Derzeit intensiviert die Mobilfunkbranche ihre Diskussionen über die Konzepte für die nächste Mobilfunkgeneration. Auch wenn „6G“ noch bis 2030 auf sich warten lassen wird, haben die Arbeiten daran längst begonnen. Etwa auf dem „5G++ Summit“, der Mitte Mai 2022 in Dresden stattfand. Die Intelligente Welt war mit vor Ort.
Aufmacherbild: (C) 5G++ Summit 2022 / TU Dresden
Nein, um einen Tippfehler in der Überschrift dieses Beitrags handelt es sich nicht. Zwar sind die Mobilfunkanbieter noch mitten dabei, ihre Netze auf den 5G-Standard auszubauen – und werden dafür auch noch einige weitere Jahre benötigen. Dennoch beginnen in der Telekommunikationsbranche bereits die ersten Arbeiten am nachfolgenden Mobilfunkstandard, 6G.
Der Grund dafür leuchtet schnell ein. Ob es nun eine Gesetzmäßigkeit ist oder vielleicht auch eine selbsterfüllende Prophezeiung: Einen neuen Mobilfunkstandard gibt es etwa alle zehn Jahre. Anfang der 1990er starteten in vielen Ländern die GSM- oder 2G-Netze. Im Jahr 2000 folgte UMTS beziehungsweise 3G. Um 2010 herum begann die Einführung von LTE beziehungsweise 4G. Und 2020 starteten die Netzbetreiber mit dem Ausbau von 5G. Folglich ist 6G um das Jahr 2030 herum zu erwarten.
Die Entwicklung eines neuen Mobilfunkstandards braucht viele Jahre
Das ist zwar noch einige Jahre entfernt – aber die Vorarbeiten für so einen neuen Standard brauchen auch ihre Zeit. Aus Forschungsergebnissen und frühen Ideen entwickeln die zuständigen Standardisierungsgremien erste Konzepte. Im Fall von Mobilfunkstandards ist das insbesondere der Branchenverbund 3GPP (3rd Generation Partnership Project), die NGMN Alliance (Next Generation Mobile Networks Alliance) aber auch auf Teilbereiche spezialisierte Gremien wie das IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Diese Konzepte werden dann in Sitzungsrunden, deren Termine sich zum Teil über mehrere Jahre erstrecken können, in Standards übersetzt. Auf Basis dieser Standards bauen dann Chip- und Softwareentwickler erste Hardware und Software für den neuen Standard. Und auf deren Basis wiederum entwickeln Netzausrüster die erforderlichen Infrastruktur-Produkte, und Smartphone-Hersteller geeignete Endgeräte.
Wenn 6G im Jahr 2030 einsatzbereit sein soll, muss die Arbeit daran jetzt starten. Und genau das geschieht auch. So traf sich beispielsweise das gerade schon erwähnte IEEE Mitte Mai 2022 in Dresden zum „5G++ Summit“. Wie der Name der Veranstaltung schon andeutet, ging es dabei um die Weiterentwicklung von 5G in Richtung 6G.
Intelligente-Welt-Autor Hannes Rügheimer auf dem 5G++ Summit in Dresden, Mitte Mai 2022.
Wie bei allen Technologiesprüngen wird auch 6G eine Weiterentwicklung des heutigen (und morgiger) 5G-Standards sein. Ob 6G eher Evolution oder eher Revolution sein wird, ist dabei aber eine der Fragen, über auch auf der Veranstaltung in Dresden durchaus intensiv diskutiert wurde.
Der Weg von IoT und Robotik in den Massenmarkt
Der vermeintlich frühe Termin hat aber auch noch einen anderen Grund – und auch der wurde auf dem IEEE-Kongress deutlich: Veranstalter des Summit war die TU Dresden, federführend vertreten durch Prof. Gerhard Fettweis und Prof. Frank Fitzek. Beide sind in der Mobilfunkbranche wohlbekannt als wichtige Impulsgeber für technologische Weiterentwicklungen. Bei Treffen wie dem in Dresden geht es nämlich immer auch darum, die eigenen Ideen und Vorstellungen frühzeitig in den Ring zu werfen – um dann in der weiteren Entwicklung auch wieder eine prägende Rolle zu spielen. Nicht nur die Wissenschaft steckt auf diese Weise „ihre Claims“ ab – dasselbe tun auch die einschlägigen Hersteller wie etwa Nokia, Ericsson, Huawei oder Qualcomm. Auch sie waren mit Firmenvertretern auf dem Kongress und mit Ständen auf der begleitenden Ausstellung vertreten.
