Die Unterschiede zwischen 5G und 6G liegen nicht nur darin, welche Sammlung von Bandbreiten 6G in Zukunft ausmachen wird und wie sich Benutzer mit dem Netzwerk verbinden werden, sondern auch in der Intelligenz, die in das Netzwerk und die Geräte integriert ist. „Die Sammlung von Netzwerken, die die Struktur von 6G schaffen, muss für ein Augmented Reality (AR)-Headset anders funktionieren als für einen E-Mail-Client auf einem mobilen Gerät“, sagt Shahriar Shahramian, Forschungsleiter bei Nokia Bell Laboratories. „Kommunikationsanbieter müssen eine Fülle von technischen Herausforderungen lösen, damit eine Vielzahl von Netzwerken, die auf unterschiedlichen Technologien basieren, nahtlos funktionieren“, sagt er. Geräte müssen zwischen verschiedenen Frequenzen wechseln, Datenraten anpassen und sich an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen, die lokal, am Rand der Cloud oder in einem öffentlichen Dienst ausgeführt werden kann.
„Eine der Komplexitäten von 6G wird sein, wie wir die verschiedenen drahtlosen Technologien zusammenbringen, damit sie sich gegenseitig übergeben und wirklich gut zusammenarbeiten können, ohne dass der Endbenutzer überhaupt etwas davon weiß“, sagt Shahramian. “Diese Übergabe ist der schwierige Teil.”
Obwohl das aktuelle 5G-Netzwerk es den Verbrauchern ermöglicht, nahtlosere Übergaben zu erleben, wenn sich Geräte durch verschiedene Netzwerke bewegen, wodurch eine höhere Bandbreite und geringere Latenzzeit bereitgestellt wird, wird 6G auch ein selbstbewusstes Netzwerk einleiten, das in der Lage ist, neue Technologien zu unterstützen und zu erleichtern, die heute darum kämpfen, Fuß zu fassen – Virtual-Reality- und Augmented-Reality-Technologien zum Beispiel und selbstfahrende Autos. Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen, die in 5G integriert werden, wenn sich dieser Standard zu 5G-Advanced entwickelt, werden von Anfang an in 6G integriert, um technische Aufgaben wie die Optimierung von Funksignalen und die effiziente Planung des Datenverkehrs zu vereinfachen.
„Irgendwann diese [technologies] könnten Funkgeräten die Möglichkeit geben, voneinander und von ihrer Umgebung zu lernen“, schrieben zwei Nokia-Forscher in einem Beitrag über die Zukunft von KI und ML in Kommunikationsnetzen selbst bestimmen könnten – indem sie aus Millionen möglicher Konfigurationen die bestmögliche Art der Kommunikation wählen.“
Prüftechnik, die es noch nicht gibt
Obwohl diese Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, ist sie komplex, sodass klar ist, dass Tests eine entscheidende Rolle in diesem Prozess spielen werden. „Die Unternehmen, die die Testbeds für 6G erstellen, müssen sich mit der einfachen Tatsache auseinandersetzen, dass 6G ein ehrgeiziges Ziel und noch keine reale Spezifikation ist“, sagt Jue. Er fährt fort: „Die Netzwerkkomplexität, die zur Erfüllung der 6G-Vision erforderlich ist, erfordert iterative und umfassende Tests aller Aspekte des Ökosystems; Da 6G jedoch ein im Entstehen begriffenes Netzwerkkonzept ist, müssen die Tools und Technologien, um dorthin zu gelangen, anpassungsfähig und flexibel sein.“
Schon die Bestimmung, welche Bandbreiten für welche Anwendung verwendet werden, erfordert viel Recherchearbeit. Mobilfunknetze der zweiten und dritten Generation verwendeten Funkbänder im niedrigen und mittleren Bereich mit Frequenzen bis zu 2,6 GHz. Die nächste Generation, 4G, erweiterte diese auf 6 GHz, während die aktuelle Technologie, 5G, sogar noch weiter geht und sogenannte „mmWave“ (Millimeterwellen) bis zu 71 GHz hinzufügt.
Um die erforderlichen Bandbreitenanforderungen von 6G zu erfüllen, arbeiten Nokia und Keysight zusammen, um das Sub-Terahertz-Spektrum für die Kommunikation zu untersuchen, was neue technische Probleme aufwirft. Je höher die Frequenz des Zellularspektrums ist, desto breiter sind typischerweise die verfügbaren zusammenhängenden Bandbreiten und desto größer ist daher die Datenrate; Dies geht jedoch auf Kosten einer verringerten Reichweite für eine bestimmte Signalstärke. Wi-Fi-Netzwerke mit geringem Stromverbrauch, die beispielsweise die Bänder 2,6 GHz und 5 GHz verwenden, haben eine Reichweite von mehreren zehn Metern, aber Mobilfunknetze, die 800 MHz und 1,9 GHz verwenden, haben Reichweiten in Kilometern. Das Hinzufügen von 24-71 GHz in 5G bedeutet, dass die zugehörigen Zellen noch kleiner sind (zig bis hundert Meter). Und für Bänder über 100 GHz sind die Herausforderungen sogar noch größer.
