Der Open6GHub Neue Kommunikations­konzepte für 6G

Der Open6GHub ist ein Forschungshub und Network-of-Excellence, in dem 47 Forschergruppen aus 11 Universitäten und 6 Forschungsinstituten ihre Kompetenzen bündeln, um neue Kommunikationskonzepte für 6G, die nächste Generation des Mobilfunks, zu entwickeln.

Ziel des vom Bundesforschungsministerium geförderten Open6GHubs ist es, zur globalen Entwicklung von 6G beizutragen und hierbei besonders auch unsere gesellschaftlichen Interessen einzubringen. Der Aufbau einer sicheren und widerstandsfähigen Kommunikationsinfrastruktur, die Gewährleistung von Datenschutz und Privatsphäre, die Ermöglichung einer energieeffizienten Digitalisierung für eine nachhaltige Wirtschaft und die Bereitstellung mobiler Dienste an jedem Ort sind wichtige Kriterien für die Designarbeit des Open6GHubs.

Wie sieht die 6G Vision aus?

Am Anfang der Arbeit steht die Entwicklung einer gemeinsamen Vision für das Leben in den Jahren 2030 bis 2045. In diesem Zeitraum wird 6G die wichtigste digitale Infrastruktur unserer und wahrscheinlich aller hochentwickelten Gesellschaften sein.

Der Open6GHub sieht hier eine hochvernetzte Gesellschaft, in der der Mensch durch Maschinen im alltäglichen Leben aber auch bei der Arbeit unterstützt wird. Vernetzte, mobile und teilautonome Roboter werden hierbei eine große Rolle spielen, die mit dem Menschen kommunizieren und in kritischen Situationen von diesen kontrolliert werden. Die Nutzung künstlicher Intelligenz wird alltäglich geworden sein und die Anforderungen an transparente und vertrauenswürdige Nutzung auch sensibler Daten werden entsprechend hoch sein.

Digitale Zwillinge oder sogar ganze industrielle Metaversen werden helfen, die Produktion effizienter zu machen und auch erhebliche Steigerungen der Nachhaltigkeit und eine sinnvolle Kreislaufwirtschaft zu ermöglichen. Digitale Zwillinge können auch unseren Verkehr effizienter gestalten und dort die Emissionen reduzieren oder die Reichweite batteriebetriebener Fahrzeuge deutlich steigern. Es gibt kaum einen Bereich unseres täglichen Lebens, der von Digitalisierung und Vernetzung nicht profitieren wird. In vielen Bereichen wird eine erfolgreiche ökologische Transformation ohne derartige Konzepte kaum denkbar sein.

Auch wenn alle auf eine Verbesserung der geopolitischen Situation hoffen, so müssen wir doch davon ausgehen, dass eine hochvernetzte Gesellschaft angegriffen werden kann. Entsprechend hohe Priorität hat im Open6GHub daher das Thema Resilienz, also Schutz unserer kritischen Infrastruktur, aber auch unserer Daten.

Wie wird 6G funktionieren?

Keiner weiß heute, wie genau 6G einmal funktionieren wird. Es zeichnen sich aber erste Lösungskonzepte ab, die international in so vielen Visionen benötigt werden, dass sie es wohl in den globalen 6G-Standard oder in Schlüsselanwendungskonzepte schaffen werden.

Hierbei gibt es einen Technologiepush und -pull. Es werden im Open6GHub sowohl neuartige Technologien, die jetzt erst verfügbar werden, auf Ihre Nutzbarkeit in 6G untersucht, als auch Technologien weiterentwickelt und optimiert, die für absehbare 6G-Schlüsselanwendungen benötigt werden.

Welche Technologien wird 6G nutzen?

Ein Beispiel für einen Technologiekandidaten ist „Joint Communication and Sensing (JCAS)“. Hier wird das ohnehin zur Kommunikation ausgesendete Signal auch für die Lokalisierung von Objekten genutzt und somit eine radarähnliche Funktionalität eingeführt, die es erlauben könnte, Objekte mit geringem Aufwand besser zu tracken und damit sowohl die Logistik in der Fabrik zu verbessern, als auch die Verkehrssicherheit zu erhöhen.

JCAS wird unter anderem für digitale Zwillinge genutzt, die der Open6GHub als einen Wegbereiter für 6G untersucht. Diese digitalen Zwillinge werden immer wieder als eine treibende Kraft für eine nachhaltige Digitalisierung genannt.