Welche Zielsetzung 6G verfolgt, skizzierte Professor Gerhard Fettweis in seinem Eröffnungsvortrag. Dabei machte er auf eine weitere Gesetzmäßigkeit aufmerksam, die er bei der Entwicklung von Mobilfunktechnologien beobachtet hat: Die Standards mit den jeweils ungeraden Nummern etablieren neue Mobilfunk-Technologien im Business-Markt. Mit den geraden Nummern erschließen dieselben Technologien dann den Massenmarkt. Die analogen Mobilfunkstandards beziehungsweise 1G ermöglichten mobiles Telefonieren in erster Linie Geschäftsleuten. GSM beziehungsweise 2G führte diese Anwendung dann in den Massenmarkt. Mit UMTS beziehungsweise 3G konnten vor allem Business-User mobile Datenkommunikation nutzen. Mit 4G/LTE wurde mobiles Messaging und Surfen dann auch für Privatleute attraktiv. 5G vernetzt Roboter und Sensorik in Fabriken und für Industrieanwendungen. Von 6G erwartet Prof. Fettweis, dass etwa ferngesteuerte Roboter oder vernetzte Sensorik sich auch in Privathaushalten etablieren werden.
Noch schneller, höher – aber nicht unbedingt weiter: Neue Frequenzen für 6G
Doch natürlich wird sich 6G nicht allein auf diese Anwendung beschränken. Quasi ganz automatisch dürften sich auch die anderen Mobilfunk-Leistungsdaten verbessern: Noch höhere Datenraten – im Endausbau von 6G soll der Terabit-Bereich geknackt werden. Noch geringere Latenzen – wo es die Anwendungen brauchen, auch mit nur noch Bruchteilen von Millisekunden. Und noch bessere Energieeffizienz im Netz, bei Endgeräten und vor allem bei vernetzten Sensoren und IoT-Applikationen.
Um dies zu ermöglichen, sollen beispielsweise noch höhere Frequenzbereiche für 6G-Mobilfunk erschlossen werden. Aktuell nutzt 5G bis 3,7 GHz, über Frequenzbänder um 26 GHz wird diskutiert. Für 6G haben die Spektrum-Verwalter zusätzlich den Bereich von 110 bis 170 GHz ins Auge gefasst. Und für Ultrakurzstrecken-Verbindungen könnten sogar Frequenzblocks im Terahertz-Bereich in Frage kommen. Allerdings: Diese extrem hohen Frequenzen stellen auch extreme Herausforderungen an Modem-Chips und Sender/Empfänger – für die die Branche erst allmählich erste Lösungskonzepte findet. Zudem gilt: Je höher die Frequenz, umso geringer die Reichweite. Deshalb kommen Terahertz-Frequenzen wohl nur für Kurzstreckenübertragungen in Betracht.
Allerdings haben diese Frequenzen noch eine andere Eigenschaft: Mit ihnen lassen sich Objekte erkennen und die Signalübertragung damit gleichzeitig zum Sensor machen. Die Funkwellen von 6G ließen sich somit quasi nebenbei auch als Sensoren etwa für Gestensteuerungen oder für die Abstandsmessung zwischen Fahrzeugen oder anderen Objekten mit nutzen. Mit extrem hohen Auflösungen von deutlich unter einem Zentimeter. Profitieren dürfte von minimalen Latenzen, extrem hohen Datenraten und ultrapräziser Sensorik beispielsweise das in der IT-Branche gerade sehr gehypte „Metaverse“.
Künstliche Intelligenz überwacht und optimiert 6G-Netze permanent
Die skizzierten Eckdaten haben auch Auswirkungen auf die Netztopologie – also den strukturellen Aufbau der Mobilfunknetze. „Das Netz wird zum Sensor“ ist eine der Vorhersagen für 6G. Die Aussage bezieht sich auf die gerade schon beschriebene Erkennung von Objekten, Fahrzeugen oder sogar Handgesten. Aber auch darauf, dass 6G-Netze zum Beispiel auch Änderungen in den Nutzungsmustern ihrer Teilnehmer erkennen können – und selbstständig darauf reagieren.
