6G – Was sind die wichtigsten technologischen Entwicklungen, die zu beobachten sind?

Während die 5G-mmWave-Technologie noch in den Startlöchern steht, hat die 6G-Forschung bereits begonnen. Aber was genau ist 6G, und welche neuen Bereiche sind zu beobachten?

Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über 6G, einschließlich 6G-Frequenzen, technologische Entwicklungstrends und bemerkenswerte 6G-Anwendungen. Die in diesem Artikel enthaltenen Informationen stammen aus dem neuesten IDTechEx-Forschungsbericht „6G Market 2023-2043: Technology, Trends, Forecasts, Players„. Dieser Bericht bietet kritische Einblicke und kommerzielle Aussichten für diesen aufstrebenden Bereich.

Auf die Frequenz kommt es an

Dieser Artikel beginnt auf der grundlegendsten Ebene – dem Frequenzband. Bei 5G sind das Sub-6-GHz-Band (3,5 – 6 GHz) und das Millimeterwellenband (mmWave, 24 – 100 GHz) die beiden neuen Bänder im abgedeckten Spektrum. Bei 6G werden die Frequenzbereiche von 7 bis 20 GHz, das W-Band (über 75 – 110 GHz), das D-Band (110 GHz bis 175 GHz), Bänder zwischen 275 GHz und 300 GHz sowie der THz-Bereich (0,3-10 THz) berücksichtigt. Die Bänder zwischen 7 und 20 GHz werden in Betracht gezogen, weil eine Abdeckung benötigt wird, die mobile und „on the go“-Anwendungen für zahlreiche 6G-Anwendungsfälle ermöglicht. Die W- und D-Bänder sind sowohl für 6G-Zugangs- als auch für Xhaul-Netze (z. B. Fronthaul, Backhaul) von Interesse. Eine Lösung, die den Zielen beider Dienste gerecht wird, ist zu erwägen. Ab September 2022 gehen die weltweiten Frequenzzuweisungen nicht über 275 GHz hinaus. Dennoch wurden Frequenzbänder im Bereich 275-450 GHz für die Einführung von Mobilfunk- und Festnetzanwendungen sowie für Radioastronomie, Satelliten zur Erderkundung und Weltraumforschungsdienste im Bereich 275-1.000 GHz festgelegt.

Was verspricht 6G und was sind die Herausforderungen?

Durch die Nutzung der großen Bandbreite im THz-Frequenzband soll 6G eine Datenrate von 1 Tbps ermöglichen. Es ist jedoch sehr schwierig, diese Rate zu erreichen, da eine große kontinuierliche Bandbreite erforderlich ist. In der Realität sind die zur Verfügung stehenden Bandbreiten jedoch begrenzt und auf verschiedene Bänder aufgeteilt. Ein weiterer Aspekt ist, dass die spektrale Effizienz in direktem Zusammenhang mit dem erforderlichen Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) für die Erkennung steht. Je höher das erforderliche SNR ist, desto geringer ist die jeweilige Reichweite aufgrund der begrenzten Sendeleistung bei hohen Frequenzen und des zusätzlichen Rauschens. Beispielsweise weist Samsungs hochmoderner D-Band-Phasenarray-Senderprototyp derzeit die weiteste Reichweite von 120 m auf, erreicht aber nur 2,3 Gbit/s. Andere Gruppen zeigen höhere Datenraten, aber die Reichweite liegt nur im Zentimeterbereich.

Um die Verbindungsreichweite und die Datenrate weiter zu verbessern, müssen bei der Entwicklung eines 6G-Funkgeräts mehrere Anforderungen berücksichtigt werden. So ist beispielsweise die Auswahl geeigneter Halbleiter zur Erhöhung der Verbindungsreichweite von entscheidender Bedeutung. Wählen Sie verlustarme Materialien mit einer kleinen Dielektrizitätskonstante und einem geringen Tan-Verlust, um erhebliche Übertragungsverluste zu vermeiden. Zur weiteren Verringerung der Übertragungsverluste ist eine neue Verpackungsstrategie erforderlich, bei der HF-Komponenten und Antennen eng miteinander verbunden sind. Es ist jedoch zu bedenken, dass mit der zunehmenden Kompaktheit der Geräte das Energie- und Wärmemanagement noch wichtiger wird.

Neben dem Gerätedesign ist auch die Strategie für den Netzaufbau ein wichtiger Forschungsbereich, um die Herausforderungen in Bezug auf NLOS und Stromverbrauch zu bewältigen. So wird beispielsweise der Aufbau einer heterogenen, intelligenten elektromagnetischen (EM) Umgebung untersucht, wobei eine breite Palette von Technologien wie rekonfigurierbare intelligente Oberflächen (RIS) oder Repeater zum Einsatz kommen.

6G-Anwendungen

Eine wesentliche Änderung von 6G im Vergleich zu früheren Kommunikationsgenerationen besteht darin, dass es nun auch nicht-terrestrische Netze umfassen wird. Dies ist ein wichtiger Entwicklungspunkt von 6G, der es ermöglicht, dass herkömmliche 2D-Netzarchitekturen im 3D-Raum funktionieren. Low Altitude Platforms (LAPs), High Altitude Platforms (HAPs), unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) und Satelliten sind Beispiele für nicht-terrestrische Netze (NTNs). China schickte im November 2020 den weltweit ersten 6G-Satelliten. In diesem Jahr testete Huawei die NTN-6G-Netze mit LEO-Satelliten (Low Earth Orbit). Immer mehr Aktivitäten in diesem Bereich zeigen, dass NTN-Netze mit Sicherheit ein wichtiger Entwicklungstrend sein werden.

Neben der Kommunikation soll 6G auch die Welt der Sensorik, der Bildgebung, der drahtlosen Erkennung und der präzisen Positionierung erschließen. Letztes Jahr patentierte Apple seine THz-Sensortechnologie für die Gassensorik und Bildgebung in iDevices. Huawei testete außerdem mehrere Prototypen für integrierte Sensorik und Kommunikation (ISAC). Viele weitere Studien und Versuche sind im Gange, um das Potenzial der 6G-THz-Frequenzbänder voll auszuschöpfen.

Wenn Sie mehr über die 6G-Technologie, Anwendungen und den Markt erfahren möchten, lesen Sie bitte den neu veröffentlichten 6G-Marktforschungsbericht von IDTechEx. „6G-Markt 2023-2043: Technologie, Trends, Prognosen, Akteure„. Dieser 6G-Bericht basiert auf der Expertise von IDTechEx und deckt die neuesten Entwicklungstrends der 6G-Technologie, die wichtigsten Anwendungen, die Aktivitäten der Akteure und die Marktaussichten ab, um dem Leser ein umfassendes Verständnis der 6G-Technologie und des Marktes zu vermitteln.