6G

Mit jeder Generation der Kommunikationstechnologie verändert sich der Fokus des Netzwerks. Die 2G- und 3G-Ära konzentrierte sich auf die Kommunikation von Mensch zu Mensch über Sprache und Text. 4G markierte eine fundamentale Verschiebung hin zu massivem Datenkonsum, während das 5G-Zeitalter den Schwerpunkt auf die Vernetzung des Internet of Things (IoT) und industrieller Automatisierungssysteme gelegt hat.

Im 6G-Zeitalter werden die digitale, physische und menschliche Welt verschmelzen, um außergewöhnliche Erlebnisse zu ermöglichen. Obwohl es weiterhin zahlreiche Innovationen in 5G gibt – insbesondere mit der 5G-Advanced-Version der neuen Standards –, hat Nokia Bell Labs bereits mit der Forschung zu 6G begonnen, um es bis 2030 kommerziell verfügbar zu machen.

Ähnlich wie heutige Anwendungen auf Multimedia-Technologien basieren, werden zukünftige Anwendungen digitale Welten als Grundlage nutzen. Dynamische Digital-Twin-Welten sind hochauflösende und präzise Repräsentationen der physischen Welt oder virtuelle Modellwelten.

Wie wird uns das 6G-Zeitalter zugutekommen?

Jede Verbesserung der Netzwerkkonnektivität, die 5G für Endnutzer bringt, wird durch 6G weiter optimiert. Egal ob Smart Cities, Landwirtschaft, Fabriken oder Robotik – 6G wird diese Entwicklungen auf ein neues Level heben. Ein großer Teil dieser Fortschritte wird durch 5G Advanced ermöglicht, die nächste Entwicklungsstufe von 5G. Sie bringt höhere Effizienz, erweiterte Funktionen und eine verbesserte Benutzererfahrung mit sich.

Ein Blick in die Vergangenheit zeigt, dass jede neue Mobilfunkgeneration die Use Cases der vorherigen Generation optimiert und neue Anwendungen einführt. Dies wird sich fortsetzen. 6G wird auf den technologischen Fortschritten und Anwendungsfällen von 5G aufbauen, um die Akzeptanz durch Optimierung und Kostensenkung zu fördern. Gleichzeitig wird 6G völlig neue Anwendungen ermöglichen.

Die physische Welt wird noch stärker mit unserer menschlichen Welt verbunden, dank der massiven Verbreitung von Sensoren und künstlicher Intelligenz sowie Machine Learning (AI/ML) in Verbindung mit Digital-Twin-Modellen und synchronen Echtzeit-Updates. Diese Digital Twins sind essenziell, weil sie es uns ermöglichen, Ereignisse in der physischen Welt zu analysieren, Simulationen durchzuführen, Bedürfnisse vorherzusagen und gezielte Maßnahmen in der realen Welt zu ergreifen.

Digital-Twin-Modelle werden bereits mit 5G genutzt. Mit 6G ist zu erwarten, dass diese Technologien in viel größerem Maßstab funktionieren. Sie werden nicht nur in Fabriken, sondern auch in Stadt-Netzwerken oder sogar für digitale Abbilder von Menschen eingesetzt – was erhebliche Auswirkungen auf die Netzwerkarchitektur haben wird.

Obwohl das Smartphone auch im 6G-Zeitalter ein zentrales Gerät bleiben wird, werden neue Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine das Konsumieren und Steuern von Informationen erheblich erleichtern. Touchscreens werden allmählich durch Gesten- und Sprachsteuerung ersetzt, während Geräte immer kleiner werden. Besonders im Gesundheitssektor wird dies ein entscheidender Fortschritt sein, da Wearables eine 24/7-Überwachung der Vitalwerte ermöglichen.

Das Reifen von KI und maschinellem Sehen sowie deren Fähigkeit, Menschen und Objekte zu erkennen, wird kabellose Kameras in universelle Sensoren verwandeln. Funktechnologie und andere Sensormodalitäten wie Akustik werden Informationen über die Umgebung erfassen. Digitale Währungen und Schlüssel werden zum Standard, und möglicherweise könnten wir sogar auf Hirnsensoren setzen, um Maschinen zu steuern.

6G wird auch auf verschiedene Weise zur Nachhaltigkeit beitragen. Durch niedrigere Konnektivitätskosten könnte es die Datenanalyse und Closed-Loop-Steuerung für zahlreiche Geräte unterstützen. Mithilfe fortschrittlicher Analysetools lassen sich gesammelte Daten nutzen, um die Energieeffizienz in verschiedenen Branchen zu verbessern. Die durch 6G ermöglichte multimodale Telepräsenz mit extrem hohen Datenraten könnte zudem den Reisebedarf reduzieren – indem Mixed-Reality-Kollaboration und Remote-Zusammenarbeit Realität werden.

