Mission Critical Communication 6GEM – Sieben Testfelder für den Mehrwert von 6G

Anbieter zum Thema

VDI/VDE Innovation + Technik GmbH

Vitel GmbH

6GEM ist einer von vier 6G-Foschungshubs, die Teil der 6G-Initiative des Bundesforschungsministeriums sind. Der Hub soll den Mehrwert zukünftiger 6G-Systeme in sieben Testfeldern für relevante Einsatzfälle aufzeigen.

Die Forschungsarbeiten des Forschungshubs 6GEM werden an Leitszenarien ausgerichtet, die den Mehrwert zukünftiger 6G-Systeme für gesellschaftliche und industriell relevante Einsatzfälle illustrieren. Zu diesem Zweck werden in Nordrhein-Westfalen herausragende Testfelder definiert und mit erforschten 6G-Systemen ausgerüstet: ein digitaler Operationssaal, Hochgeschwindigkeitsintralogistik, automatisierte Produktionsumgebungen, eine großräumige Hafenlogistik sowie Straßenverkehrsszenarien von Innenstadt bis Autobahn.

Bildergalerie

Szenario: Schifffahrtslogistig

Beispielsweise soll 6GEM bei der Logistik am Duisburger Hafen Schlüsseltechnologien und flexible, physische Schichten für einen vollautomatischen Hafenbetrieb (inkl. selbstfahrender Züge und LKW) entwickeln und erproben. Insbesondere soll mit 6G über Extended Reality (XR) die vollautomatische Kranfahrt und Fernwartung der Krane ermöglicht werden.

Der trimodale Hafen ist der größte Binnenhafen der Welt und mit mehr als vier Millionen umgeschlagenen Containern pro Jahr die führende Logistikdrehscheibe in Zentraleuropa. Aktuell entsteht unter der Leitung von 6GEM-Wissenschaftlern ein Funk-Testfeld für die sichere und teilautomatisierte Steuerung der Container-Krane. Von anfänglich drei Güterzügen pro Woche hat sich der Umschlag auf aktuell über 60 Züge pro Woche erhöht – mit einem erwarteten Wachstum auf über 100 Züge.

Szenario: Verkehr

Neben dem Duisburger Hafen bietet das Aldenhoven Testing Center (ATC) seit 2009 auf dem ehemaligen Zechengelände Emil Mayrisch in Aldenhoven mit zwölf Fahrzeugteststrecken hervorragende Bedingungen für Forschung, Entwicklung und Absicherung von einzelnen Systemen und Gesamtfahrzeugen. Klassische Elemente wie eine Ovalbahn, eine Fahrdynamikfläche sowie ein Handlingkurs sind hier ebenso vorhanden, wie eine hoch-variable Stadtumgebung und der Abschnitt einer Autobahn. Auf dem gesamten Testgelände steht aufgrund einer vollständigen Funkabdeckung eine der modernsten Umgebungen zur Verfügung, um Mobilfunklösungen für den vernetzten und autonomen Verkehr der Zukunft zu entwickeln und zu prüfen. Das ATC bietet somit eine einzigartige Plattform zur Demonstration und Erprobung zukünftiger Kommunikations- und Lokalisierungstechnologien, wie sie mit 6G zu erwarten sind und in 6GEM entwickelt werden.

Szenario: Rettungsrobotik

Die Erprobung von 6G-Kommunikations- und Lokalisierungstechnologien kann auch beim Deutschen Rettungsrobotikzentrum (DRZ) in Dortmund erfolgen. Hier werden über mobile Absorberwände funktechnische 6GEM-Szenarien erzeugt, die die für die Vernetzung der Rettungsroboter essenziellen Funksysteme vor große Herausforderungen stellen. Am DRZ werden mit Unterstützung des Bundesforschungsministeriums mobile Robotersysteme für die zivile Gefahrenabwehr in einem sogenannten „Living Lab“ erforscht. Eine Besonderheit des Labors sind die angeschlossenen, innen und auβen liegenden Versuchsflächen, auf denen die vernetzten Systeme in verschiedenen Szenarien gemeinsam mit Anwendern auf ihre Einsatztauglichkeit erprobt werden.