„Das muss sich ändern“, sagt Jue. „Einer der neuen Hauptstörfaktoren für 6G könnte der Übergang von den in 5G verwendeten Millimeterbändern zu den Sub-Terahertz-Bändern sein, die für die drahtlose Kommunikation relativ unerforscht sind“, sagt er. „Diese Bänder haben das Potenzial, breite Spektrumsbereiche anzubieten, die für Anwendungen mit hohem Datendurchsatz genutzt werden könnten, aber sie bieten auch viele Unbekannte.“
Das Hinzufügen von Sub-Terahertz-Bändern zur Toolbox drahtloser Kommunikationsgeräte könnte riesige Netzwerke von Sensorgeräten, High-Fidelity-Augmented Reality und lokal vernetzte Fahrzeuge eröffnen, wenn Technologieunternehmen die Herausforderungen bewältigen können.
Neben unterschiedlichen Frequenzbändern müssen aktuelle Ideen für das zukünftige 6G-Netz neue Netzarchitekturen und bessere Methoden für Sicherheit und Zuverlässigkeit nutzen. Darüber hinaus benötigen die Geräte zusätzliche Sensoren und Verarbeitungsfunktionen, um sich an die Netzwerkbedingungen anzupassen und die Kommunikation zu optimieren. Um all dies zu erreichen, erfordert 6G eine Grundlage aus künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen, um die Komplexität und Interaktionen zwischen allen Teilen des Systems zu bewältigen.
„Jedes Mal, wenn Sie eine neue drahtlose Technologie einführen, jedes Mal, wenn Sie ein neues Spektrum einbringen, machen Sie Ihr Problem exponentiell schwieriger“, sagt Shahramian von Nokia.
Nokia geht davon aus, vor 2030 mit der Einführung der 6G-Technologie zu beginnen. Da die Definition von 6G weiterhin fließend ist, müssen Entwicklungs- und Testplattformen eine Vielzahl von Geräten und Anwendungen unterstützen und eine Vielzahl von Anwendungsfällen abdecken. Darüber hinaus unterstützt die heutige Technologie möglicherweise nicht einmal die Anforderungen, die zum Testen potenzieller 6G-Anwendungen erforderlich sind, sodass Unternehmen wie Keysight neue Testbed-Plattformen erstellen und sich an sich ändernde Anforderungen anpassen müssen.
Heutzutage entwickelte und eingesetzte Simulationstechnologien wie digitale Zwillinge werden verwendet, um anpassungsfähige Lösungen zu schaffen. Die Technologie ermöglicht es, reale Daten von physischen Prototypen wieder in die Simulation zu integrieren, was zu zukünftigen Designs führt, die in der realen Welt besser funktionieren.
„Während reale physikalische Daten benötigt werden, um genaue Simulationen zu erstellen, würden digitale Zwillinge den Unternehmen, die die Technologie entwickeln, mehr Agilität ermöglichen“, sagt Jue von Keysight.
Die Simulation hilft, viele der interaktiven und zeitaufwändigen Designschritte zu vermeiden, die die Entwicklung verlangsamen können, die auf aufeinanderfolgenden physischen Prototypen beruht.
“Wirklich, eine Art Schlüssel hier ist ein hohes Maß an Flexibilität und die Unterstützung der Kunden, damit sie mit ihrer Forschung und ihren Tests beginnen können, während sie gleichzeitig die Flexibilität bieten, sich zu ändern und durch diese Änderungen zu navigieren, während sich die Technologie weiterentwickelt, “, sagt Jue. „Der Beginn der Design-Exploration in einer Simulationsumgebung und die anschließende Kombination dieser flexiblen Simulationsumgebung mit einem skalierbaren Sub-THz-Testbed für die 6G-Forschung trägt dazu bei, diese Flexibilität bereitzustellen.“
Shahramian von Nokia stimmt zu, dass dies ein langer Prozess ist, aber das Ziel ist klar „Für Technologiezyklen ist ein Jahrzehnt eine lange Schleife. Für die komplexen technologischen Systeme von 6G bleibt 2030 jedoch ein aggressives Ziel. Um die Herausforderung zu meistern, müssen die Entwicklungs- und Testwerkzeuge der Agilität der Ingenieure entsprechen, die danach streben, das nächste Netzwerk zu erstellen. Der Preis ist beträchtlich – eine grundlegende Änderung der Art und Weise, wie wir mit Geräten interagieren und was wir mit der Technologie tun.“
Dieser Inhalt wurde von Insights erstellt, dem Zweig für benutzerdefinierte Inhalte von MIT Technology Review. Es wurde nicht von der Redaktion des MIT Technology Review geschrieben.