Forschung zum neuen Mobilfunkstandard schreitet voran 6G-RIC – 6G-Grundlagenforschung braucht ganzheitlichen Blick

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Der 6G Research and Innovation Cluster (6G-RIC) ist einer von vier 6G-Foschungshubs, die Teil der 6G-Initiative des Bundes­forschungsministeriums sind. Der Hub soll wissenschaftlich-technische Grundlagen für 6G erforschen und schaffen.

Seit der Einführung der Mobilkommunikation hat sich deren Bedeutung im privaten wie beruflichen Bereich stark gewandelt. Während in den 1990er-Jahren erstmals eine Kommunikation zwischen Menschen mit Sprach- und Textnachrichten (SMS) auf Mobilgeräten möglich wurde, steht heute mit dem Mobilfunkstandard 5G die Vernetzung von Menschen und Maschinen im Mittelpunkt.

Ermöglicht wird dies durch ständig leistungsstärkere Kommunikationsnetze. Sie bilden das Rückgrat für Innovationen und spielen bei der nachhaltigen Transformation der Wirtschaft eine wichtige Rolle. In der Grundlagenforschung zeichnet sich dabei die Erkenntnis ab, dass die wachsenden Anforderungen an die Mobilkommunikation eine konsequente Weiterentwicklung bestehender Kommunikationstechnologien erforderlich machen.

Insbesondere benötigt der Einsatz künstlicher Intelligenz in Kommunikationssysteme einen ganzheitlichen Ansatz, der die KI als integralen Bestandteil des Gesamtsystems betrachtet. Zudem muss die Energieeffizienz stärker in den Fokus der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten rücken – nicht nur, um das erwartete explosive Wachstum des Datenverkehrs wirtschaftlich und möglichst klimaschonend zu bewältigen, sondern auch um neue Sensing-Dienste zu integrieren. Sensing-Dienste nutzen die neue Eigenschaft der 6G-Netze aus, dass diese ihre Umgebung erfassen können. Das Sensing kann von der Lokalisierung von Gegenständen bis hin zu bildgebenden Verfahren reichen. Entsprechende Konzepte zum Sensing sind Gegenstand der Forschung des Hubs.

Die Kommunikationsnetze der Zukunft benötigen auch neuartige Schutzmechanismen, die möglichen Angriffen durch Quantencomputer und Quantenhardware standhalten. Vor diesem Hintergrund ist ein wichtiger Innovationsschritt für die nächste, sechste Mobilfunkgeneration die ganzheitliche Betrachtung der Erfassung, Übertragung und Nutzung von Daten. Zum Beispiel können Sensorknoten im Verbund Messdaten vorverarbeiten und relevante Informationen filtern. Oder die Sensorfähigkeiten des Kommunikationsnetzes können genutzt werden, um die Kommunikation auf physikalischer Ebene vor Angreifern zu schützen. Das sind nur einige Beispiele, die verdeutlichen: 6G-Netze werden nicht nur den effizienten Austausch von Informationen zwischen Endgeräten ermöglichen, sondern sie können auch als Bindeglied zwischen digitaler, biologischer und realer Welt fungieren und einen Beitrag zur Lösung gesellschaftlicher Herausforderungen leisten.

Im Bereich der Umwelt- und Klimaforschung wird erwartet, dass ein 6G-Netz beispielsweise durch hochaufgelöste Erfassung und Analyse von Messdaten die Verteilung von Schadstoffen und deren Einfluss analysieren kann. Faktische Konsequenzen: Eine nachhaltigere Stadtentwicklung wäre somit einfacher möglich. Auch der Einsatz von nachhaltigen Energien wie beispielsweise Wind kann durch die mit 6G optimierten Anlagen effizienter erfolgen. 6G-Netze können zudem flächendeckend meteorologische Messungen zur Verfügung stellen, welche zur Verbesserung von Vorhersagemodellen genutzt werden können. Nicht zuletzt Extremwetterlagen wie an der Ahr im Jahre 2021 verdeutlichen den erstrebenswerten Wert dieser Anwendung.

Ein ebenfalls großes Potenzial für 6G ergibt sich in der Gesundheitsversorgung: 6G wird die Grundlage für kollaboratives Arbeiten in Echtzeit bieten, beispielsweise in der Krebsbehandlung an einem virtuellen Tumorboard. Zudem könnte unterstützende Robotik zum Einsatz kommen. Das wird die gesundheitliche Versorgung der Menschen verbessern und gleichzeitig im klinischen und ambulanten Bereich zur Entlastung des Pflege- und Medizinpersonals beitragen. Auch innovative Ansätze für Diagnostik und Therapie können durch neue Methoden zur Erfassung medizinisch relevanter Parameter entwickelt werden. Der erweiterte elektronische Zugriff auf Patientendaten wäre hierbei die einfachste Verbesserung zum aktuellen Klemmbrett-Standard. Auch in der Überwachung und für den Betrieb kritischer Infrastrukturen wächst die Bedeutung der Kommunikationsnetze: Ein 6G-basiertes Netz kann hier zusätzliche Verfahren implementieren, welche sowohl vor Zugriff als auch vor Manipulation kritischer Daten schützen.

Die vielfältigen Beispiele verdeutlichen, dass eine umfassende interdisziplinäre Zusammenarbeit notwendig ist, um die Anforderungen potenzieller Technologiekomponenten frühzeitig zu identifizieren und damit den 6G-Standard entsprechend zu formen. Deswegen ist auch die gebündelte partnerschaftliche Zusammenarbeit der vier Forschungshubs in der deutschen 6G-Plattform so wichtig.

Im Rahmen von 6G-RIC können Schlüsseltechnologien im Testbed und Real-Labor evaluiert sowie innerhalb von Ende-zu-Ende-Demonstrationen präsentiert werden. Gerade hier strebt 6G-RIC eine offene Infrastruktur an, die es kleinen und mittleren Unternehmen sowie Start-ups ermöglicht, Technologiekomponenten zu entwickeln und unter kontrollierten Bedingungen mit modernster Messtechnik im Labor und unter realen Bedingungen zu evaluieren. Durch die frühzeitige Einbindung von Fördergebern soll eine Verstetigung der Testinfrastruktur erreicht werden. Mobilfunk-Innovationen sollen somit mittel- und langfristig unterstützt werden.

Das 6G Research and Innovation Cluster (6G-RIC), in dem 32 Forschungsgruppen intensiv zusammenarbeiten, trägt mit Grundlagenforschung dazu bei, Schlüsseltechnologien zukünftiger 6G-Kommunikationssysteme zu entwickeln und diese im Rahmen von Technologiedemonstratoren zu erproben. In das 6G-RIC-Konsortium können wir alle unsere Expertise im Bereich Mobilfunk, künstliche Intelligenz sowie optische Datenübertragung und -kompression von der Grundlagenforschung bis zur Umsetzung einbringen.

Über den Autor

Prof. Dr.-Ing. Slawomir Stanczak hat seit 2015 eine Professur für Netzinformationstheorie an der Technischen Universität Berlin inne. Zudem leitet er die Abteilung Drahtlose Kommunikation und Netze am Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut. Prof. Stanczak ist Vorsitzender des Vorstandes 5G Berlin sowie Koordinator des Flaggschiffprojekts CampusOS und Koordinator des 6G-RIC-Forschungshubs.

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