Holografische Echtzeitvideos mit fotorealistischen Inhalten und realistischer 3D-Tiefe in Videokonferenzen oder ein engeres Zusammenspiel von Mensch und Maschine, quasi die Vollvernetzung von realer Welt und virtuellen Welten: Die neue Mobilfunkgeneration 6G soll – wie die Generationen zuvor – wieder ganz neue Möglichkeiten bieten und dafür natürlich mit höheren Datenraten und kürzeren Reaktionszeiten aufwarten.

Doch noch ist man gerade erst dabei, die 5G-Versorgung auszubauen. Die Bundesnetzagentur gibt für Oktober 2022 eine 5G-Versorgung auf rund 79 Prozent der Fläche des Bundesgebiets an. Wenn man sich die einzelnen Mobilfunkbetreiber näher anschaut, stellt man fest, dass sie jeweils rund 37 bis 55 Prozent der Fläche versorgen. Da ist also noch ordentlich Luft nach oben und einiges zu tun. Dennoch arbeiten Forschung und Industrie bereits eifrig am Nachfolgestandard 6G, der Anfang der 2030er-Jahre in Betrieb gehen soll. Die erste Spezifikation eines globalen 6G-Standards wird innerhalb der kommenden fünf bis sieben Jahre erwartet.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) startete im Sommer vergangenen Jahres sogar ein industriegeführtes Projekt namens 6G-ANNA, um die Entwicklung und schließlich die Implementierung der Mobilfunktechnologie der sechsten Generation voranzubringen. Das Projekt mit einem Zeitraum von drei Jahren wird von Nokia geleitet und vom BMBF mit knapp 40 Millionen Euro unterstützt. Zu den beteiligten Unternehmen gehören etwa Airbus, Bosch, Siemens, Rohde & Schwarz und Vodafone. 6G sei eine riesige Chance für Deutschland, die wir nutzen müssten, betont Bettina Stark-Watzinger gegenüber dem „Handelsblatt“. Die 6G-Forschung schaffe die „Vo­raussetzung für Innovationen und Wachstum“, so die Bundesministerin für Bildung und Forschung.

Noch einen Schritt weiter geht Björn Brundert, Principal Technologist, Office of the CTO, Global Field bei VM­ware: „6G soll Konnektivität in alle Lebensbereiche bringen und bisher nur vorstellbare technische Innovationen in der Realität ermöglichen“, formuliert Brundert die hochgesteckten Erwartungen.

Ähnlich klingt es bei Nick Kriegeskotte, Leiter Infrastruktur & Regulierung beim Digitalverband Bitkom: „Mit 6G sollen in den 2030er-Jahren die Mobilfunknetze entstehen, die das ,Internet of Everything‘, also die Vernetzung von Menschen mit der digitalen und physischen Welt, ermöglichen.“

Bis zur Standardisierung der sechsten Generation der mobilen Konnektivität ist noch unklar, welche endgültige Form 6G annehmen wird. Die große Vision sei die Vertiefung der Verbindung und Integration zwischen der digitalen, physischen und menschlichen Welt, erklärt Björn Brundert. Darüber hinaus werde der neue Mobilfunkstandard 6G „definitiv mehr sein als eine technische Weiterentwicklung“. Das Ziel von 6G bestehe darin, die Umwelt- und Energieeffizienz, die digitale Integration und die Anpassungsfähigkeit verschiedener Branchen, wie der Gesundheitsbranche oder der Security, zu verbessern.

Bereits der 5G-Mobilfunk, der Datenraten von bis zu 10 GBit/s unterstützt, ermöglicht eine Echtzeitkommunikation und wird als Schlüsseltechnik der Digitalisierung gesehen. Dennoch machen sich Forscher und Entwickler rund um den Erdball bereits Gedanken, wie der Mobilfunk der sechsten Generation aussehen könnte. Typischerweise stellt sich bei Technologie-Wechseln immer die Frage: Ist es eher eine Evolution oder eine Revolution? So ist es auch beim Mobilfunk von einem „G“ aufs nächste „G“.

