6G: Digitale Zwillinge für alles und jeden

Noch wartet Europa auf die breite Verfügbarkeit von 5G, da wird schon an der nächsten Mobilfunkgeneration gearbeitet. Sie soll dann all das halten, was die aktuelle eigentlich versprochen hatte.

3G (UMTS) wird dieses Jahr abgeschaltet, der 5G Ausbau läuft auf Hochtouren, und weltweit beginnen Forscher und Unternehmen den nächsten Mobilfunkstandard 6G vorzubereiten. Der scheint dann zu erfüllen, was eigentlich 5G schon versprochen hatte. So jedenfalls Ivan Ndip vom Fraunhofer Institut IZM in einem Interview.

Denn 5G erfüllt etwa beim autonomen Fahren oder bei telechirurgischen Eingriffen mit seinen Datenraten und Latenzzeiten nicht wirklich alle Voraussetzungen. Ein „schnellerer“ Mobilfunkstandard muss also her. So ist der Kampf um die 6G-Vorherrschaft entbrannt. Denn wer da bei der Entwicklung und Patentierung die Nase vorne hat, könnte den Experten von Frost & Sullivan zufolge Gewinner der nächsten industriellen Revolution sein. Und zu entwickeln gibt es nicht wenig.

6G – das bessere 5G?

Denn 6G soll die Leistungsfähigkeit des Mobilfunks was Spitzendurchsatz, Anwenderdatenrate, Zuverlässigkeit, Latenz sowie Energieeffizienz und Lokalisierungsgenauigkeit betrifft noch einmal deutlich steigern. Und das bei einer gleichzeitig sehr viel höheren Verbindungsdichte (Geräte/Quadratkilometer). 5G unterstützt hier „nur“ bis zu einer Million vernetzter IoT-Geräte auf einer Fläche von einem Quadratkilometer.

Auch was Datenrate und Latenz angeht, hat 6G deutlich die Nase vorne. Die Nutzung von Terahertz-Frequenzen ab 100 GHz lassen Datenraten bis zu einem Terabit/Sekunde und Latenzen von ca. 100 Mikrosekunden zu – also das Fünfzigfache der Datenrate und ein Zehntel der Latenz von 5G. Damit meistert eigentlich erst der künftige 6G-Standard Anwendungen wie Virtual Reality, digitale Zwillinge, Teleoperation und autonomes Fahren. Gleiches gilt für medizinische Sensoren - implantiert oder in der Kleidung - für die kontinuierliche Überwachung von Vitalparametern und vernetzt über ein Terahertz Body Area Network.

Eine „disruptive“ Allianz verspricht zudem die Kombination des enormen Bandbreitenvorteils eines Terahertz-Bandes mit künstlicher Intelligenz. Mit Hilfe von digitalen Zwillingen lässt sich dadurch völlig uneingeschränkt und vollständig die Realität in einer virtuellen Welt überwachen, simulieren und analysieren. Und das nicht nur in Industrie-4.0-Umgebungen, der Automobilindustrie oder der Medizin – die Auswirkungen werden sich auf das gesamte gesellschaftliche und wirtschaftliche Leben niederschlagen.

USA gegen China

Klarer Weltmarktführer in Sachen 5G ist China, denn Huawai dominiert das globale 5G-Geschäft. Einer gerade veröffentlichten PwC-Analyse zufolge stehen allerdings die USA mit prognostizierten wirtschaftlichen Auswirkungen von 484 Mrd. Dollar bis 2030 an der Spitze der 5G-Gewinner, gefolgt von China (220 Mrd. Dollar), Japan (76 Mrd. Dollar) und Deutschland (65 Mrd. Dollar). Dabei sollen die USA und Australien am meisten von 5G-Anwendungen im Bereich der Finanz-Dienstleistungen profitieren, Indien auf dem Feld der „smarten“ Versorgung und China sowie Deutschland im Fertigungssektor.

Auch beim 6G-Standard will das Reich der Mitte zukünftig nicht an Boden verlieren. So schickte es etwa im November 2020 Satelliten ins All um erste 6G-Übertragungen zu testen. Und Huawei betreibt seit einiger Zeit ein 6G-Forschungszentrum in Kanada.

Nebenan in Südkorea stellte letztes Jahr Samsung seine 6G-Visionen in einem Whitepaper vor. Eine wichtige Rolle spielen dabei digitale Zwillinge für alles und jeden. Die "Cross-Realität", also der nahtlose Übergang zwischen „echt“ und „virtuell“, wird dabei von Hologrammen und Augmented Reality unterstützt.

Washington hat im Oktober die "Next G Alliance" ins Leben gerufen, um den USA eine Vormachtstellung bei 6G zu sichern. Zu den Mitgliedern der Allianz gehören Schwergewichte wie Apple, AT&T, Qualcomm und Google.

Europa - 6G ohne China?

Anfang 2021 startet auch in Europa mit Hexa-X das erste offizielle 6G-Entwicklungsprojekt. Unter der Leitung von Nokia sind unter anderem mit von der Partie: Ericsson, Intel, Siemens, die Netzbetreiber Orange S.A. (Frankreich) und Telefonica S.A. (Spanien) sowie die Universität von Oulu, Finland.

Hierzulande entwickelt seit Jahresbeginn die Fraunhofer-Gesellschaft im Leitprojekt „6G SENTINEL“ Funkkanalmodelle und Link-Level-Simulatoren für den Frequenzbereich zwischen 100 und 300 GHz. Darauf aufbauend soll der Prototyp eines hoch integrierten Terahertz-Sendemoduls entstehen. Die zweite Säule des Projekts bilden Softwarelösungen für die flexible Gestaltung der Netze. Ziel ist die Demonstration einer anpassungsfähigen Architektur für heterogene 6G-Netze, in denen neben THz-Technologien insbesondere Satelliten und fliegende Plattformen eine Rolle spielen.

6GKom - das erste vom BMBF geförderte 6G-Projekt - forscht unter der Leitung des Fraunhofer IZM bereits seit dem 1. Oktober 2019 an Terahertz-Modulen.

Noch steht das Projekt 6G am Anfang und noch werden die Anforderungen der verschiedenen Stakeholder an den neuen Standard gesammelt. Was letztlich den Sprung in das finale Pflichtenheft schafft, ist offen. Danach erst ist es an der ITU (International Telekommunikation Union) eine Norm zu erarbeiten, nach der die Industrie eine 6G-Basisversion entwickeln und gegen Ende des Jahrzehnts mit der Einführung beginnen kann.

Knowledge Base

Samsung: The Next Hyper-Connected Experience for All
https://cdn.codeground.org/nsr/downloads/researchareas/6G%20Vision.pdf

Erstes 6G-Whitepaper vom Flagship-Kongress an der finnischen Universität Oulu im März 2019
Key Drivers and Research Challenges for 6G Ubiquitous Wireless Intelligence

PwC: The global economic impact of 5G
https://www.pwc.com/gx/en/tmt/5g/global-economic-impact-5g.pdf

University of Oulu, Finland: 6G White Paper über Lokalisierung und Sensorik
http://jultika.oulu.fi/files/isbn9789526226743.pdf