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Forschungs- und Geschäftstrends

6G-Entwicklung: Was kommt, was bleibt, was revolutioniert?

24. Januar 2025, 8:00 Uhr | Autorin: Sarah LaSelva / Redaktion: Diana Künstler

6G steht in den Startlöchern: Mit Fokus auf Nachhaltigkeit, KI und neuen Frequenzbereichen wie FR3 verspricht die nächste Mobilfunkgeneration bahnbrechende Anwendungen wie ISAC und NTN. Herausforderungen wie Energieeffizienz und KI-Integration erfordern jedoch Innovationen und Kooperationen.

Der Artikel beantwortet unter anderem folgende Fragen:

Wann wird die 6G-Technologie voraussichtlich eingeführt?
Welche wirtschaftlichen Faktoren beeinflussen die Entwicklung von 6G?-Entwicklung.
Welche technologischen Fortschritte sind für 6G entscheidend?
Welche Rolle spielt künstliche Intelligenz (KI) bei 6G?
Was sind die wichtigsten Anwendungen von 6G?
Warum ist die Spektrumserweiterung für 6G wichtig?
Wie wird Nachhaltigkeit in 6G-Netzen berücksichtigt?
Welche Herausforderungen bestehen bei der Integration von KI in 6G-Netze?

Der typische Entwicklungszyklus einer Mobilfunkgeneration beträgt zehn Jahre. Die ersten Einführungen der 6G-Technologie werden für 2030 erwartet¹. Wir befinden uns also ungefähr in der Mitte des Entwicklungszyklus, da 2024 hinter uns liegt und das Jahr 2025 begonnen hat. Es wird zwar noch zwei bis drei Jahre dauern, bis der erste 3GPP-Standard für 6G fertiggestellt ist. Dies ist jedoch ein guter Zeitpunkt, um über die aktuellen Trends in Forschung und Wirtschaft nachzudenken, die berücksichtigt werden müssen, damit 6G ein Erfolg wird.

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Wirtschaftliche Entwicklungen und Marktstrategien im Kontext von 6G

Im Zusammenhang mit 6G gibt die Betrachtung der aktuellen wirtschaftlichen Situation Aufschluss darüber, warum bestimmte Technologien und Anwendungen Vorrang vor anderen haben. In den letzten vier Jahren gab es eine weltweite Pandemie, mehrere Kriege, unterbrochene Lieferketten, und es bestand die allgegenwärtige Gefahr einer Rezession. Wirtschaftliche Unsicherheit in Verbindung mit hohen Investitionen in die 5G-Infrastruktur haben eine finanziell konservative Atmosphäre für die Entwicklung von 6G geschaffen. Die Mobilfunkbranche befindet sich im Übergang von einem Wachstumsmarktmodell zu einem Rentabilitätsmodell. Die Zahl der Mobilfunkteilnehmer beginnt sich zu stabilisieren. Außerdem behalten die Verbraucher ihre Geräte länger.

Diese beiden Marktkräfte zwingen die IKT-Branche dazu, neue Geschäftsmodelle zu evaluieren (zum Beispiel das Konzept der Schaffung von Schnittstellen zur Anwendungsprogrammierung, die über das Netz genutzt werden²). Gleichzeitig werden Anstrengungen unternommen, die Netze so effizient wie möglich zu gestalten, um die Betriebskosten zu senken. 5G verbraucht weniger Energie pro Bit als 4G – allerdings werden heute exponentiell mehr Bits übertragen als noch vor zehn Jahren. 5G nutzt Techniken zur Reduzierung des Stromverbrauchs, und 6G ist in der Lage, diese Techniken nativ zu übernehmen und weitere Verbesserungen zu implementieren. Dadurch können 6G-Netze langfristig kostengünstiger betrieben werden und gleichzeitig die globalen Ziele für Nettoneutralität und Nachhaltigkeit erreicht werden.

Auch wenn die Bereitschaft der Telekommunikationsanbieter, in neue Infrastrukturen zu investieren, eher gedämpft ist, besteht nach wie vor ein klarer Bedarf an 6G. Die Nachfrage nach Mobilfunkdiensten steigt weiter und kann mit der derzeit bestehenden Technologie allein nicht befriedigt werden. Die aus 5G gezogenen Lehren werden auch für 6G nützlich sein, zum Beispiel die Vermeidung von Multi-Split-Optionen, das Überspringen von Non-Standalone (NSA) und der direkte Übergang zu Standalone (SA). Parallel dazu entwickeln sich KI und Quantencomputer zur Reife. Beide Technologien bilden eine Bedrohung für die Sicherheit der heutigen Mobilfunktechnologie. Gleichzeitig bietet KI eine einzigartige Chance für Innovationen.