„Ein revolutionärer Aspekt von 5G war die Unterstützung von mmWave-Frequenzen für den zellularen Mobilfunk“, erklärt Andreas Rößler, Technology Manager Wireless bei Rohde & Schwarz. Das hatte es bis dahin aufgrund der Ausbreitungseigenschaften von elektromagnetischen Wellen bei diesen hohen Frequenzen von zum Beispiel 28 oder 39 GHz nicht gegeben. „Erste theoretische Untersuchungen dazu wurden bereits im Juni 2011 veröffentlicht. Ungefähr vier Jahre später gab es die ersten Prototypen und noch einmal fünf Jahre später ging das erste 5G-Netz in den USA ,on air‘, das mmWave-Frequenzen nutzte“, so Rößler. Es dauerte also knapp neun Jahre. „Mit der aktuellen Annahme, 6G komme im Jahr 2030, bedeutet das im Umkehrschluss, dass wir uns mit den revolutionären Aspekten, die 6G ausmachen sollen und werden, bereits heute beschäftigen müssen.“ Die Forschung und Teile der Industrie machten das bereits seit mehr als drei Jahren.

An den Technologiekomponenten, die möglicherweise einen zukünftigen 6G-Standard ausmachen, wird laut Rößler momentan intensiv geforscht – und das weltweit. Es sei davon auszugehen, dass ein künftiger 6G-Standard zwei Frequenzbereiche unterstützt, die heute noch nicht von 5G unterstützt werden. „Dabei handelt es sich zum einen um den (Sub-)THz-Bereich zwischen 100 und 300 GHz, zum anderen um die Frequenzen zwischen 7 und 24 GHz.“ Eine weitere Neuerung beziehe sich auf die Signalverarbeitung: „Heute basiert sie auf deterministisch entwickelten Software-Algorithmen, die in 4G und 5G zur Anwendung kommen. Künftig werden diese durch KI-basierte Algorithmen ersetzt oder zumindest unterstützt werden.“

Des Weiteren sollen 6G-Netze einen sogenannten sechsten Sinn bekommen. Es wird erwartet, dass nicht nur reine Kommunikation im Vordergrund steht, sondern auch das Abtasten der direkten Umgebung, um zum Beispiel Objekte oder Gegenstände zu detektieren. Ziel ist es, mit den so gewonnenen Informationen die Kommunikationsverbindung an die lokalen Bedingungen anzupassen und damit noch effizienter zu werden.

Wie schnell 6G letztlich sein wird, lässt sich laut Andreas Rößler noch nicht endgültig sagen. Oft stehe die Datenrate im Vordergrund, wobei zwischen der sogenannten Peak Data Rate und der User Experience Data Rate unterschieden werden müsse. Die erstere gibt an, was mit dem Standard unter idealen technischen Bedingungen möglich ist. Die zweite – die für die Nutzer wichtigere Kenngröße – gibt an, was unter alltäglichen Bedingungen maximal erwartet werden kann. „Bei 6G wird davon ausgegangen, das Spitzendatenraten von bis zu 1 TBit/s unterstützt werden, und die Nutzerdatenrate soll typischerweise bei 1 GBit/s liegen“, erklärt Rößler.

Unter Laborbedingungen sind in Tests die rasanten Geschwindigkeiten von 1 Terabit pro Sekunde bereits erreicht worden. „Das ist etwa 100-mal schneller als 5G“, erklärt Vodafones Technikchefin Tanja Richter. Auch wenn man in der Praxis diese Werte sicherlich nicht erreiche, wie bereits Andreas Rößler erläutert hat, so müsse 6G in jedem Fall eine Antwort auf die stetig steigenden Datenströme liefern. „Schon heute haben wir Wachstumsraten von 30 Prozent jährlich beim Datenverkehr. Das wird sich noch steigern“, so Tanja Richter.

Vodafone baue zum Beispiel deshalb schon heute sein Mobilfunknetz um. „Wir verlagern Rechenkapazitäten an den ,Rand‘ der Netze oder bauen leistungsstarke Server-Systeme direkt bei den Industriekunden auf.“ Das wird sich laut Tanja Richter mit 6G fortsetzen. Künstliche Intelligenz in der Netztechnik werde zunehmen und helfen, die vielfältigen Anforderungen zu erfüllen.

