Es geht um deutlich mehr als ein schnelleres Handy Forschung zum neuen Mobilfunkstandard 6G schreitet voran

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Das Bundesforschungsministerium hat mit der 6G-Plattform 2021 eine zentrale Vernetzungs- und Transferstelle gestartet, die die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Deutschland rund um den kommenden Mobilfunkstandard 6G kanalisiert.

Marktbeobachter erwarten, dass 6G-Technologien Ende dieses Jahrzehnts bereits weiträumig vermarktet werden. Dies mag vielleicht verwundern, ist doch der viel diskutierte Rollout von 5G in Deutschland noch nicht abgeschlossen und weltweit verläuft die 5G-Implementation zudem höchst unterschiedlich.

So hat in China bereits jeder zweite Verbraucher ein 5G-fähiges Smartphone im Einsatz, in Deutschland verfügt nur jeder achte Bundesbürger überhaupt über ein 5G-fähiges Endgerät. „Beim kommenden 6G-Standard geht es aber um deutlich mehr als um ein schnelleres Handy“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Hans D. Schotten von der Technischen Universität Kaiserslautern. Er leitet die vom Bundesforschungsministerium geförderte 6G-Plattform, bei der alle vier deutschen 6G-Forschungshubs sowie die begleitenden Industrieprojekte andocken. Bis zu 700 Millionen Euro Fördergelder sind in Deutschland für die Erforschung und Entwicklung von 6G vorgesehen.

Die technischen Eckdaten von 6G sind imposant: Mit 6G werden lokale Datenraten von mehr als 100 Gigabit/s bis hin zu einem Terabit/s möglich. Die Verzögerung bei der Datenübertragung soll dabei unter eine Millisekunde sinken. Mit diesen Eckwerten ist 6G rund hundertmal schneller als 5G. Ergänzt man solch ein leistungsfähiges Netz um Sensorik, die ihre Umgebung abtasten darf, werden gänzlich neue Anwendungen möglich – wie die Schaffung digitaler Zwillinge von interagierenden Objekten der realen Welt.

„Mit 6G können Sie beispielsweise den gesamten Maschinenpark einer Fabrikhalle in Echtzeit abbilden und faktisch von einem anderen Ort aus steuern. Dies wird ohne Zweifel vielfältige Auswirkungen nach sich ziehen“, skizziert Prof. Schotten nur eine der möglichen Zukunftsanwendungen. Die Forschung rund um den kommenden Mobilfunkstandard dreht sich aber nicht nur um hohe Datenraten. „Es gibt eine ganze Reihe von Querschnittsthemen, die bei 6G sehr hohe Bedeutung haben, zum Beispiel Nachhaltigkeit, Sicherheit, Resilienz und Partizipation“, weiß Prof. Schotten zu berichten.

Weltweit sind die aktuellen Glasfaser- und Mobilfunknetzwerke nur begrenzt in der Lage, auf unbekannte und unvorhersehbare Störungen, beispielsweise durch Angriffe oder Ausfälle, schnell und ohne Mitwirkung des Menschen zu reagieren. Die Folgen für das Gesamtsystem können heute nur in geringem Umfang automatisiert gemindert oder gar beseitigt werden. Ein Beispiel sind die durchtrennten Kommunikationsleitungen der Deutschen Bahn, die im Herbst 2022 den Zugfunk in Norddeutschland lahmlegten, und zu einem flächendeckenden und mehrere Stunden anhaltenden Ausfall des Zugverkehrs führten. „Kommende Kommunikationssysteme wie 6G müssen widerstandsfähiger beziehungsweise resilient sein, um eine möglichst uneingeschränkte Servicequalität auch im Falle von solchen Störungen gewährleisten zu können“, beschreibt Prof. Schotten eine Aufgabenstellung der Initiative.

Auch die Ressourcen- und Energiesparsamkeit nehmen bei der Erforschung und Entwicklung von 6G eine zentrale Rolle ein: „Wenn das zukünftige 6G-Netz in ähnlichem Maße Energie für die Übertragung von Daten verbraucht wie 5G, dann werden sich die Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen in diesem zentralen Feld nicht erreichen lassen“, prognostiziert Prof. Schotten.

