.
Doch worin wird der Unterschied zwischen 6G und 5G bestehen?
Ein kurzer Blick auf das autonome Fahren macht schnell klar, dass 5G eine maximale Datenrate von ungefähr 20 Gigabit/Sekunde erreicht. Autonomes Fahren benötigt allerdings deutlich mehr Leistung.
Hier gibt es viele Sensordaten, zu denen beispielsweise die Up- und Downloads in Echtzeit gehören, ebenso wie die Unmenge an Daten von den Stadtkarten. Es ist zudem extrem wichtig, dass die Autos stets mit extrem geringer Verzögerung autonom reagieren. Somit ist neben der hohen Datenraten ebenfalls eine kleine Latenz erforderlich.
Diese Anforderungen kann 5G allerdings nicht erfüllen und daher wird es sich vermutlich schwierig gestalten, dass mit 5G das autonome Fahren realisiert werden kann.
Die Vision ist also nicht nur, dass das autonome Fahren umgesetzt werden kann, sondern auch in der Telemedizin soll 6G seinen Einzug finden. Die Zukunftsvision sieht hier so aus, dass ein Arzt während einer Operation nicht mehr vor Ort sein müsste. Für genau diese Einsätze werden sowohl Daten in Echtzeit benötigt als auch Übertragungsraten von mehreren Hundert Gigabit/Sekunde bis über 1 Terabit/Sekunde.
Außerdem soll durch 6G die Entwicklung von hochminiaturisierter, tragbarer medizinischer Sensoren ermöglicht werden. Das gilt auch für implantierbare Sensoren. Eingesetzt werden sollen diese zur kontinuierlichen Überwachung der Vitalparameter von gesunden und kranken Menschen.
Die Rolle, die 6G spielen wird
Für die Industrie wird 5G sicher eine wichtige Rolle spielen, weil sie eine ganz neue Dimension der Kommunikation zwischen Maschinen ermöglichen wird. Doch bei 6G soll der Mensch und seine Umgebung im Mittelpunkt stehen.
Gemeint ist hier die Vielzahl von Technologien, die eingebunden werden können in die heutige Lebenswelt. So wären z.B. Assistenzroboter im Haushalt vorstellbar, ebenso wie Hologramme oder auch hochaufgelöste 3D-Karten für autonome Fahrzeuge.
Gerade wenn es um die Assistenzroboter geht, ist schnell klar, dass es hier zu keiner Verzögerung bei der Verarbeitung von den Funksignalen geben darf. Schließlich könnten solche Roboter sowohl im Alltag als auch in der Pflege ihren Einsatz finden.
Das heißt, hier kommt es zu einer extremen Nähe zwischen Mensch und Roboter. Eine Latenz in der Steuerung wäre hier natürlich fatal. Ein zu langsames Signal könnte sonst im schlimmsten Fall sogar zu Verletzungen führen. Daher ist für 6G eine Latenzzeit von deutlich unter einer Millisekunde vorgesehen.
Intelligenz für ein Mobilfunknetz, wie ist das gemeint?
Dank der künstlichen Intelligenz soll das Netz befähigt werden, die Berechnungen selber durchzuführen. Außerdem soll es sich ständig selber optimieren können. Man geht zudem davon aus, dass das 6G Netz die Mobilfunkgeneration sein wird, in dessen Netz enorm viele Sensoren zusammenarbeiten werden.
Darüber hinaus wäre es dann möglich, dass das Netz selber zum Sensor werden kann. Hier kann sich die künstliche Intelligenz auf Grund der Summe der Informationen dann letztlich selbst ein Umgebungsbild des Nutzers machen. So weiß es, welche Kommunikationsleistungen benötigt werden und kann diese selber ans Netz anpassen.
Diese Netzarchitektur zu entwickeln, wird wohl eine der größten Herausforderungen. Hier müssen die Eigenschaften der verschiedenen Sensoren so genutzt werden, dass sie gleichzeitig trainierbar sind.