Wie die Unterschiede zwischen 5G und 6G im Detail aussehen werden, ist laut den Experten von Rohde & Schwarz in diesem frühen Stadium noch nicht wirklich abzusehen und die Frage danach daher schwierig zu beantworten. Nichtsdestoweniger gebe es Trends, die in der einen oder anderen Form beim 6G-Mobilfunk Realisierung finden würden. „Bei 6G wird definitiv der Anteil von Artificial Intelligence und Machine Learning (AI/ML) noch weiter steigen, als es bei 5G heute schon der Fall ist, zum Beispiel in der Netzautomatisierung und im Netzmanagement“, erläutert Andreas Rößler. KI-/ML-basierte Algorithmen würden bei 6G in der Signalverarbeitung zwischen Basisstation und Mobiltelefon eingesetzt werden und die Funkverbindung weiter optimieren und effizienter machen. „Heutige Standards wie 4G und 5G optimieren die Luftschnittstelle auf spektrale Effizienz (Bit/s/Hz), also darauf, möglichst viel Datendurchsatz über eine gegebene Bandbreite zu realisieren. In 6G zeichnet sich der Trend ab, dass eventuell auf die Energieeffizienz optimiert wird.“ Das heißt: Je nach Situation und Lage, etwa morgens, abends oder um Mitternacht, und auch geografischen Bedingungen rekonfiguriert sich der Standard und setzt andere Zugriffsverfahren und Protokolle auf der Luftschnittstelle ein, um die Daten möglichst energieeffizient übertragen zu können.

Auch wenn 6G derzeit eher ein Thema für Wissenschaftler und Entwickler ist, haben die Mobilfunkbetreiber den Mobilfunk der Zukunft ebenfalls schon auf dem Radar – obwohl sich etwa Vodafone aktuell auf den Ausbau seiner 5G-Netze konzentriert. „5G ist heute, 6G die Zukunft“, bringt es Tanja Richter auf den Punkt. Normalerweise kommt der Vodafone-Technikchefin zufolge alle zehn Jahre eine neue Mobilfunkgeneration heraus. „Mit 5G sind wir 2019 gestartet, dann wäre 2029/2030 ein möglicher Startschuss für das 6G-Netz.“ Die Standardisierungs- und Zulassungsprozesse für die neue Technologie fänden jedoch schon früher statt und die Spezifikation für die kommenden 6G-Netze werde in den nächsten Jahren auf internationaler Ebene festgelegt. „Und dort müssen Deutschlands Telekommunikationskonzerne mitreden und den 6G-Standard gestalten. Deshalb ist es wichtig, sich heute schon intensiv mit 6G zu beschäftigen.“

Bereits bei 5G ist die Situation so, dass für eine flächendeckende Versorgung deutlich mehr Funkmasten gebraucht werden als für den Vorgänger LTE/4G. Da stellt sich die Frage, ob 6G noch mehr Mobilfunkstationen notwendig machen wird. Das Errichten von Funkmasten und Basisstationen hängt dabei laut Andreas Rößler von vielen Faktoren ab. Einer dieser Faktoren sei die Trägerfrequenz. „Als Daumenregel kann man sagen, je höher die Frequenz, desto mehr Basisstationen braucht man, um die gleiche Fläche zu versorgen. Wohlgemerkt, wenn ich nur diese hohe Frequenz nutze.“ Dieses Modell sei aber nicht wirtschaftlich und für keinen Netzbetreiber der Welt rentabel: „Hohe Frequenzen sind attraktiv, weil dort hohe Bandbreiten zur Verfügung stehen. Hohe Bandbreite ermöglicht hohe Datenraten, aber eben nur auf eine beschränkte Distanz.“

