Nachfolger von 5G 6G: Fünf Antworten auf den künftigen Standard

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Im Hintergrund wird bereits am Nachfolger von 5G gearbeitet: Der künftige Mobilfunkstandard 6G soll nicht nur eine höhere Bandbreite und nochmals geringer Latenzen bieten. Notwendig dazu sind höhere Frequenzen aber auch verbesserte Antennen.

Der Mobilfunkstandard 5G ist ausgerollt und jetzt wird an den Feinheiten gearbeitet. Doch mit 6G steht schon die nächste Generation in den Startlöchern. Sie soll sowohl die menschliche, physische und die digitale Welt miteinander verschmelzen. Mit 6G sollen auch die von der UN gesteckten Ziele einer nachhaltigeren Entwicklung umgesetzt werden. Stichwort Sustainable Development Goals.

Messtechnik-Spezialist Keysight Technologies gibt fünf Antworten auf den künftigen Kommunikationsstandard 6G.

Was ist 6G?

In wenigen Worten: 6G ist ein zellulares Netzwerk, welches in Zukunft 5G ablösen soll. Allerdings ist sich die Forschung dahingehend einig, dass 5G und 6G eher parallel betrieben werden. Einige Aspekte von 5G lassen sich auch für 6G verwenden. Ein wichtiger Punkt bei 5G ist die Geschwindigkeit, mit der die Daten übertragen werden. So erreicht 5G eine Spitzengeschwindigkeit von 20 GBit/s. In Testumgebungen wurden allerdings Geschwindigkeiten von 8 GBit/s gemessen.

Wenn 6G live geht, dann kommen auch neue Frequenzbänder zum Einsatz. Hier sollen Frequenzen von über 100 GHz verwendet werden. Zum Vergleich: 5G nutzt wie bei LTE Frequenzen im Sub-6-GHz-Bereich. Bei 5G kamen Frequenzen über 24 GHz bis 50 GHz hinzu. Das ist das sogenannte Millimeterwellen-Band.

Für 6G kommen erstmals Terahertz-Frequenzen hinzu. Bei Terahertz-Wellen handelt sich hierbei um einen Teil des elektromagnetischen Spektrums, der zwischen den Mikrowellen und dem Infrarotlicht liegt. Das wiederum hat Auswirkungen auf die Datenübertragung: Bei 6G wird mit dem Übergang zu höheren Frequenzen von über 100 GHz eine Spitzendatenrate von 1.000 Gbps (1 Tbps) angestrebt. Damit sind dann nicht nur breitbandige Videos möglich, sondern auch Anwendungen von Virtual Reality (VR) über die Luftschnittstelle.

Ähnlich wie bei 5G wird mit 6G auch die Latenz noch einmal sinken. Damit erreicht man eine minimale Verzögerung bei der Kommunikation, was gerade im Internet der Dinge (IoT) interessant ist. Und noch etwas wird das IoT verbessern. Mit der 5G-Technik lassen sich rund eine Million funkende Geräte untereinander verbinden; mit 6G sollen es bis zu 10 Mio. Geräte sein.

Wer wird 6G nutzen und was sind das für Anwendungen?

Mehr Bandbreite bei den Daten und eine noch geringere Latenz. Damit sind nicht nur verbesserte Mensch-Maschinen-Anwendungen möglich. Vielmehr können die Maschinen untereinander auch schneller kommunizieren. Doch gehen die Experten noch einen Schritt weiter: Ericsson beispielsweise beschreibt ein „Internet der Sinne“. Damit sollen sich Empfindungen wie Geruch oder Geschmack digital wahrnehmen lassen.

Einem Bericht der Next Generation Mobile Networks Alliance (NGMN) zufolge werden auch holografische Telepräsenz und breitbandige Videos, wie beispielsweise Video in 3D, möglich sein. Über die 6G-Netze lassen sich Objekte hochpräzise lokalisieren und verfolgen. Damit könnten sich beispielsweise Waren mit Drohnen oder Robotern ausliefern lassen. Hinzu käme, dass sich Produktionsanlagen besser verwalten ließen oder sogar der Gesundheitszustand sowie die Gesundheitsvorsorge verbessern könnten.

