6G

Was sind die Vorteile von 6G gegenüber 5G?

6G soll Datenraten von bis zu einem Terabyte pro Sekunde (TByte/s) unterstützen. Access Points werden in der Lage sein, mehrere Clients gleichzeitig per Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) zu bedienen. Dieses Maß an Kapazität und Latenz wird die Performance von 5G-Anwendungen verbessern. Überdies werden dadurch die Möglichkeiten für die Unterstützung innovativer Anwendungen bei Wireless-Konnektivität, Wireless Cognition, Sensing und Imaging erweitert.

Die höheren Frequenzen von 6G werden nicht nur einen signifikant besseren Durchsatz und höhere Datenraten liefern, sondern auch sehr viel schnellere Abtastraten ermöglichen. Die Kombination von Sub-mm-Wellen (Wellenlängen, die kleiner als ein Millimeter sind) und Frequenzselektivität, um relative elektromagnetische Absorptionsraten festzustellen, könnte möglicherweise zu erheblichen Fortschritten in der Wireless-Sensing-Technologie führen.

Mobile Edge Computing (MEC) wird Bestandteil aller 6G-Netzwerke sein, während man es in bestehende 5G-Netzwerke erst explizit implementieren muss. Nach der Bereitstellung von 6G-Netzwerken werden Edge Computing und Core Computing als Teil eines kombinierten Kommunikations-/Computing-Infrastruktur-Frameworks sehr viel nahtloser integriert sein. Dieser Ansatz wird, wenn die 6G-Technologie in Betrieb geht, viele potenzielle Vorteile mit sich bringen, zum Beispiel einen besseren Zugriff auf KI-Funktionen.

Wann ist mit 6G-Internet zu rechnen?

Man geht davon aus, dass 6G-Internet im Jahr 2030 kommerziell startet. Die Technologie nutzt das verteilte Radio Access Network (RAN) und das Terahertz-Spektrum (THz) stärker, um die Kapazität zu vergrößern, die Latenz zu verringern und das Spectrum Sharing zu verbessern. Während bereits erste Diskussionen zur Definition von 6G stattfanden, begannen die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten (F&E) im Jahr 2020 ernsthaft.

Beispielsweise hat China einen 6G-Testsatelliten mit einem THz-System gestartet, während die Technologieriesen Huawei Technologies und China Global Berichten zufolge ähnliche 6G-Satellitenstarts für 2021 geplant hatten. Viele der Probleme im Zusammenhang mit der Bereitstellung von Millimeterwellenfunk für 5G müssen rechtzeitig gelöst werden, damit Netzwerkdesigner die Herausforderungen von 6G bewältigen können.

Wie wird 6G funktionieren?

Man rechnet damit, dass Wireless-Sensing-Lösungen mit 6G verschiedene Frequenzen selektiv nutzen werden, um die Absorption zu messen und die Frequenzen entsprechend anzupassen. Das ist möglich, weil Atome und Moleküle elektromagnetische Strahlung bei charakteristischen Frequenzen emittieren/absorbieren und die Emissions- und Absorptionsfrequenzen für ein bestimmtes Material gleich sind.

6G wird beträchtliche Auswirkungen für viele staatliche und industrielle Ansätze im Bereich öffentliche Sicherheit und Schutz kritischer Assets haben. Dazu zählen:

• Bedrohungserkennung
• Gesundheits-Monitoring
• Feature- und Gesichtserkennung
• Entscheidungsfindung auf Gebieten wie Strafverfolgung und Social-Credit-Systeme
• Messungen der Luftqualität
• Gas- und Toxizitätserkennung

Verbesserungen in diesen Bereichen würden auch der Mobiltechnologie sowie neuen Technologien, etwa Smart Cities, autonomen Fahrzeugen sowie virtueller und erweiterter Realität, zugutekommen.

Brauchen wir 6G überhaupt?

Die sechste Generation der Mobilfunknetze wird mehrere ehemals disparate Technologien integrieren, unter anderem Deep Learning und Big Data Analytics. Die Einführung von 5G hat den Weg für den Großteil dieser Konvergenz geebnet.

Die Notwendigkeit, Edge Computing bereitzustellen, um einen Gesamtdurchsatz und eine geringe Latenz für extrem zuverlässige Kommunikationslösungen mit niedriger Latenz zu gewährleisten, ist ein wichtiger Treiber für 6G. Gleiches gilt für die Unterstützung der M2M-Kommunikation (Machine-to-Machine) im Internet of Things (IoT).