Insgesamt liegt der Fokus der wissenschaftlichen Arbeiten bei allen Testfeldern auf der Realisierung resilienter und hochadaptiver Kommunikation für missionskritische Anwendungen mit minimaler Strahlenexposition in intelligenten Umgebungen. Zudem wird der Einsatz von offenen Systemplattformen erforscht, die flexibel erweiterbar sind, bisherige siloartige Architekturen ersetzen und dabei gleichzeitig höchste Performanz und Effizienz bieten.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler berücksichtigen Prinzipien des „Security by Design“ über alle Systemebenen hinweg und entlang des Produktlebenszyklus von technischen Systemen bereits in der Entwicklungsphase. Dadurch können Fehler und Ausfälle des Systems wie auch Manipulationen von außen erkannt werden, bevor diese innerhalb der Testphase oder im laufenden Betrieb auftreten und mit wesentlich größerem Aufwand behoben werden müssen.

Höchste Datenraten

Als Reaktion auf das Problem der Frequenzknappheit, welches durch die starke Verbreitung drahtloser Geräte und Dienste entstanden ist, soll zudem die Realisierung extrem hoher Übertragungsdatenraten zur Erfüllung der Dienstgüteanforderungen hochinnovativer Anwendungen unter Einbeziehung von Terahertz-Technologien (THz) und deren faseroptischer Anbindung untersucht werden. So werden 6G-Netze zusätzlich höhere Frequenzbänder nutzen als die vorherigen Mobilfunkgenerationen. Die drahtlose THz-Kommunikation wird als technologischer Grundpfeiler für eine Vielzahl von Anwendungsfällen anerkannt, die von körpernahen Anwendungen im Nanomaßstab bis hin zu drahtlosen lokalen Netzwerken im Innen- und Außenbereich sowie Nah- und Weitverkehrsnetzen reichen können.

Einen erheblichen Mehrwert zukünftiger 6G-Systeme versprechen sich die Forschenden in 6GEM durch die enge Verknüpfung der Kommunikationsfähigkeiten mit kooperativ verteilter, Radar-basierter Sensorik („Joint Communication and Sensing“). So kann die Kombination von Kommunikation und Erfassung der Umgebung durch Funktechnik und Sensorik Optimierungshinweise für die Netzsteuerung bzw. die Leistung des Netzes verbessern – beispielsweise mit Hilfe von Sensoren, die Objekte erkennen, die den direkten Ausbreitungsweg des Funknetzes behindern.

Auf Basis dieser Information kann die Funkausrichtung adaptiv und flexibel angepasst oder zu einem anderen Übertragungspunkt für die Kommunikation mit dem Endgerät gewechselt werden. Im Rahmen der Verkehrsüberwachung könnten zukünftig mehrere Sender-/Empfänger-Knoten an einer städtischen Straßenkreuzung durch die Ortung von Fahrzeugen und der Messung ihrer Geschwindigkeiten im Gefahrenfall Warnsignale aussenden – und das in Echtzeit.

Neben den wissenschaftlich-technischen Fragestellungen ermöglicht der konkrete Einsatz der 6G-Technik in unterschiedlichen Szenarien die frühzeitige Auseinandersetzung mit weiterführenden Fragestellungen, wie der umweltverträglichen und sicheren Integration in die Umgebung unter Berücksichtigung notwendiger Erweiterungen der Test- und Prüfszenarien sowie die frühzeitige Integration potenzieller Betreiber und Anwender.

Der vom Bundesforschungsministerium geförderte Forschungshub 6GEM profitiert von der und befruchtet gleichermaßen die ihn umgebende, vielfältige Unternehmenslandschaft mit internationalen Herstellern, zahlreichen Startups und KMU sowie Netzbetreibern, Testhäusern und Anwendern. Somit wird es über das breite Netzwerk des Forschungshubs mit internationalen und an der 6G-Standardisierung mitwirkenden Organisationen und Unternehmen möglich sein, über die Beteiligung von Hochschulvertretern hinaus die notwendige Schwungmasse zu entwickeln, um die in 6GEM erarbeiteten Ergebnisse in zukünftigen 6G-Spezifikationen zu verankern.