Unter wirtschaftlichen Aspekten ergebe es deshalb nur Sinn, diese hohen Frequenzen dort einzusetzen, wo viele Nutzer mit einem Anspruch auf hohe Datenraten zu erwarten sind, etwa in Stadtzentren, Einkaufsmeilen, Stadien, Konzerthallen, Flughäfen und Bahnhöfen. Und selbst dort dürfe man, so Rößler, keine flächendeckende Versorgung mit hohen Frequenzen erwarten, sondern nur eine punktuelle. „Das hat aber nicht unbedingt nur mit technischen Herausforderungen, sondern vielmehr mit logistischen Einschränkungen zu tun wie Verfügbarkeit des Standorts, Anbindung an das Kernnetz, Stromversorgung und so weiter. Diese fundamentalen Aspekte kann und wird auch 6G nicht ändern, daher wird es auch nicht alle paar Meter einen Funkmast geben.“

Die Sorge vor einen Antennenwald in Deutschland zerstreut auch Tanja Richter von Vodafone. Sicherlich werde man die Mobilfunknetze in Zukunft weiter verdichten müssen. Vor allem dort, wo besonders viele Menschen zusammenkämen und die Anforderungen an Bandbreite und Kapazität hoch seien, entstünden auch neue Standorte für Antennen. Aber: „Die Mobilfunktechnik entwickelt sich weiter, wird leistungsstärker, smarter und energieeffizienter. Daher werden die anfallenden Daten auch über die bestehende Mobilfunkinfrastruktur ans Ziel gelangen können“, so Richter.

Auch auf Campus-Netze – werkseigene Mobilfunknetze, die von außen nicht zugänglich sind – wird 6G Auswirkungen haben. Auf Basis des Mobilfunknetzes erlauben Campus Area Networks eine Vernetzung zum Beispiel von Produktionsanlagen, ohne dass hierfür zusätzliche Kabel auf dem Gelände verlegt werden müssen.

„Neben den bereits genannten Aspekten sind gerade für private Campus-Netze zwei Merkmale aus 5G entscheidend: Verlässlichkeit und Latenz“, betont Reiner Stuhlfauth. Er ist wie Andreas Rößler Technology Manager Wireless bei Rohde & Schwarz. Die Netzverfügbarkeit sei ein wesentliches Kriterium. Dabei gehe es nicht nur um 6G als Kommunikationstechnologie, sondern es finde eine Konvergenz der verschiedenen Technologien statt, beispielsweise die Integration von 5G in den Prozessablauf einer Fabrik. „Wir kombinieren die Operationsdaten (Operational Technology, OT) mit den Informationsdaten (Information Technology, IT) und durch dieses Zusammenspiel lassen sich völlig neue Anwendungen realisieren.“ Latenz ist laut Stuhlfauth nicht unbedingt nur die schnelle Übertragung, sondern vor allem eine deterministische Einschätzung der Laufzeit. Das bedeutet: Arbeitsschritte, die zeitlich getaktet voneinander ablaufen, lassen sich besser synchronisieren und beschleunigt durchführen. „Und last, but not least hat 6G nicht nur mit Funk zu tun, daher will ich auch den Sicherheitsaspekt ansprechen“, betont  Reiner Stuhlfauth. „Mobilfunk führt heute die Teilnehmer-Authentisierung auf Basis der bekannten SIM-Karte durch. Ähnlich wie bei einem Reisepass wird damit die Identität des Endanwenders verifiziert. Künftig wird es aber vielleicht auch die Möglichkeit über SIM-free-Authentisierungen geben, also ähnlich wie Modelle aus dem Bereich Blockchain, bei denen Mehrheitsentscheidungen über Vertrauen mitentscheiden.“

Wie auch immer die technischen Daten von 6G letztlich aussehen werden – der neue Mobilfunkstandard wird wie seine Vorgänger sicher wieder ganz neue Geschäftsmodelle hervorbringen. Als Beispiel nennt Alexander Pabst, Vice President Market Segment Wireless Communications bei Rohde & Schwarz, das Nachverfolgen von Frachtgütern wie Container. Wegen der Forderung nach allgegenwärtiger Erreichbarkeit sollen sie weltweit verfolgbar sein, auch auf dem Meer. Weitere Beispiele: „Notrufe können selbst in abgelegenen Gegenden abgesetzt werden. Und autonome Fahrzeuge bekommen jederzeit und allerorts notwendige Daten.“ Extended Reality biete neue Geschäftschancen bei Freizeitaktivitäten, aber auch virtuelle Hilfestellung bei der Arbeit. Die Kombination von Kommunikation und Sensorik eröffne Chancen im Bereich Healthcare, etwa in der Gesundheitsüberwachung.