Darüber hinaus ist ein enger Zusammenhang zwischen 6G und High Performance Computing (HPC) festgestellt worden. Während einige der Daten von IoT- und Mobilgeräten mittels Edge-Computing-Ressourcen verarbeitet werden können, wird der überwiegende Teil eine Verarbeitung durch stärker zentralisierte HPC-Ressourcen erfordern.

Wer ist an der Entwicklung von 6G beteiligt?

Das Rennen um 6G wird die Aufmerksamkeit vieler Industrieunternehmen auf sich ziehen. Dazu zählen auch Keysight Technologies und Rhode&Schwarz, Anbieter von Test- und Messlösungen sowie Antennen. Es ist sehr gut möglich, dass dadurch der Wettlauf um 5G zur Nebensache gerät, weil es spannender ist, zu beobachten, welche Länder den Markt für die 6G-Technologie und verwandte Anwendungen, Services und Lösungen dominieren.

Folgend finden Sie einige der wichtigsten laufenden Projekte.

• Die Universität Oulu in Finnland hat das Forschungsprojekt 6Genesis auf den Weg gebracht, um eine 6G-Vision für 2030 zu entwickeln. Die Universität hat außerdem eine Kooperationsvereinbarung mit dem japanischen Beyond 5G Promotion Consortium unterzeichnet, um die Arbeit des finnischen Forschungsprogramms 6G Flagship zu 6G-Technologien zu koordinieren.
• Das südkoreanische Electronics and Telecommunications Research Institute erforscht das Terahertz-Band für 6G und arbeitet an Datengeschwindigkeiten, die 100 Mal schneller sind als 4G-LTE-Netzwerke und fünfmal schneller als 5G-Netzwerke.
• Das chinesische Ministerium für Industrie und Informationstechnologie (Ministry of Industry and Information Technology, MIIT) investiert in die 6G-Forschung und -Entwicklung und überwacht diesen Prozess.
• In den Vereinigten Staaten hat die Federal Communications Commission (FCC) 2020 die Frequenzen über 95 Gigahertz (GHz) bis 3 THz für 6G-Spektrumtests freigegeben.
• Die Kommunikationsunternehmen Ericsson (Schweden) und Nokia (Finnland) sind federführend bei Hexa-X, einem neugegründeten europäischen Konsortium aus führenden Vertretern von Hochschulen und Industrie, das die Forschung zu 6G-Standards vorantreiben soll.
• In Deutschland hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 2021 bundesweit vier Hubs zur Erforschung der Zukunftstechnologie 6G ausgewählt. Je ein 6G-Forschungs-Hub entsteht unter Koordination des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (Open6GHub), des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik, Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut, HHI (6G-RIC), der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (6GEM) und den Technischen Universitäten Dresden/ München (6G-Life).
• Was das Engagement der Anbieter für 6G angeht, so haben alle großen Infrastrukturunternehmen wie Huawei, Nokia und Samsung signalisiert, dass sie F&E-Maßnahmen vorbereiten.

Künftiger Anwendungsbereich von 6G-Netzwerken

Vor ungefähr zehn Jahren wurde der Begriff Advanced 4G (B4G) geprägt. Damit wollte man auf die Notwendigkeit hinweisen, die Evolution von 4G über den LTE-Standard hinaus voranzutreiben. Es war nicht klar, was 5G mit sich bringen würde, und zur damaligen Zeit waren nur F&E-Prototypen ohne verbindliche Standards in Arbeit. Der Begriff B4G blieb eine ganze Weile erhalten und deutete an, was jenseits von 4G möglich und potenziell nützlich sein könnte. Ironischerweise entwickelt sich der LTE-Standard nach wie vor weiter, und einige Aspekte finden sich in 5G wieder.

Ähnlich wie B4G kann man Beyond 5G (B5G) als Wegbereiter für 6G-Technologien begreifen, die die Fähigkeiten der fünften Mobilfunkgeneration und 5G-Anwendungen ersetzen werden. Die vielen privaten Wireless-Implementierungen von 5G, einschließlich LTE, 5G und Edge Computing für Unternehmens- und Industriekunden, haben geholfen, die Grundlagen für 6G zu schaffen.

6G-Wireless-Netzwerke der nächsten Generation werden dabei noch einen Schritt weiter gehen. Durch sie wird ein Netz von Kommunikations-Providern entstehen – von denen viele eigene Anbieter sein werden –, ähnlich wie die Integration von Solarenergie zur gemeinsamen Energieerzeugung im Smart Grid geführt hat.

