Warum 6G die Erwartungen erfüllen wird, die 5G geweckt hat

Der Startschuss für die nächste Generation der Mobilkommunikation ist gefallen: Ein Terabit Daten, also 1000 Gigabit sollen innerhalb von einer Sekunde übertragen werden. In einem Interview erklärt Dr.-Ing. Dr.-Ing. habil. Ivan Ndip, Experte für Antennen und Hochfrequenz-Systeme am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin, dringende Fragen um 6G.

Was bedeutet 6G?

Die wichtigste Frage zuerst: Was bedeutet 6G eigentlich? Dr. Ndip erklärt es folgendermaßen: „6G ist die sechste Generation der Mobilkommunikation. Bei 5G reden wir über eine Datenrate von bis zu 20 Gigabit/Sekunde und eine Latenz von ca. 1 Millisekunde. Mit 6G haben wir das ambitionierte Ziel, ein Terabit/Sekunde und eine Latenz von ca. 100 Mikrosekunden – also das Fünfzigfache der Datenrate und ein Zehntel der Latenz von 5G zu erreichen.“ Er sieht „sehr viele Anwendungen im Bereich der Industrie 4.0, Medizin, Autonomes Fahren, Smart City und Entertainment die davon profitieren würde“, schränkt aber gleichzeitig ein, dass es „auch große Herausforderungen gibt, die erst einmal gelöst werden müssen.“

Worin genau besteht der technische Unterschied zwischen 5G und 6G?

Es gibt viele Unterschiede zwischen 5G und 6G. Dr. Ndip nennt beispielsweise das Frequenzspektrum: „Bis 4G spielte sich die gesamte Mobilkommunikation im Sub-6-GHz-Bereich ab. In 5G befinden wir uns bei 26 GHz, 28 GHz und 39 GHz, also erstmals oberhalb des 6 GHz-Spektrums. Und in 6G beabsichtigen wir, in den Terahertz-Bereich zu gehen, voraussichtlich im D-Band (0,11 THz bis 0,17 THz). Jedoch werden sowohl 5G als auch 6G weiterhin die Frequenzen unter 6 GHz verwendet. Darüber hinaus könnte 6G auch VLC (Visible Light Communication) verwenden, einen vielversprechenden optischen Kommunikationsansatz für die Nahbereichskommunikation, bei dem sichtbares Licht zwischen ungefähr 400 und 800 THz verwendet wird.“

Als zweiten Unterschied nennt Dr. Ndip die Datenrate: „Es wird erwartet, dass 5G eine Spitzendatenrate von ca. 20 Gigabit/Sekunde erreicht, wobei 6G eine Spitzendatenrate von mehr als 1 Terabit/Sekunde erwartet. Es gibt auch einen signifikanten Unterschied zwischen der Datenrate pro Benutzer: In 5G werden ungefähr 100 Megabit/Sekunde erwartet, während für 6G ca. 1 Gigabit/Sekunde erwartet wird.

Als letztes geht Dr. Ndip auf die Latenz ein: Erwartunten zufolgen wird 5G eine Latenz von ungefähr 1 Millisekunde und höher aufweisen. „6G würde weit weniger als eine Millisekunde, vorrausichtlich 100 Mikrosekunden, erreichen.“ Zudem werde es auch einen großen Unterschied hinsichtlich der Anzahl der angeschlossenen Geräte pro Quadratkilometer ebenso wie der Energieeffizienz geben. Dr. Ndip hält es jedoch für verfrüht, diese Unterschiede zu quantifizieren.

Was kann 6G was 5G nicht kann?

Dr. Ndip zieht für den Vergleich, was 6G leisten kann und 5G nicht, das Beispiel des autonomen Fahrens heran und stell fest: „Was 5G erreichen wird, ist eine maximale Datenrate von ca. 20 Gigabit/Sekunde.“ Allerdings fallen durch diverse Sensordaten sowie Up- und Downloads in Echtzeit etwa von Stadtkarten soviele Daten an, dass die „20 Gigabit/Sekunde für all diese Prozesse bei Weitem nicht ausreichen. Darüber hinaus müssen die Autos zuverlässig auf unvorhergesehene Umstände mit extrem geringer Verzögerung autonom reagieren. Daher ist neben den sehr hohen Datenraten gleichzeitig eine sehr kleine Latenz erforderlich.“

Allerdings „ermöglichen es die Spezifikationen von 5G leider nicht, Infrastrukturen und Netze aufzubauen, die gleichzeitig Hunderte von Gigabit/Sekunde und eine extrem niedrige Latenz gewährleisten. Daher sind wir der Meinung, dass mit 5G wahrscheinlich echtes autonomes Fahren gar nicht möglich sein wird. Dabei wissen wir noch nicht einmal, ob die Spezifikationen, die wir heute für 5G haben, überhaupt erfüllt werden. Die notwendige kollektive oder vernetze Intelligenz existiert noch nicht. 5G ermöglicht uns auch nicht, die Datenraten und Latenz, die hierfür notwendig sind. Deshalb brauchen wir 6G.“

Wofür wird 6G benötigt?