Angesichts all dessen scheint es wahrscheinlich, dass 6G eine technologische Weiterentwicklung sein wird, die auf den erheblichen Verbesserungen der Infrastruktur und des Protokollstapels aufbaut, die mit 5G begonnen wurden. Und wenn diese Kerntechnologie ausgereift ist, kann sie als Grundlage dienen, um Anwendungen beziehungsweise Anwendungsfälle für die Mobilfunktechnologie zu revolutionieren.

Technologietrends

Im Mittelpunkt von 6G steht die Erweiterung des Spektrums. Um die Kapazität zu erhöhen, ist ein neues Spektrum erforderlich, und die vielversprechendsten Bänder für 6G befinden sich zwischen 7 und 24 GHz (beziehungsweise „FR3“ oder das obere Mittelband). Das Band 7–15 GHz verfügt über bevorzugte Ausbreitungseigenschaften und ist das Frequenzband, das die IKT-Branche für die lizenzierte Mobilfunkübertragung vorantreibt. In diesem Frequenzbereich gibt es zahlreiche etablierte Anbieter und es sind Herausforderungen bei der Lizenzvergabe zu bewältigen. Ein Vorschlag, um einige dieser Herausforderungen zu bewältigen, ist die Nutzung eines gemeinsamen Frequenzspektrums. In der Vergangenheit war dies jedoch nicht ideal. Angesichts der Fortschritte im Bereich der künstlichen Intelligenz, die sich besonders für die Optimierung komplexer Systeme wie drahtloser Netze eignet, sind neue Lösungen für die gemeinsame Nutzung des 6G-Spektrums vielversprechend.

MIMO-Verbesserungen sind seit Release 15³ ein wichtiger Bestandteil jeder 3GPP-Veröffentlichung – und dieser Trend wird sich weiter fortsetzen. Der Übergang zu etwas höheren Bändern ermöglicht die Weiterentwicklung massiver MIMO-Systeme aufgrund kleinerer Antennengrößen. Die Möglichkeit, MIMO-Systeme mit zusätzlichen Antennenelementen zu erweitern, ohne die Größe der Systeme drastisch zu erhöhen, bildet eine weitere Möglichkeit, die spektrale Effizienz zu verbessern.

Es wird erwartet, dass sich der Trend zu stärker aufgeteilten, offeneren und softwaredefinierten Netzen bei 6G fortsetzen wird. Obwohl O-RAN bisher nur mäßig erfolgreich war, ist es weit davon entfernt, ein Fehlschlag zu sein. Angesichts der derzeitigen geopolitischen Spannungen hat O-RAN für die USA politische Priorität. Der entsprechende Druck wird weitere Investitionen und die Weiterentwicklung offener RAN-Architekturen ermöglichen. Der Übergang zu O-RAN ist auch deshalb wichtig, weil er Innovationen ermöglicht. Die Möglichkeit, Anwendungen zu entwickeln, die im RIC laufen, gibt beispielsweise Technikern und Ingenieuren die Chance, außerhalb von 3GPP zum Stack beizutragen. Dies ist von großem Wert für kleinere Unternehmen und akademische Forscher, die nicht über die Ressourcen verfügen, um sich an Standards zu beteiligen.

Es gibt zahlreiche Anwendungen, die von 6G abgedeckt werden sollen, von denen zwei für die Industrie besonders interessant sind: nicht-terrestrische Netzwerke (NTN) und Joint Communications and Sensing (JCAS, oder Integrated Sensing and Communications, ISAC). Der Einsatz von Satelliten zur Gewährleistung der Konnektivität ist eine vielversprechende Methode, um eine globale Abdeckung in einem Umfang zu erreichen, der seit langem erwünscht, aber nicht umsetzbar ist. Die Kosten für den Bau und den Einsatz eines Satelliten sind in den letzten fünf Jahren erheblich gesunken. Es bleibt jedoch abzuwarten, ob sich diese Entwicklung langfristig als erfolgreich erweisen wird. Im Rahmen von 3GPP wird versucht, Wellenformen zu standardisieren und Wege zu finden, mit der Mobilität umzugehen. Zudem werden neue Kanalmodelle für einen 3D-Kanal entwickelt, der Signale aus dem Weltraum empfangen kann. Diese neuen Kanalmodelle sind auch für Sensoranwendungen wichtig, um die Rückstreuung und die Detektionseigenschaften von Wellenformen – zum Beispiel Radar – zu berücksichtigen. Die Fähigkeit, den Kommunikationskanal zu nutzen, um Informationen über die physikalische Welt zu erhalten, kann für Anwendungen wie autonomes Fahren, Fertigung, Gestenerkennung usw. nützlich sein. Es bleibt abzuwarten, wie JCAS letztendlich eingesetzt wird. Die Erweiterung der drahtlosen Netze um Erfassungsfunktionen stellt jedoch eine Möglichkeit dar, den Wert der Netze zu steigern.