Data Center sehen sich aufgrund von 5G bereits mit großen Veränderungen konfrontiert. Dazu gehören Virtualisierung, programmierbare Netzwerke, Edge Computing und Probleme rund um die gleichzeitige Unterstützung von öffentlichen und privaten Netzwerken. Eventuell wünschen sich zum Beispiel einige Geschäftskunden eine Kombination von On-Premises RAN mit Hybrid On-Premises und Hosted Computing – jeweils für Edge und Core Computing – sowie im Data Center gehostete Core-Netzwerkelemente für private Business-Netzwerke oder alternative Service-Provider.

6G-Funknetzwerke werden die Mittel für Kommunikation und Datenerfassung liefern, die notwendig sind, um Informationen zu sammeln. Für den 6G-Technologiemarkt wird aber ein Systemansatz benötigt. Er wird Data Analytics, KI und Berechnungsmöglichkeiten der nächsten Generation über HPC und Quantencomputing umfassen.

Zusätzlich zu tiefgreifenden Änderungen innerhalb des RANs wird sich auch die Netzwerk-Fabric für die Core-Kommunikation wandeln, da viele neue Technologien mit 6G konvergieren. Vor allem KI wird bei 6G im Mittelpunkt stehen. Es gibt zudem Potenzial für einen sogenannten Nano-Core als gemeinsamen Computing Core, der sowohl Elemente von HPC als auch KI umfasst. Angenommen, diese Vision wird realisiert, dann muss der Nano-Core kein physisches Netzwerkelement sein. Eher handelt es sich um eine logische Ansammlung aus einem Netz von Computing-Ressourcen, die sich viele Netzwerke und Systeme teilen.

6G-Netzwerke werden erheblich mehr Daten erzeugen als 5G-Netzwerke. Außerdem wird die Evolution des Computings die Koordination zwischen Edge- und Core-Plattformen beinhalten. Aufgrund dieser beiden Veränderungen werden sich auch Data Center weiterentwickeln müssen. 6G-Funktionen in den Bereichen Sensing, Imaging und Standortbestimmung werden riesige Mengen an Daten generieren. Diese müssen im Auftrag der Netzwerkbetreiber, Service-Provider und Eigentümer der Daten verwaltet werden.

Was sind 7G-Netzwerke, und warum benötigt man sie?

Obwohl 6G-Netzwerke frühestens im Jahr 2032 einsatzbereit sein werden, hat die Forschung an Wireless-Technologien der siebten Generation (7G) bereits begonnen. Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) entwickelt mithilfe seiner Arbeitsgruppe Extremely High Throughput die 802.11be-Spezifikation für 7G und eine Branchenzertifizierung in Zusammenarbeit mit der Wi-Fi Alliance.

Der überarbeitete Standard des IEEE wird für Mai 2024 erwartet. Die Gerätehersteller erhalten damit Designspezifikationen für die Interoperabilität und Performance.

6G-Netzwerke versuchen, schnelle Gigabit-Ethernet-Konnektivität auf kommerzielle und private Geräte auszuweiten. Man erwartet, dass 6G einen wesentlich höheren Durchsatz und Datenfluss bietet. In der geplanten Form wird 6G Folgendes ermöglichen:

• eine maximale Datenrate von 9,6 GBit/s – 5G ist für 3,5 GBit/s ausgelegt;
• bis zu drei Kanäle mit 160 Mhz Bandbreite
• Multiplexing von bis zu acht Spatial Streams.

6GE (das E steht für Extension) ist ein Zwischenschritt zwischen 6G und 7G. Diese Verbindungen nutzen einen neu lizenzierten 6-GHz-Kanal, der die verfügbaren Frequenzen für die Übertragung von 6G-Signalen erweitert. Die FCC war die erste Regulierungsbehörde, die 2020 grünes Licht für das 6-GHz-Spektrum gab, um die Innovation von Wi-Fi-Geräten mit 6GE zu fördern.

Die 7G-Technologie wird einen Quantensprung in der Bandbreite darstellen, um ultradichte Workloads zu unterstützen. 7G besitzt beispielsweise das Potenzial, durch die Integration in Satellitennetzwerke für Erdbeobachtung, Telekommunikation und Navigation eine kontinuierliche globale Wireless-Konnektivität zu ermöglichen. Unternehmen könnten 7G einsetzen, um Fertigungsprozesse zu automatisieren und Anwendungen zu unterstützen, die eine hohe Verfügbarkeit, vorhersehbare Latenz oder eine garantierte Quality of Service (QoS) erfordern.

Im Vergleich zu 6G ist 7G auf Folgendes ausgelegt:

• Datenübertragung mit bis zu 46 GBit/s – fast fünfmal so schnell wie bei 6G-Projektionen
• Verdoppelung der Kanalgröße auf 320 MHz
• Bereitstellung von 16 Spatial Streams, verglichen mit acht bei 6G.