6G-Messtechnik

Nach dem Standard ist vor dem Standard

13. April 2021, 11:48 Uhr | Autor: Roger Nichols / Redaktion: Diana Künstler

Auch wenn die Vision dafür noch weit von der Wirklichkeit entfernt ist, hat bereits die Arbeit an der sechsten Generation des Mobilfunkstandards begonnen. Es stellt sich die Frage, welche Auswirkungen 6G insbesondere auf die Messtechnik haben wird.

Die anfänglichen Arbeiten am Mobilfunkstandard 5G legten den Grundstein für die Entwicklung einer Technologie, die auf einer nutzer- und gesellschaftszentrierten Sichtweise basiert. Diejenigen, die nun an 6G arbeiten, folgen diesem Beispiel, denn der Startschuss für die nächste Generation der Mobilkommunikation ist gefallen: Ein Terabit Daten, also 1.000 Gigabit, sollen innerhalb von einer Sekunde übertragen werden. Whitepaper der ITU (International Telecommunication Union), von Samsung, Docomo und der Universität von Oulu beschreiben zukünftige Anwendungsfälle und Netzwerkeigenschaften:

taktile holografische Kommunikation,
präzise digitale Zwillinge,
industrielles Internet of Things in der Cloud,
soziales und gesellschaftliches IoT
und eine allgegenwärtige Verwendung von Künstlicher Intelligenz, um Kommunikation und Datenverarbeitung mit der Gesellschaft zu verschmelzen.

Zu den herkömmlichen Leistungsindikatoren (Key Performance Indicators, KPI) in der Mobilfunk-Messtechnik gehören Datenraten bis zu 1 TB/s, Möglichkeiten der Beweglichkeit mit 1.000 km/h und eine Latenzzeit von 0,1 ms. Neue KPIs sind beispielsweise die Präzision und Genauigkeit der Zeitmessung (Kommunikation „in time“ beziehungsweise rechtzeitig und pünktlich) und die Fähigkeit, den Standort auf Zentimeter genau zu bestimmen. Doch welche Auswirkungen wird 6G auf Design, Test und Messung haben? Besonders im Mess- und Prüfumfeld stellt sich damit die Frage, wie diese für 6G aussehen werden.

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Design, Test und Messung

Mit Blick auf die Entwicklung der anderen fünf Generationen – von der Idee bis zum Mainstream – lassen sich für 6G einige Entwicklungen antizipieren:

Tests werden sowohl in klassischen als auch in neuen Bereichen stattfinden.
Testtechnologien und -lösungen werden sich im Laufe der Zeit weiterentwickeln.
Die komplexe Validierung auf Systemebene wird für das gesamte System eine noch größere Rolle spielen als in früheren Generationen.

Mit der Vergangenheit als Indikator kann man durchaus die Hypothese aufstellen, dass diese Entwicklungen mit Sicherheit noch einige Zeit auf sich warten lassen. Automatisierte Mobilfunksysteme – also solche, die weder einen Operator noch eine Push-to-Talk-Funktion erfordern – wurden in den frühen 1970er-Jahren auf der Grundlage der Mehrfachnutzung von Frequenzen konzipiert, was in den späten 40ern von Bell Labs patentiert wurde. NTT brachte 1979 das erste kommerzielle System auf den Markt, gefolgt von der Einführung von NMT in Saudi-Arabien und Skandinavien 1981 und der Einführung von AMPS durch AT&T im Jahr 1983 in den USA. Dabei lässt sich feststellen, dass jede nachfolgende Generation in Abständen von einem Jahrzehnt eingeführt wurde (siehe Grafik).

Dank der Mobilfunktechnologie waren Nutzer erstmals in der Lage, ihre Telefone überallhin mitzunehmen. Heute ist es gang und gäbe, dass auch das Büro, der Ausbildungsplatz oder gar die Unterhaltungsprogramme nicht an einen Standort gebunden sind. Im nächsten Schritt soll 6G zu einem integralen Bestandteil der Gesellschaft werden, denn die Industrie drängt ständig auf erschwinglichere Technologien. Einige Beispiele, die mitunter schon als selbstverständlich angesehen werden: 1G war ohne den Mikroprozessor nicht realisierbar. 2G und 3G erforderten Revolutionen bei digitalen Funktransceivern. Und 4G würde es ohne die Lithium-Ionen-Batterie nicht geben.

Seit 1980 lässt sich etwa alle zehn Jahre eine neue Mobilfunkgeneration beobachten. Die erste war analog und ausschließlich auf Sprache fokussiert. Als zweite Mobilfunkgeneration bezeichnet man die weltweite, von Europa initiierte, Standardisierung des GSM (Global System for Mobile Communications). Das Zeitalter der mobilen Datenübertragung begann im Grunde mit der dritten Generation etwa im Jahr 2000. Diese brachte eine neue Funkschnittstelle basierend auf Wideband CDMA (Code Division Multiple Access) hervor und ermöglichte Datenübertragung in der Größenordnung des Festnetz ADSL. Zudem lag damit der Fokus nicht mehr ausschließlich auf Sprache, sondern bewegte sich zu mobilem Breitband und Anwendungen wie E-Mail und Webbrowsing. Der eigentliche Durchbruch des mobilen Breitbandes erfolgte schließlich mit der vierten Generation etwa im Jahr 2010. Auf diesem Standard baut nun auch aktuell 5G auf, das durch wesentliche Verbesserungen bei den Übertragungszeiten neue Chancen für Industrieproduktion, Gesundheitsversorgung, Mobilität und Landwirtschaft eröffnen soll. Als weltweit erstes Land nahm Südkorea am 3. April 2019 ein flächendeckendes 5G-Netz in Betrieb.

Eine kurze Geschichte der Mobilfunkgenerationen: Seit 1980 lässt sich etwa alle zehn Jahre eine neue Mobilfunkgeneration beobachten. Die erste war analog und ausschließlich auf Sprache fokussiert. Als zweite Mobilfunkgeneration bezeichnet man die weltweite, von Europa initiierte, Standardisierung des GSM (Global System for Mobile Communications). Das Zeitalter der mobilen Datenübertragung begann im Grunde mit der dritten Generation etwa im Jahr 2000. Diese brachte eine neue Funkschnittstelle basierend auf Wideband CDMA (Code Division Multiple Access) hervor und ermöglichte Datenübertragung in der Größenordnung des Festnetz ADSL. Zudem lag damit der Fokus nicht mehr ausschließlich auf Sprache, sondern bewegte sich zu mobilem Breitband und Anwendungen wie E-Mail und Webbrowsing. Der eigentliche Durchbruch des mobilen Breitbandes erfolgte schließlich mit der vierten Generation etwa im Jahr 2010. Auf diesem Standard baut nun auch aktuell 5G auf, das durch wesentliche Verbesserungen bei den Übertragungszeiten neue Chancen für Industrieproduktion, Gesundheitsversorgung, Mobilität und Landwirtschaft eröffnen soll. Als weltweit erstes Land nahm Südkorea am 3. April 2019 ein flächendeckendes 5G-Netz in Betrieb.