Neue Möglichkeiten sind auch im Bereich cyberphysikalischer Systeme der Industrie 4.0 zu erwarten, also für das automatisierte Fahren, im neuen Ökosystem des Individual-Luftverkehrs, in der Präzisionslandwirtschaft und vielen weiteren. Dazu bedarf es laut Nick Kriegeskotte vom Bitkom jedoch einer zielgerichteten Konzeptionierung für die potenziellen Anwender. Bis jetzt seien Mobilfunksysteme stark auf die Konnektivität am Boden ausgerichtet, aber „neue Anforderungen aus der Schiff- und Luftfahrt lassen eine Ausdehnung der Netzabdeckung erwarten“.

Den 6G-Anwendungsfall mit der größten Bedeutung sieht Nick Krieges-kotte im Bereich Verkehrsmanagement. „Das automatisierte Fahren kann unterstützt werden in der Wechselwirkung zwischen vernetzten und nicht vernetzten Verkehrsteilnehmern, die im 6G-System erfasst und verfolgt werden können.“ Es könne aber auch eine in Echtzeit aktualisierte Ansicht der realen Welt in den Cyberraum gespiegelt und damit die Vision des Metaversums Realität werden.

Wie die tägliche Kommunikation mit 6G einmal aussehen könnte, skizziert Nick Kriegeskotte ebenfalls anhand des Metaversum-Beispiels – neue, immersive Kommunikationserlebnisse im Metaversum würden sich als zukünftiges Kommunika­tionsparadigma abzeichnen. „Die Grenze zwischen digitaler und physischer Welt verschwimmt mit 6G: Immersive Telepräsenz durch gemischte Realität oder holografische Telepräsenz bietet außergewöhnliche und immersive Erfahrungen.“

Die Entwickler und Forscher arbeiten bereits fleißig am neuen Mobilfunk der sechsten Generation. Und allzu lange müssen wir darauf vielleicht auch gar nicht warten: „Wenn man bedenkt, dass erste 5G-Netze in Südkorea und den USA schon 2019 eingeführt wurden, können wir bei 6G davon ausgehen, dass erste Netze 2029, spätestens 2030 ,on air‘ sein werden“, prognostiziert Andreas Rößler. Man müsse aber beachten, dass typischerweise nicht alle Funktionalitäten, wie sie im Standard generell definiert sind, dann auch schon verfügbar seien. Die Netze würden sukzessive in der Fläche erweitert und mit neuen Funktionen ausgestattet werden. „Das war bei LTE/4G so und wir sehen das heute bei 5G. 6G wird da keine Ausnahme sein.“

Einige Jahre in der Zukunft liegt die Einführung von 6G schon noch. Und bis dahin werden sich sicher auch weitere technologische Fortschritte in der Kommunikation ergeben. „Was heute Videokonferenzen sind, sind zukünftig vielleicht Realtime-Gespräche in Virtual oder Augmented Reality – unterstützt zum Beispiel durch Sensoren und Geräte, die die virtuelle Zusammenkunft von Avataren einem realen Treffen noch ein Stückchen näherbringen“, so Björn Brundert von VMware. Der Austausch von Bildern oder Videos werde sich wahrscheinlich auch nicht mehr auf immer hochauflösende 2D-Grafiken beschränken, sondern man werde, so Brunderts Prognose, zunehmend zum Beispiel 360-Grad-Bilder sehen. „Gleiches gilt für Augmented Reality – sei es beim Einsatz im Arbeitsumfeld (etwa Fertigung, Logistik oder Medizin), wo mit digital erweiterter Realität sicherere oder schnellere Abläufe ermöglicht werden, oder im privaten Kontext, wo sich etwa beim Reisen völlig neue Möglichkeiten ergeben.“