Neue Mobilfunkgeneration – was wird 6G können?
Während wir noch das Mobilfunknetz der 4. Generation nutzen und über 5G sprechen, wird in den Laboren und Büros der Wissenschaft schon an 6G geforscht. Denn dafür müssen neue Frequenzen ebenso her wie drahtlose Übergänge.
Anschwellende Datenströme verlangen nach immer leistungsfähigeren Mobilfunknetzen.
Foto: panthermedia.net/Melpomene
Das Mobilfunknetz der 4. Generation erreicht in Deutschland eine Netzabdeckung von mehr als 90 Prozent, der LTE-Nachfolger 5G soll im Jahr 2020 eine Bandbreite von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde (GBit/s) ermöglichen. Doch noch bevor das nächste Mobilfunknetz überhaupt in den Startlöchern steht, scheint der Weg frei für 6G. Forscher sind bereits jetzt damit beschäftigt, die Grundlagen für noch deutlich höhere Bandbreiten zu schaffen. Drahtlose Übertragungsraten von bis zu 400 GBit/s ermöglichen ganz neue Wege der Kommunikation.
6G wird weiter steigende Datenströme bündeln
Die Datenströme werden auch zukünftig weiter wachsen, da sind sich die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik (IAF) sicher. Als Antwort auf diese steigenden Anforderungen arbeiten sie in Kooperation mit Partnern aus Forschung und Entwicklung daran, künftig noch weitaus schnellere Datenverbindungen zu ermöglichen als das im heutigen LTE-Netz oder über WLAN möglich erscheint.
Herz der Technik ist eine Verknüpfung von Funklösungen im Terahertz-Bereich und Glasfasertechnik. Insbesondere durch neue Frequenzbänder sollen gänzlich neue Möglichkeiten für ein belastbares Kommunikationsnetz erschlossen werden. Die Fachleute gehen davon aus, dass auf diese Weise Datenübertragungsraten von bis zu 400 GBit/s drahtlos realisiert werden können.
Aufgrund dieser hohen Bandbreiten soll die drahtlose Kommunikation nicht nur die vorherigen Mobilfunknetze ablösen, sondern letztlich auch den teuren Ausbau des Glasfasernetzes in jedes Eigenheim überflüssig machen. Ohnehin würde dieser kostspielige Netzausbau nicht die Problematik lösen, dass ein immer größerer Datenverkehr über mobile Endgeräte abgewickelt wird – spätestens außerhalb des heimischen WLAN würden die Datenraten also wieder deutlich absinken.
Neue Frequenzen erschließen
Die bisher für Mobilfunknetze verwendeten Frequenzen reichen allerdings nicht aus, um derart hohe Bandbreiten auf Glasfaserniveau übertragen zu können. Für das LTE-Netz werden derzeit die Frequenzbereiche zwischen 800 und 2.600 Megahertz (MHz) genutzt, was die Bandbreite auf theoretisch 1 Gigabit pro Sekunde beschränkt. Werden die Frequenzen bis auf den Terahertz-Bereich angehoben, können die eben genannten Übertragungsraten hingegen durchaus erreicht werden.
Grundsätzlich steigt mit der Frequenz auch die maximale Bandbreite, dafür aber nimmt die Reichweite ab. Aus diesem Grund wird das vergleichsweise langsame 4G-Netz im Frequenzbereich LTE Band 20 mit 800 MHz ausgesendet: aufgrund der vergleichsweise geringen Frequenz ist die Reichweite hoch, im ländlichen Raum kann so die Anzahl der notwendigen Funktürme reduziert werden.
Nahtloser Übergang durch „Verschmelzung“ der Netze
Im Forschungsprojekt Terranova entwickeln Fraunhofer-Forscher Funkmodule auf Chipebene. Dieser Funktionsprototyp eines 300-Gigahertz-Mehrkanal-Funksystems soll später als System-on-Chip dienen.
Quelle: Fraunhofer IAF
Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist der nahtlose Wechsel zwischen verschiedenen Zugangstechnologien. Bereits jetzt ist es üblich, dass Mobilfunknutzer zwischen WLAN und 4G wechseln. Problematisch ist dabei allerdings, dass es noch keinen fließenden Übergang gibt, weil unterschiedliche Zugangsdaten genutzt werden. Das Projekt Terranova des Fraunhofer HHI hat unter anderem eine „Verschmelzung“ der unterschiedlichen Netze zum Ziel, damit der Kunde den Wechsel gar nicht mehr bewusst wahrnimmt. Insbesondere dieses Zusammenspiel unterschiedlicher Netzelemente gilt als besondere Herausforderung, die auf dem Weg zur noch leistungsfähigeren Kommunikation noch gemeistert werden muss.
Ein weiteres Thema ist die Hardware-Implementierung: die leistungsfähigen Funkchips müssen so kompakt, stromsparend und erschwinglich sein, dass sie in den kommenden Smartphones auch tatsächlich Anwendung finden können. Und zuletzt muss das Reichweitenproblem so gelöst werden, dass der Aufbau der neuen Netzinfrastruktur nicht zu hohe Kosten verursacht.
Fazit: Mobilfunknetz der Zukunft
Insgesamt zeigt sich also: Künftig dürfen wir mit noch weitaus leistungsfähigeren Mobilfunknetzen rechnen, als sie derzeit schon zur Verfügung stehen. Und das zu einer Zeit, wo das nächstschnellere 5G-Netz, das die IT-Expertin Liesbet van der Perre noch vor wenigen Jahren als „Tausendmal leistungsfähiger als 4G“ beschrieb noch nicht einmal implementiert ist. Die Besonderheiten des 5G-Netzes liegen vor allem in den verwendeten Funkfrequenzen, die sich vom konventionellen 4G-Netz deutlich unterscheiden sollen. Dadurch werden Bandbreiten technisch realisierbar, die um ein Vielfaches höher liegen, als die derzeit realisierbare Geschwindigkeit. Damit sollen nicht nur aktuell verfügbare Mobilfunknetze abgelöst werden, insbesondere soll auch eine Konkurrenz zum teuren Glasfaserausbau geschaffen werden. Im 6G-Netz schließlich werden all diese Vorteile zusammenkommen und zusätzlich wird der Wechsel zwischen unterschiedlichen Netzen nahtlos erfolgen und vom Nutzer kaum noch bemerkt werden.
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