In diesem Zusammenhang war in Dresden etwa auch von „Cell-less Mobile Networks“ die Rede. Dies soll nicht bedeuten, dass es in 6G-Netzen keine Mobilfunkzellen mehr gibt. Da sich die Netze aber durch massive Nutzung von Künstlicher Intelligenz permanent selbst überwachen und optimieren, sind ergänzende Konzepte zu den bisherigen, starren Mobilfunktürmen denkbar. So könnte ein 6G-Netz beispielsweise Drohnen oder autonome Fahrzeug als „Füllsender“ zu Orten schicken, an denen die Nachfrage nach Kapazität gerade besonders hoch ist. Die KI sorgt dabei nicht nur für Verfügbarkeit und Kapazität, sondern durch situationsabhängiges Routing von Datenpaketen bereits auf der Luftschnittstelle auch für höhere Zuverlässigkeit. Sprich: Mobiltelefone könnten beispielsweise als Repeater beziehungsweise Relais für 6G-Signale dienen und so den Datenfluss konstant am Laufen halten.
Höhere Datensicherheit durch Quantentechnologien
Ein weiteres wichtiges Thema ist die Übertragungssicherheit in künftigen Mobilfunknetzen. Darauf wies beispielsweise Prof. Frank Fitzek in einem Vortrag hin. Im Jahr 2030 müsse man möglicherweise damit rechnen, dass Quantencomputer bereits in einem solchen Umfang verfügbar sind, dass traditionelle Verschlüsselungsverfahren an ihre Grenzen geraten. Starke Datenverschlüsselung verlässt sich heute darauf, dass das Knacken der Codes mit aktueller Rechenleistung zehntausende oder hunderttausende von Jahren dauert. Wenn die nach gänzlich anderem Prinzip arbeitenden Quantencomputer dazu nur noch wenige Sekunden brauchen, ist die Datensicherheit dahin.
Gleichzeitig bieten Quantencomputer aber auch neue Möglichkeiten zum Schutz von Daten. Geschickt angelegte Quantenkryptografie gilt als theoretisch unknackbar. Und mit sogenannter Quantenverschränkung (der permanenten Wechselwirkung von Quantenteilchen, auch wenn diese räumlich weit voneinander getrennt sind). ließe sich beispielsweise erkennen, ob ein verschlüsseltes Datenpaket schon einmal ausgelesen wurde oder nicht. Auch die gegenseitige Identifikation von Kommunikationsteilnehmern – Ist das Gegenüber wirklich die/derjenige, der sie/er behauptet zu sein? – lässt sich damit absichern.
Gerade diese Beispiele zeigen aber auch, dass die für 6G diskutierten Konzepte an der vordersten Front aktuellen wissenschaftlichen Verständnisses angesiedelt sind. Doch anders lässt sich eine Technologie, die erst in acht Jahren marktreif sein soll, wohl auch kaum planen. Klar ist auch, dass der Forschungsbedarf für solche Lösungen noch erheblich ist.
Auch der Übergang von 5G zu 6G dürfte fließend erfolgen
Wie eingangs schon erwähnt, wird 6G in wichtigen Teilen auf 5G aufbauen. Der Übergang zwischen Mobilfunkgenerationen ist dabei in der Regel auch nicht abrupt, sondern eher fließend. So wie es „3.5G“ als Zwischenschritt zwischen UMTS und LTE oder „4.5G“ als 5G-nahe Tuning-Variante von 4G gab, ist also auch ein „5.5G“ recht wahrscheinlich. Ein solcher Zwischenstandard, den wir vielleicht im Jahr 2026 oder 2027 sehen könnten, würde dann das heutige 5G-Netz mit ersten Konzepten aus 6G weiterentwickeln. In diesem Fall wird das technologische Voranschreiten spannend und faszinierend sein – auch deshalb bleiben wir auch an diesem Thema auf jeden Fall dran.