Die Rolle der KI

Alle technischen Fortschritte, die 6G voranbringen, basieren auf KI. Wie bereits erwähnt, kann KI komplexe drahtlose Netze in einer Weise optimieren, die Menschen nicht leisten können. Derzeit wird erforscht, wofür KI eingesetzt werden kann – von der Verbesserung der Energieeffizienz über die Wellenformerkennung bis hin zur Verbesserung der Kanalstatusinformationen. 3GPP arbeitet aktiv an der Entwicklung eines Rahmenwerks für die Integration von KI in Mobilfunkstandards, auch wenn noch viele Herausforderungen zu bewältigen sind. In einigen Bereichen wird KI bereits eingesetzt. Viele potenzielle KI-Anwendungen müssen jedoch noch weiter erforscht werden, bevor sie eingesetzt werden können. KI-Modelle müssen trainiert werden, bevor sie eingesetzt werden können. Der Zugang zu Trainingsdaten für Mobilfunkanwendungen ist begrenzt. Die Netzbetreiber verfügen zwar über Daten, geben diese aber aus verschiedenen Gründen, unter anderem Schutz der Kundendaten, nicht (oder nur zu hohen Kosten) weiter. Unbeantwortet sind die Fragen, wie viele Trainingsdaten benötigt werden und wie oft Modelle neu trainiert werden müssen. Forscher arbeiten aktiv an der Klärung dieser Fragen. Nach dem Training müssen KI-Modelle konsolidiert werden und ihre Zuverlässigkeit, Vorhersagekraft und Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen, bevor sie herkömmliche Methoden ersetzen können. Das Testen von KI-Modellen in Echtzeit in Full-Stack-Netzwerken ist ein entscheidender, aber schwieriger Schritt, der für die Evaluierung dieser Art von Leistung erforderlich ist. In begrenztem Umfang werden bereits Tests durchgeführt, aber es ist noch viel mehr erforderlich.

KI wurde als Möglichkeit angepriesen, die Energieeffizienz drahtloser Netzwerke zu verbessern. Derzeit ist KI jedoch noch sehr energieintensiv, und die Integration von KI-Modellen in ein drahtloses Netzwerk birgt das Risiko, dass insgesamt mehr Energie verbraucht wird, als wenn keine Änderungen vorgenommen würden. KI und GPU-Technologie entwickeln sich mit enormer Geschwindigkeit weiter. Der Einsatz von KI wird die Energieeffizienz in Zukunft wahrscheinlich verbessern. In der Zwischenzeit muss die Mobilfunkbranche ein besseres Verständnis für den Energiekompromiss zwischen dem Einsatz herkömmlicher Methoden und KI entwickeln. Derzeit gibt es dafür in der Branche keine Standardmessmethode. Einige Ideen und Methoden wurden bereits vorgeschlagen, aber es ist noch viel Arbeit erforderlich. Die Mobilfunkbranche benötigt eine Möglichkeit, den Energieverbrauch KI-gestützter und herkömmlicher Netze zu ermitteln und zu vergleichen. Die Forschung in diesem Bereich hat begonnen und wird in den nächsten ein bis zwei Jahren wahrscheinlich Fortschritte machen.

Insgesamt verändert KI die Art und Weise, wie Rechenleistung genutzt werden kann, grundlegend, und die IKT-Branche ist daran interessiert, diese neuen Möglichkeiten zu nutzen. Das erste 3GPP-Release mit Einbeziehung von 6G-Elementen wird Mitte 2025 beginnen und mehr Klarheit darüber bringen, welche Technologien Teil der ersten 6G-Einführung sein werden und welche nicht. Der Zeitplan für 6G wird es ermöglichen, die Leistungsfähigkeit der künstlichen Intelligenz sinnvoll zu nutzen. Es wird die effizienteste und nachhaltigste Mobilfunkgeneration sein, die es je gab. Mit etwas Glück wird sie der Menschheit neue Möglichkeiten der Vernetzung und Interaktion eröffnen.

^{1 https://www.bitkom.org/Themen/Recht-Regulierung/Telekommunikationspolitik/6G

2 https://www.6gworld.com/exclusives/nokias-peter-vetter-6g-is-an-opportunity-to-create-more-value-out-of-the-network/

3 https://www.3gpp.org/specifications-technologies/releases/release-15}