Ein Anwendungsfall sind digitale Zwillinge: Anlagen und Maschinen könnten Probleme schon anhand eines digitalen Zwillings aufspüren, bevor das Problem an einer realen Anlage auftritt. Erweitert man den digitalen Zwilling auf eine ganze Stadt, so ließen sich Umwelt und Verkehrsprobleme bereits bei der Planung aufspüren. In Singapur arbeitet die Regierung bereits daran, ein 3D-Stadtmodell zu erstellen, das in Zukunft eine intelligente Stadt ermöglichen soll.

6G ist das Ziel

Kommunikation mit 6G erfordert ein neues Verständnis für höhere Frequenzen. Vor 5G wurden für die Mobilfunkkommunikation nur Frequenzen unter 6 GHz verwendet, und diese Signale können bis zu 16 km weit reichen. Wenn wir in Millimeterwellen aufsteigen, verringert sich die Reichweite drastisch. Bei Sub-THz-Signalen für 6G werden die Entfernungen geringer, über die sich die Wellen ausbreiten können. Allerdings lässt sich die Signalausbreitung mit neuen Antennentechniken wieder erhöhen.

Die Größe einer Antenne ist proportional zur Wellenlänge des Signals. Wenn also die Frequenz höher und die Wellenlänge kürzer wird, sind die Antennen klein genug, um in großer Zahl eingesetzt werden zu können. Darüber hinaus verwenden diese Geräte eine Technik, die als Beamforming bekannt ist - sie richten das Signal auf einen bestimmten Empfänger, anstatt es in alle Richtungen abzustrahlen, wie die vor LTE üblichen Rundstrahlantennen.

6G wird auch für Anwendungen von künstlicher Intelligenz und maschinelles Lernen interessant. Man hat beispielsweise bereits in 5G-Netz begonnen, KI und ML zu integrieren. Einem Bericht der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) zufolge wird die Welt bis zum Jahr 2030 mehr als 5.000 Exabyte an Daten pro Monat erzeugen. Oder 5 Mrd. Terabyte pro Monat. Bei so vielen vernetzten Menschen und Geräten werden wir uns auf KI und ML verlassen müssen, um Aufgaben wie die Verwaltung des Datenverkehrs, die Echtzeit-Entscheidungsfindung durch intelligente Industriemaschinen und die effiziente Nutzung von Ressourcen zu bewältigen.

Dabei nicht die Sicherheit der Daten aus den Augen verlieren. Wie kann sichergestellt werden, dass die Daten sicher sind und nur befugte Personen darauf zugreifen können? Eine letzte technische Anforderung ist die Virtualisierung. Mit der Entwicklung von 5G werden wir beginnen, uns auf eine virtuelle Umgebung zu bewegen. Offene RAN-Architekturen (O-RAN) verlagern heute mehr Verarbeitungen und Funktionen in die Cloud. Lösungen wie Edge Computing werden sich in Zukunft immer mehr durchsetzen.

Ist 6G nachhaltig?

Auch die Kommunikation ist vom Thema Nachhaltigkeit nicht ausgenommen. Menschen und Maschinen werden mit der Weiterentwicklung von 5G und der Annäherung zu 6G immer mehr Daten erzeugen und verarbeiten. Allerdings soll 6G den Einsatz von natürlichen Ressourcen beispielsweise in der Landwirtschaft optimieren. Mit 6G wird sich auch der Straßenverkehr hin zu einer intelligenten Fahrzeugführung entwickeln. Hinzu kommen neue Materialien für Halbleiter, die ebenfalls energiesparender sind.

Wann kommt 6G?

Die Branche rechnet, dass eine erste Version der 3GPP-Normen (3^rd Generation Partnership Project), die 6G einschließt, im Jahr 2030 fertiggestellt sein wird. Es ist wohl allerdings mit einer späteren Einführung zu rechnen. Frühe Versionen von 6G-Technologien könnten bereits 2028 in Versuchen demonstriert werden.

Bevor die nächste Generation von Mobilfunkverbindungen auf den Markt kommt, erörtern internationale Gremien technische Spezifikationen, um die Interoperabilität zu gewährleisten. Die ITU und das 3GPP gehören zu den bekanntesten Normungsgremien und ihre Arbeitsgruppen bewerten die Forschung zu 6G weltweit.

* Jessy Cavazos arbeitet bei Keysight Technologies mit Fokus auf 5G.

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