6G wird deutlich energieeffizienter sein, indem Komponenten automatisch abgeschaltet und Kapazitäten dynamisch skaliert werden, wenn die Nachfrage sinkt. Energieeffizienz wird ein zentrales Designkriterium in 6G, ebenso wie andere Schlüsselfaktoren wie Kapazität, Spitzendatenrate, Latenz und Zuverlässigkeit.

Das 6G-Netzwerk

6G erfordert eine grundlegende Veränderung in der Art und Weise, wie Kommunikationsnetze konzipiert werden. Mehrere wichtige Anforderungen müssen miteinander in Einklang gebracht werden: Die enorme Zunahme des Datenverkehrs und die explodierende Anzahl von Geräten und Märkten müssen bedient werden, während gleichzeitig höchste Standards in Bezug auf Leistung, Energieeffizienz und Sicherheit eingehalten werden, um ein nachhaltiges Wachstum auf zuverlässige Weise zu ermöglichen.

5G Advanced ist ein wichtiger Zwischenschritt auf dem Weg zu den Möglichkeiten, die wir mit 6G in größerem Maßstab umsetzen wollen. In den kommenden fünf Jahren wird 5G weiterentwickelt, um sein volles Potenzial auszuschöpfen. Das Design und die Implementierung von Netzwerken erfordert im 5G-Zeitalter ein neues Maß an Intelligenz, das durch Segmentierung, KI und Closed-Loop-Automatisierung gesteuert wird, um den steigenden Datenverkehr zu bewältigen. Die Weiterentwicklung zu 5G Advanced erfordert außerdem eine optimale Unterstützung für geschäftskritische Netzwerkdienste, entweder über Kommunikationsdienstleister (CSPs) oder über industrielle private Funknetze.

Sechs Schlüsseltechnologien, die 6G prägen werden

Künstliche Intelligenz und Machine Learning. AI/ML-Technologien, insbesondere Deep Learning, haben sich in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt und finden bereits Anwendung in Bereichen wie Bildklassifizierung und Computervision – von sozialen Netzwerken bis hin zur Sicherheitsbranche. 5G wird das volle Potenzial dieser Technologien ausschöpfen, und mit den 5G-Advanced-Ansätzen werden AI/ML-Methoden in vielen Bereichen des Netzwerks auf verschiedenen Ebenen und für unterschiedliche Funktionen integriert. Dies reicht von der Optimierung der Strahlformung in der Funktechnologie bis hin zur Netzwerkplanung mit selbstoptimierenden Systemen, die mithilfe von AI/ML eine bessere Leistung bei geringerer Komplexität ermöglichen.

Frequenzspektrum

Das Frequenzspektrum ist ein entscheidender Faktor für die Bereitstellung von Funkverbindungen. Jede neue Mobilfunkgeneration benötigt zusätzliche Spektren, um die Vorteile der neuen Technologie optimal zu nutzen. Die Neuzuweisung bestehender Frequenzbereiche von älteren zu neuen Mobilfunktechnologien wird dabei ebenfalls eine Schlüsselrolle spielen.

Die neuen 6G-Pionierfrequenzbänder werden voraussichtlich sein:

• Mittlere Frequenzen (7–20 GHz) für urbane Outdoor-Zellen, mit hoher Kapazität durch extremes MIMO
• Niedrige Frequenzen (460–694 MHz) für flächendeckende Abdeckung
• Sub-THz-Frequenzen für Datenübertragungsraten von über 100 Gbit/s

Während 5G Advanced die Genauigkeit der Positionsbestimmung bis auf Zentimeterebene verbessern wird – insbesondere für Indoor- und Untergrundumgebungen, in denen Satellitensignale nicht verfügbar sind –, wird 6G die Lokalisierung weiter optimieren, indem ein breites Spektrum genutzt wird, das sich bis in den Terahertz-Bereich erstreckt.

Extreme Konnektivität

Der mit 5G eingeführte URLLC-Dienst (Ultra Reliable Low Latency Communication) wird in 6G weiter verfeinert und verbessert, um noch höhere Anforderungen an extreme Konnektivität zu erfüllen, darunter Latenzzeiten unter einer Millisekunde. Die Netzwerkzuverlässigkeit wird durch gleichzeitige Übertragungen, Multi-Hop-Verbindungen, M2M-Kommunikation und AI/ML-Technologien erhöht.

Erweitertes mobiles Breitband in Kombination mit geringerer Latenz und höherer Zuverlässigkeit wird Anwendungen wie Echtzeit-Videokommunikation, holografische Erlebnisse und digital-twin-Modelle, die durch Video-Sensoren in Echtzeit aktualisiert werden, weiter optimieren.

Im 6G-Zeitalter werden Netzwerke entstehen, die spezifische Anforderungen in Sub-Netzwerken erfüllen – es werden Netzwerke von Netzwerken mit Netzwerken als Endpunkten entstehen.