Es wird allgemein angenommen, dass in 6G deutlich höhere Frequenzen und wesentlich mehr Antennen als in bisherigen Mobilfunksystemen zum Einsatz kommen könnten, so genannte intelligente konfigurierbare Oberflächen und satellitenunterstütze Kommunikation. Zudem wird 6G die erste Mobilfunkgeneration sein, die mit den Möglichkeiten des Post-Quantum-Computing konfrontiert sein wird. Zugleich werden auch neuartige Ansätze wie Künstliche Intelligenz und insbesondere Maschinelles Lernen in Verbindung von domänenspezifischem Expertenwissen an den Stellen genutzt werden, die besondere Hebelwirkung erwarten lassen. Dies kann und wird zu disruptiven Effizienz- und Leistungssteigerungen führen. Dieser Prozess wird durch die Entwicklung echtzeitfähiger digitaler Zwillinge für einen ganzheitlichen Systementwurf, effiziente Testverfahren und den zuverlässig vorausschauenden operativen Betrieb sowie kontinuierliches maschinelles Lernen unterstützt.

Der Forschungshub 6GEM, der aus einem Verbund der Universitätsstandorte Aachen, Bochum, Dortmund und Duisburg-Essen und vier weiteren renommierten außeruniversitären Forschungsinstituten besteht, verfolgt dabei vier nachhaltige Zielsetzungen:

• die Schaffung eines offenen 6G-Standards, der die unabhängige Verwertung von Innovationen auch durch kleinste Unternehmen erlaubt und damit die technologische Souveränität von Hightech-Standorten wie Deutschland fördert

• die Erzielung der notwendigen Energieeffizienz unter Berücksichtigung der vollständigen Lieferkette

• der Schutz des Menschen in allen 6G-Anwendungsfeldern, zum Beispiel im autonomen Straßenverkehr, in der Logistik und Robotik

• den Schutz der Privatsphäre des Menschen durch „Data Protection by Design“ zu ermöglichen

Mit all diesen neuen Möglichkeiten muss 6G Leistungsmerkmale vorweisen, die deutlich über den aktuellen 5G-Standard hinausgehen. Dies beinhaltet Bandbreite, Datenrate, Abstrahlcharakteristik, Energieeffizienz, Sicherheit und Privatsphäre, Nutzerdichte, Latenz, Zuverlässigkeit, Mobilität und Lokalisierung. Dies alles sind Merkmale, die sich nicht nur im beruflichen Umfeld, sondern auch im privaten Alltag bemerkbar machen werden. So wird dies bspw. weniger Verbindungsabbrüche auf Konzerten oder in Verkehrsmitteln, eine höhere Videoqualität, eine längere Batterielebensdauer oder eine geringere Verzögerung bei Live-Übertragungen bedeuten.

Über den Autor

Prof. Dr.-Ing. Aydin Sezgin erwarb im Jahr 2000 den Dipl.-Ing. (M.S.) in Nachrichtentechnik an der Technischen Fachhochschule Berlin (TFH) und im Jahr 2005 den Dr.-Ing. (Ph.D.) in Elektrotechnik an der TU Berlin. Von 2001 bis 2006 war er am Heinrich-Hertz-Institut in Berlin tätig. Von 2006 bis 2008 war er Postdoktorand und Dozent an der Stanford University (USA).

Von 2008 bis 2009 hatte er eine Postdoc-Stelle am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik der University of California in Irvine (USA) inne. Von 2009 bis 2011 war er Leiter der Emmy-Noether-Forschungsgruppe für drahtlose Netzwerke an der Universität Ulm. Im Jahr 2011 wechselte er als Professor an die TU Darmstadt. Derzeit ist er Professor für Informationssysteme und -wissenschaften an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Ruhr-Universität Bochum.

Es geht um deutlich mehr als ein schnelleres Handy

Forschung zum neuen Mobilfunkstandard 6G schreitet voran

Forschung zum neuen Mobilfunkstandard 6G schreitet voran

6G-RIC – 6G-Grundlagenforschung braucht einen ganzheitlichen Blick

Interaktion zwischen Mensch und Maschine im realen und virtuellen Raum

6G-life – Wie werden wir in Zukunft leben?

Der Open6GHub

Neue Kommunikations­konzepte für 6G

„Es geht nur mit den Unternehmen“

Deutsche 6G-Forschung im engen Schulterschluss mit der Industrie

(ID:49703587)