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Was 2025 für die Zukunft bringt

Die drahtlose Revolution

11. März 2025, 14:00 Uhr | Autoren: Houman Zarrinkoub und Mike McLernon / Redaktion: Diana Künstler

Drahtlose Weitverkehrsnetze (WWANs) können KI für eine bessere Umgebungspositionierung und erweitertes Strahlmanagement nutzen.

Die Zukunft der drahtlosen Kommunikation steht vor einem gewaltigen Wandel: Mit nicht-terrestrischen Netzwerken, der Evolution von 5G zu 6G und KI-gesteuerten Systemen entstehen neue Möglichkeiten für globale Konnektivität. Wie diese Technologien unser Leben revolutionieren werden.

Die Zukunft der Mobilfunkbranche wird zwischen 2025 und 2030 von drei bahnbrechenden Technologien geprägt werden:

nicht-terrestrischen Netzwerken (NTNs),
der Weiterentwicklung von 5G hin zu 6G
und KI-nativen Systeme.

NTNs werden die Konnektivität in abgelegenen Regionen verbessern, während 6G-Technologien die Datengeschwindigkeit und das Benutzererlebnis verbessern und KI-native Netzwerke die Kapazität und Abdeckung optimieren werden. Mithilfe dieser neuen Technologien und adaptiven KI-Algorithmen macht die drahtlose Kommunikationsbranche aktuell einen großen Wandel durch und setzt neue Maßstäbe für die mobile Konnektivität der Zukunft. Es lohnt sich daher, einen genaueren Blick auf diese aktuellen Schlüsseltechnologien zu werfen.

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Nicht-terrestrische Netzwerke: Effizienz, Reichweite, Zukunft

Wenn Katastrophen zuschlagen, zählt jede Sekunde – doch oft fehlt genau dann eine stabile Kommunikationsinfrastruktur. Insbesondere in solchen Katastrophengebieten bestehen erhebliche Lücken in der Konnektivität, da die Implementierung und Wartung herkömmlicher drahtloser Infrastrukturen immer kostspieliger und schwieriger werden. Die Lösung liegt in NTNs, die auf weltraumgestützten Komponenten wie Satelliten und Höhenballons (HABs) basieren und selbst unter extremen Wetterbedingungen zuverlässig funktionieren. NTNs sind eine praktische und kostengünstige Alternative, da sie selbst bei Schäden an oder Zerstörung von terrestrischen Netzwerken (TNs) betriebsbereit bleiben und eine stabile Notfallkommunikation über weitläufige geografische Gebiete hinweg gewährleisten.

Weltweit laufen derzeit Bemühungen, NTN-Konstellationen zu starten, die Netzwerke aus Zehntausenden Satelliten bilden und so ländliche und entlegene Meeresgebiete vernetzen sollen. Länder wie Kanada, Frankreich und die Vereinigten Staaten haben in den letzten Jahren mehrere Tausend Satelliten gestartet. Der Start vieler Satelliten sorgt für Redundanz und stellt die Netzwerkstabilität sowie die unterbrechungsfreie Konnektivität sicher, selbst wenn einige Satelliten ausfallen. HABs ergänzen Satelliten bei der Schaffung umfassender NTNs, insbesondere in Bezug auf Zeit- und Kostenersparnisse. Ingenieure können HABs als Kommunikationsrelaiseinsetzen, wenn keine Satellitenkommunikation verfügbar ist. Sie können schneller und kostengünstiger als Satelliten eingesetzt werden und decken ein Gebiet mit einem Durchmesser von über 960 Kilometern (600 Meilen) ab. HABs schweben auch in niedrigeren Höhen zwischen 17 und 37 Kilometern, was geringere Latenzen als bei Satelliten ermöglicht. Durch die Integration von NTNs mit Satelliten und HABs lassen sich Lücken in abgelegenen und katastrophengefährdeten Gebieten wirksam schließen und zuverlässige Kommunikationsnetze zugänglicher machen.

Mit ISAC und RIS in die Zukunft der 6G-Konnektivität

Die Einbindung von rekonfigurierbaren intelligenten Oberflächen (Reconfigurable Intelligent Surfaces – RIS) sowie von integrierter Sensorik und Kommunikation (ISAC) wird maßgeblich zum Erfolg drahtloser 6G-Kommunikationssysteme beitragen. Durch die Kombination dieser beiden Technologien können Ingenieure die Kommunikationsumgebung optimieren, gleichzeitig Bedingungen in Echtzeit erfassen und sich an diese anpassen. Dadurch wird eine Effizienz und Flexibilität erreicht, die über die Leistungsfähigkeit der einzelnen Technologien hinausgeht. Insbesondere ergänzen sich ISAC und RIS gegenseitig, um Umweltbewusstsein und intelligentes Signalmanagement zu bieten.

