6G-Mobilfunk

Die 5G-Mobilfunktechnik ist noch gar nicht richtig eingeführt, da geht die Forschung und Entwicklung zur nächsten Generation der Mobilfunktechnik 6G schon weiter. Doch was technisch möglich ist, muss sich in praxisnahen Versuchen erst noch zeigen.

Wann kommt 6G-Mobilfunk?

  • 3GPP Release 21 im Jahr 2027
  • 3GPP Release 22 im Jahr 2028
  • Kommerzielle Einführung voraussichtlich ab 2030

Anforderungen an 6G-Mobilfunk

  • Datenrate im Netz: bis zu 100 GBit/s und punktuell Spitzendatenrate über 1 TBit/s
  • Datenrate für Nutzer: bis zu 1 GBit/s
  • Ende-zu-Ende-Latenz: weniger als 1 ms (* nur in Kombination mit Edge Computing möglich)
  • Latenz der Funkstrecke: 10 bis 100 µs
  • Mobilität: bis zu 1.000 km/h
  • Blockfehlerrate: 109
  • Verfügbarkeit: 99,99999 %
  • Energieeffizienz: 1 pJ/Bit
  • Teilnehmerdichte: 10 Mio./km2
  • Netzabdeckung: vollständig
  • Echtzeitübertragung: extrem hohe Zuverlässigkeit für garantiertes Quality of Service (QoS)
  • Vertrauenswürdigkeit: Datenschutz und Datensicherheit
  • Flexibilität: dynamische Änderungen der Funkzellen-Parameter

* Edge Computing bedeutet, dass die Daten möglichst am Entstehungsort verarbeitet werden.

Bis zu 100 GBit/s

Ziel ist es, dass insgesamt 100 GBit/s in einer Mobilfunkzelle möglich sind, damit die Netzbetreiber für den steigenden mobilen Datenverkehr in der Zukunft gerüstet sind. Dazu ist es erforderlich, dass verschiedene Frequenzbereiche miteinander kombiniert werden können.
Die Datenrate eines einzelnen Teilnehmers soll bis zu 1 GBit/s erreichen.

Sub-6-GHz

Die Nutzung des 6-GHz-Frequenzbandes unterliegt der Allgemeinzuteilung, ist aber regional unterschiedlich geregelt. Es wird hauptsächlich von WLANs benutzt.
Obwohl das 6-GHz-Frequenzband für die klassische Mobilfunknutzung ungeeignet ist, gibt es Bestrebungen, lizenzfreie Frequenzbereiche auch für den Mobilfunk zu nutzen.

mmWave

Der mmWave-Frequenzbereich (Millimeterwellen) ist weniger gut für klassische Funktechniken geeignet, weil die Reichweite zu gering ist. Allerdings eignet es sich für gerichtete Funksignale bei freiem Sichtfeld.
Der Frequenzbereich startet bei 24 GHz und reicht bis 52,6 GHz hinauf. Möglicherweise kommen Teile aus dem Bereich 64 bis 86 GHz hinzu.

Funktechniken

  • In-Band-Duplex-Technik (Senden und Empfangen auf derselben Trägerfrequenz)
  • RIS (Reconfigurable Intelligent Surface)
  • OAM (Orbital Angular Momentum)
  • IHR (Intelligent Holographic Radio)

Richtfunk

In der Regel gilt, dass die Reichweite von Funksignalen geringer wird, je höher der Frequenzbereich ist. Das gilt aber nur dann, wenn die Funksignale relativ großflächig omnidirektional oder sektorweise abgestrahlt werden. Anders sieht das beim Einsatz von Richtantennen aus. Hier kehrt sich das Verhalten um: Das Funksignal hat bei gleicher Sendeleistung mit höherer Frequenz eine höhere Reichweite.
Technisch spricht man von geführten Richtfunksignalen. Dazu muss man aber noch der Frequenzbereich zwischen 95 GHz und 3 THz erforscht werden.

Terahertz-Funktechnik

Die Terahertz-Funktechnik gilt als technisch äußerst anspruchsvoll. Denn Terahertz-Wellen liegen im Spektrum zwischen Infrarot und Mikrowellen. Nach klassischer Definition gehören die Frequenzen ab 300 GHz aufwärts zu den Terahertz-Wellen.
Der Umstieg auf die Terahertz-Funktechnik für eine schnelle Datenübertragung ist unumgänglich, da die vergleichsweise niedrige Betriebsfrequenz keine wesentliche Steigerung der Datenrate mehr zulassen.

Optische Kommunikation

Die Idee ist, die vorhandene Raumbeleuchtung für optischen Funk zu nutzen. Hierfür gibt es viele unterschiedliche Begriffe.

  • optischer Richtfunk
  • optische Freiraumkommunikation (OFK) / Free-Space Optical Communication (FSO)
  • Visible Light Communication (VLC)

Die verschiedenen Begriffe gehen auf unterschiedliche Initiativen und Organisationen zurück, die hierfür Techniken und Systeme entwickeln oder entwickelt haben. Letztlich ist damit immer Datenkommunikation mittels Licht im sichtbaren Spektrum gemeint.

Unterstützung durch künstliche Intelligenz

Natürlich darf das Hype-Thema künstliche Intelligenz nicht fehlen. Der Einsatz von KI soll es ermöglichen, für jeden Teilnehmer den besten Funkweg zu ermitteln und den besten Funkkanal aufzubauen. Beispielsweise berechnet ein KI-Algorithmus die besten Ein- und Austrittswinkel für Richtfunksignale, um die Signale im Zick-Zack gezielt um Objekte unter Ausnutzung von Spiegelungseffekten herum zu führen.
Das muss man sich so vorstellen, dass auf einem Billiard-Tisch mehrere Kugeln liegen und der Spieler soll eine bestimmte Kugel treffen, die aber nicht direkt, sondern nur über Band zu erreichen ist. Für den Spieler stellt sich die Frage, in welchem Winkel muss die weiße Kugel gespielt werden, damit die Kugel die Bande an der richtigen Stelle trifft, um den exakten Weg zur richtigen Kugel zu rollen.

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