Neben dem autonomen Fahren sieht Dr. Ndip auch Anwendungsmöglichkeiten von 6G in der Telemedizin, etwa im Bereich der Tele-Chirurgie: „Dann müsste beispielsweise der operierende Arzt nicht mehr vor Ort sein. So etwas realisiert man schon mit 5G, doch es gibt viele Einschränkungen durch die maximale Datenrate und Latenz, die mit 5G einhergehen.“ Für entsprechende Einsätze in der Praxis bräuchte es Daten in Echtzeit und unkomprimiert mit einer Übertragungsrate von mehreren Hundert Gigabit/Sekunde bis über 1 Terabit/Sekunde sowie eine Latenz von weniger als 1 Millisekunde – das schaffe 5G auf keinen Fall.

6G soll auch die Entwicklungen hochminiaturisierter, tragbarer medizinischer Sensoren, in Kleidung integrierter Sensoren sowie implantierbarer Sensoren ermöglichen, die eine kontinuierliche Überwachung der Vitalparameter von gesunden und kranken Menschen realisieren könnten.

Des Weiteren eröffnet sich durch 6G eine Vielzahl von Anwendungen, „die den enormen Bandbreitenvorteil des Terahertz-Bandes und neue Methoden der künstlichen Intelligenz kombinieren. Zum Beispiel im Bereich der digitalen Zwillinge. Mithilfe von Sensoren, künstlicher Intelligenz, Kommunikations- und Lokalisierungstechnologien werden sie als digitale Duplikate erstellt. Aufgrund der extrem hohen Datenraten und der sehr geringen Latenz, die 6G bieten wird, wäre es möglich, die Realität in einer virtuellen Welt ohne zeitliche oder räumliche Einschränkungen mithilfe digitaler Zwillinge zu überwachen, zu simulieren und zu analysieren. Dies wird in vielen Bereichen der Industrie 4.0, der Automobilindustrie, der Medizin, der Bildung und der Unterhaltung erhebliche Auswirkungen haben.“

Warum mit 6G beschäftigen, wenn 5G noch nicht umgesetzt wurde?

Der Rollout von 5G ist noch längst nicht abgeschlossen, also warum wird sich bereits mit 6G beschäftigt, dass voraussichtlich erst 2030 eingeführt wird? Dazu Dr. Ndip „Es gibt noch so viele offene Fragen, zum Beispiel zur Hardwareentwicklung für die Mobilkommunikation über 100 GHz, da erwartet wird, dass das D-Band (0,11 THz bis 0,17 THz) voraussichtlich verwendet wird. Noch nie wurden solche Frequenzen für die Mobilkommunikation verwendet. Deshalb fängt die Forschungs- und Entwicklungs-Community viel früher an, sich mit der Beantwortung der Software- und Hardwarefragen bis zu den Anwendungen zu befassen.“ 10 Jahre vor der Markteinführung – das sei typisch. „Ungefähr fünf Jahre vor der Einführung werden dann die Spezifikationen festgelegt – dann können Trials folgen. Bevor die Bevölkerung die Vorteile einer neuen Generation genießt, gibt es sehr viel Arbeit dahinter, die von Forschenden umgesetzt wird,“ so Dr. Ndip weiter.

Welche neuen Geschäftsmodelle werden mit 6G entstehen?

Bei den neune Geschäfsmodellen sieht Dr. Ndip zwei Seiten der Medaille: Zum einen seien die Material-, Leiterplatten- und Komponentenhersteller gefordert, denn es sei nicht trivial „ein Hochfrequenz Frontendmodul für Mobilkommunikation herzustellen“. Dies eröffne neue Geschäftsmöglichkeiten auch für KMUs, die bei 1G bis 4G praktisch kaum eine Rolle spielten. „Dadurch entstehen schon jetzt viele neue Geschäftsmodelle, und bei 6G wird es genauso sein.“

Zum anderen wird es sehr kleine Systeme für 6G geben, denn „Je höher die Frequenzen, desto kleiner die Komponenten.“ Solche miniaturisierten 6G-Systeme lassen sich in bestehende Geräte/Maschinen integrieren und neue Upgrades einführen, ohne die Ästhetik zu ändern oder den Formfaktor der Geräte/Maschinen wesentlich zu verändern. „Infolgedessen könnten sich insbesondere in der vertikalen Industrie unzählige neue Anwendungen ergeben. Dies könnte zu einer Explosion an neuen Geschäftsmodellen führen,“ prophezeit Dr. Ndip.