• Maschinennetzwerke wie ein Fahrzeugnetzwerk oder ein Körperbereichsnetzwerk können Hunderte von Sensoren innerhalb eines Radius von weniger als 100 Metern umfassen.
• Diese Sensoren müssen innerhalb von 100 Mikrosekunden mit extrem hoher Zuverlässigkeit kommunizieren, um das Maschinensystem effektiv zu steuern.
• Drahtlose Netzwerke in Fahrzeugen oder Robotern eröffnen neue Möglichkeiten für Entwickler, da sperrige Verkabelungssysteme überflüssig werden.

Neue Netzwerkarchitekturen

5G ist das erste Mobilfunksystem, das speziell für den geschäftlichen und industriellen Bereich entwickelt wurde und verkabelte Verbindungen ersetzt. Mit steigender Nachfrage und Belastung werden Unternehmen jedoch noch fortschrittlichere Architekturen benötigen, die mehr Flexibilität und Spezialisierung ermöglichen.

5G führt eine servicebasierte Architektur in den Kern- und Cloud-nativen Implementierungen ein, die auf Teile des RAN (Radio Access Network) ausgeweitet werden. Das Netzwerk wird in heterogenen Cloud-Umgebungen bereitgestellt, die private, öffentliche und hybride Clouds kombinieren.

Darüber hinaus wird durch die dezentrale Kernnetzstruktur und die stärkere Zentralisierung der höheren RAN-Schichten eine Kostenreduzierung ermöglicht, indem Funktionen zusammengeführt werden. Neue Orchestrierungslösungen für Netzwerke und Dienste, die auf den Fortschritten in AI/ML basieren, werden ein beispielloses Maß an Netzwerkautomatisierung schaffen, das die Betriebskosten erheblich senkt.

Sicherheit und Vertrauen

Alle Arten von Netzwerken werden zunehmend zum Ziel von Cyberangriffen. Die dynamische Natur der Bedrohungen macht den Einsatz robuster Sicherheitsmechanismen erforderlich. 6G-Netzwerke werden so konzipiert, dass sie Schutz gegen Angriffe wie Jamming bieten. Zudem müssen Datenschutzfragen berücksichtigt werden, insbesondere wenn neue Mixed-Reality-Welten entstehen, die digitale Repräsentationen realer und virtueller Objekte kombinieren.

Auf dem Weg zu Industrie 5.0

In den letzten Jahrzehnten haben zahlreiche technologische Fortschritte die Entwicklung intelligenter Fabriken vorangetrieben. Konnektivität bleibt jedoch eine große Herausforderung. 5G hat die vierte industrielle Revolution mit einer Vielzahl modernster Technologien beschleunigt. Die Weiterentwicklung zu Industrie 5.0 wird mit der breiten Einführung von 6G noch mehr an Dynamik gewinnen.

Die gemeinsame Entwicklung von Kommunikation und Steuerung wird zu niedrigeren Kosten, höheren Datenraten und einer Vielzahl neuer Anwendungsfälle führen. 6G als Sensorsystem ermöglicht eine integrierte Kommunikation, Erfassung und Lokalisierung in einem einzigen System, das den Anforderungen der Industrie gerecht wird und gleichzeitig die Kosten senkt.

Neue energieautarke oder batterielose Geräte können mit 6G durch Backscatter-Kommunikation betrieben werden. Dies ermöglicht eine massive Skalierung der Datenerfassung für Analyse- und Closed-Loop-Steuerungssysteme. Zudem wird der Einsatz mobiler Roboterschwärme und Drohnen in Branchen wie Gastronomie, Gesundheitswesen, Lagerlogistik und Paketzustellung erheblich zunehmen.

Schritte in Richtung 6G

Die Einführung von 5G und später 5G Advanced könnte nicht zu einem besseren Zeitpunkt kommen, da die globalen Ressourcen immer knapper werden. Kommunikationstechnologie wird eine zentrale Rolle dabei spielen, die Produktivität zu steigern und eine umfassende grüne Politik zu unterstützen. 6G wird auf den Erfolgen von 5G aufbauen, das menschliche Wohlbefinden verbessern und neue Möglichkeiten eröffnen, die wir heute noch nicht vorhersehen können.

Erwartungen

Es wird erwartet, dass 6G-Systeme bis 2030 kommerziell verfügbar sein werden – entsprechend dem typischen 10-Jahres-Zyklus zwischen Mobilfunkgenerationen. Die erste Standardisierungsphase wird voraussichtlich 2026 beginnen, als Teil von 3GPP Release 20.

In der Zwischenzeit wird 5G durch 5G Advanced weiterentwickelt, das ein zentrales Thema für 3GPP ab Release 18 sein wird. Ab 2025 wird es kommerzielle Netzwerke antreiben, lange bevor 6G gegen Ende des Jahrzehnts eingeführt wird.

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