Andere Technologiefelder, die der Open6GHub betrachtet, sind neuartige Sicherheitskonzepte wie „Physical Layer Security“, der Einsatz von Künstlicher Intelligenz und Maschine Learning für Kanalschätzung, Netzwerksteuerung und -optimierung, die Nutzung neuer Frequenzbänder, die viel höhere Bandbreiten erlauben oder die Einbeziehung von Satelliten, um Funklöcher im ländlichen Raum zu schließen oder Züge mit Breitband zu versorgen.

Auch wenn vieles rund um den kommenden sechsten Mobilfunkstandard noch nicht entschieden ist, so zeichnet sich doch ab, dass 6G erheblich energieeffizienter und deutlich sicherer sein wird. Entsprechend hoch sind diese Themen im Open6GHub priorisiert. Auch die Kosteneffizienz ist Gegenstand der Forschung. Hier untersucht der Open6GHub vor allem Migrationspfade von 5G zu 6G. Dabei untersuchen die Forschenden unter anderem die Frage: wie neue Funktionalitäten und Innovationen gelingen können, ohne dass hierfür ein vollständig neues Netz nötig ist? Tragfähige Antworten auf diese Frage haben das Potenzial, die Kosten moderner Netze deutlich zu senken, was sich auch auf die Abdeckung im ländlichen Raum positiv auswirken wird.

Wie wird die Vision einer hochvernetzten Welt umgesetzt?

Um die oben beschriebene Vision einer hochvernetzten Welt umzusetzen, in der uns viele kleine Helferlein das Leben vereinfachen, benötigt es eine Reihe von Wegbereitern, so genannten Enablern, die die 6G-Technologie vorantreiben.

Genannt wurden schon digitale Zwillinge und als Überbegriff aller digitalen Zwillinge das industrielle Metaverse. Dieses umfasst die digitalen Zwillinge und zusätzlich Discovery- und Vernetzungsfunktionen, damit sich diese digitalen Zwillinge gegenseitig entdecken, Kontakt aufnehmen und kooperieren können. In der Fabrik, in Smart Cities und im Verkehr werden derartige Konzepte – durch 6G vernetzt – absehbar als erstes eingeführt werden können.

Ein zweiter wichtiger Enabler ist Künstliche Intelligenz. KI wird zum einen für digitale Zwillinge nötig sein, wird aber zum anderen auch unabhängig davon die Automatisierung des Betriebs immer komplexerer Netze ermöglichen und diese optimieren. Zusätzlich wird 6G die Infrastruktur für verteilte und mobile KI-Anwendungen sein: hier sind persönliche Avatare ein Beispiel. Diese "folgen" dem Menschen im Netz und kommunizieren mit digitalen Zwillingen, um unsere Sicherheit im Verkehr zu garantieren oder unsere Umgebung so anzupassen, dass unsere Gesundheit und unser Komfort optimiert werden. Dieses Konzept ist dem Ansatz der digitalen Zwillinge verwandt, hat aber den wesentlichen Unterschied, dass hier der Mensch den Avatar steuert und kontrolliert. Im Gegensatz dazu steuert der digitale Zwilling die Maschine oder den Roboter.

Wie der Mensch mit seiner Umwelt kommunizieren wird und ob das Smartphone überlebt oder durch andere Lösungen ersetzt wird, wird zurzeit kontrovers diskutiert. Alternativen reichen von der Sprach- und Gestensteuerung und neuartigen Augmented-Reality-Brillen bis hin zu Brain-Computer-Schnittstellen. Insbesondere AR-Brillen werden als Option im Open6GHub betrachtet.

Wann kann man mit den ersten Ergebnissen des Open6GHubs rechnen oder diese gar erleben?

6G wird etwa im Jahr 2030 in den Markt eingeführt. Heute gibt es weder die Technologien noch die Produkte, die es erlauben würden, 6G zu demonstrieren. Allerdings werden in Experimentallaboren des Open6GHub bereits Teilkonzepte wie das industrielle Metaverse mit kooperierenden Robotern entwickelt, die auch in dieser frühen Phase schon einen gewissen Einblick vermitteln. Auf Messen und Konferenzen werden diese Experimentalsysteme der Öffentlichkeit und dem Fachpublikum vorgestellt. Spätestens im Juli 2024 werden auf der Berlin 6G-Konferenz wieder alle 6G-Forschungshubs und -Projekte zusammenkommen. Dort wird sich etwas 6G-Zukunftsluft schnuppern lassen.

Über den Autor

Prof. Dr.-Ing. Hans D. Schotten hat an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) den Lehrstuhl für Funkkommunikation und Navigation inne und leitet am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) den Forschungsbereich Intelligente Netze. Seit September 2021 ist Professor Schotten Mitglied des Rates für technologische Souveränität des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.

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