Die zu übertragenden Datenmengen werden aus vielen Gründen rasant zunehmen. Aktuell erwarten Marktbeobachter einen jährlichen Anstieg der Datenmenge um rund 30 Prozent. Bereits ein alltägliches Beispiel verdeutlicht dies: Videostreaming-Angebote erzeugen einen immensen Datenverkehr. Eine internationale Studie hat berechnet, dass pro Gigabyte Datenverkehr 0,06 Kilowattstunden Strom aufgewendet werden. Für eine Stunde Videostreaming in Full-HD-Auflösung werden circa drei Gigabyte Daten bewegt. „Dazu gesellt sich noch der Verbrauch der eingesetzten Endgeräte. Jetzt stellen Sie sich vor, wenn wir in Zukunft mit holographischen Videos interagieren, welche Datenmengen dann erst anfallen und wie viel Strom nach heutigem Maßstab hierfür nötig sein wird. Ein ressourcenschonender Energieeinsatz gehört zum Pflichtprogramm und ist gleichzeitig ein nicht zu unterschätzender wirtschaftlicher Wettbewerbsvorteil“, erläutert Prof. Schotten die ambivalente Bedeutung des Querschnittsthemas Nachhaltigkeit.

Wenn in Zukunft ein realer Maschinenpark einen virtuellen Zwilling in Echtzeit erhalten kann, dann wird dies auch vielfältige Änderungen des Arbeits- und Wirtschaftslebens nach sich ziehen. Dies wird bestehende Produktions- und Lieferketten betreffen, aber auch gänzlich neue Geschäftsmodelle können entstehen. Wenn Sensoren alles abtasten und die Information in nahezu Echtzeit verarbeiten, dann tangiert das auch unmittelbar den Datenschutz und die Privatheit der Menschen. „Auch diese Werte müssen wir in der Zukunft mit 6G schützen“, ist Prof. Schotten überzeugt. Auch deswegen plant die deutsche 6G-Initiative vielfältige Maßnahmen für den Dialog mit den Bürgerinnen und Bürgern.

Neben der ökologischen und sozialen Nachhaltigkeit geht es dem Bundesforschungsministerium mit der deutschen 6G-Initiative auch um die ökonomische Nachhaltigkeit bzw. technologische Souveränität. So muss die Lieferung zentraler 6G-Komponenten gesichert und unabhängig von Staaten sein, die über ein anderes Verständnis von Datenschutz und Privatheit als Deutschland verfügen.

Durch eine frühzeitige Beteiligung und Einbindung der Industrie sollen daher tragfähige Produktions- und Lieferketten mitgedacht sowie bei der Forschung und Entwicklung von 6G-Technologien die Grundlagen für zukünftige Geschäftsmodelle gelegt werden. Eine erfolgreiche Umsetzung der deutschen, wie europäischen Forschungs- und Entwicklungsziele macht daher internationale Kooperation erforderlich. „Unser europäisches Verständnis von Freiheit, Sicherheit, Widerstandsfähigkeit und Nachhaltigkeit wird nicht von allen Staaten auf dieser Welt geteilt. Es ist deshalb besonders wichtig, dass wir beim grundlegenden Systementwurf zu 6G diese Werte beziehungsweise unser Verständnis, wie dieses Netz in Zukunft funktionieren soll, gemeinsam und erfolgreich einbringen“, skizziert Prof. Schotten auch die politische Dimension der aktuellen 6G-Forschung.

Es herrscht ein weltweites Wettrennen, wer die Standardisierung von 6G maßgeblich bestimmen wird. „Auch deswegen ist die zielgerichtete Zusammenarbeit der 6G-Initiative mit Wirtschaftsunternehmen so wichtig“, erklärt Prof. Schotten. In industriegetriebenen Verbundprojekten wie 6G-ANNA oder 6G-Health werden neben der Erforschung der technologischen 6G-Grundlagen erste Lösungen demonstriert und diese für die Standardisierung angebahnt. Es wird zudem Know-how in der Wirtschaft durch Kooperationen mit den Forschungshubs aufgebaut. Insbesondere werden hierbei auch Fachexpertinnen und -experten in den Forschungseinrichtungen für den Telekommunikationssektor ausgebildet. Dies alles soll dazu beitragen, ein starkes Ökosystem für den Einsatz von 6G-Technologie in Deutschland und Europa auf- sowie die Wertschöpfung am Standort Deutschland auszubauen.

Über den Gesprächspartner

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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