ISAC kann RIS-Systeme unterstützen, indem es Umgebungsdaten in Echtzeit bereitstellt, die die Anpassung der RIS-Konfiguration zur Optimierung der Signalpfade ermöglichen. Im Gegenzug kann RIS Strahlen fokussieren, um die Erfassungsgenauigkeit zu steigern, wodurch ISAC bei Erfassungsaufgaben eine höhere Auflösung erreichen kann. Die gemeinsame Verwendung von ISAC und RIS fördert zudem die langfristige Funktionsfähigkeit und Rentabilität drahtloser Kommunikationssysteme, indem sie den Stromverbrauch senkt und die Netzwerkabdeckung verbessert. RIS trägt zur Reduktion des Energieverbrauchs bei, indem es elektromagnetische Wellen manipuliert, um die Signalübertragung in unnötige Richtungen zu vermeiden. Darüber hinaus reflektiert RIS Signale auch in Bereiche, die ansonsten zusätzliche Infrastrukturerfordern würden, was den Energiebedarf eines Netzwerksverringert. Durch die gemeinsame Nutzung von Kommunikation und Sensorik von ISAC ist die Stromversorgung mehrerer Systeme überflüssig, was zu Kosteneinsparungen führt.

KI-native Netzwerkanwendungen: Der Schlüssel zur nächsten Netzwerkgeneration

Die Entwicklung drahtloser Weitverkehrsnetze (Wireless Wide Area Networks, WWANs) profitiert von der Nutzung von KI, um die Umgebungspositionierung, das erweiterte Strahlmanagement und das präzise Channel State Information (CSI)-Feedback zu optimieren. Mithilfe der Umgebungspositionierung wird eine unterbrechungsfreie Konnektivität in störungsreichen, dicht besiedelten Umgebungen wie Städten gewährleistet. Mit steigender Benutzerzahl ermöglicht das erweiterte Strahlmanagement eine höhere Anzahl gleichzeitiger Verbindungen, ohne die Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen. Nachdem ein stabiles, großflächiges Netzwerk aufgebaut wurde, erfolgt durch CSI-Feedback eine Feinabstimmung, um die Anzahl abgebrochener Anrufe zu minimieren und die Datenübertragungsraten zu maximieren.

Darüber hinaus entdecken Ingenieure, die KI-Prinzipien bei der Entwicklung drahtloser Systeme anwenden, zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, die die Netzwerkkapazitäten weit über die von herkömmlichen Infrastrukturen hinaus erweitern können.

Die Vorteile der KI für drahtlose Netzwerke erstrecken sich auch auf die Implementierung von Local Area Networks (LANs) und Personal Area Networks (PANs) der nächsten Generation. Zu den innovativen Entwicklungen der KI in diesen Netzwerken gehören Kontextbewusstsein und die Analyse des Benutzerverhaltens. Durch die Integration von KI mit Sensoren und IoT-Geräten entstehen intelligente Umgebungen mit Kontextbewusstsein, die sich an das Verhalten eines Nutzers anpassen und personalisierte, standortbasierte Inhalte liefern. Ändert sich das Verhalten eines Benutzers, können durch die Analyse des Benutzerverhaltens dessen Netzwerknutzungsmuster erfasst werden, was die Kapazitätsplanung und Ressourcenzuweisung optimiert.

Auf dem Pfad zur nächsten Netzgeneration

Die Zukunft der drahtlosen Kommunikation verlangt von Ingenieuren, nicht-terrestrische Netzwerke, 6G-Technologien und KI-native Systeme zu integrieren, um eine globale Konnektivität zu ermöglichen. Da nur noch fünf Jahre bis zur Einführung von 6G verbleiben, ist es entscheidend, dass Ingenieure bei der Entwicklung der nächsten Generation drahtloser Systeme einen interdisziplinären Ansatz verfolgen. Wenn verschiedene Disziplinen Hand in Hand arbeiten, um die kommenden Herausforderungen im Bereich der drahtlosen Kommunikation zu meistern, könnte der Großteil der Welt, unabhängig von geografischen oder klimatischen Bedingungen, zuverlässigen Zugang zur drahtlosen Konnektivität der Zukunft erhalten. Ein vielversprechendes Ziel, das die Art und Weise, wie wir miteinander verbunden sind, revolutionieren könnte.