Von Alejandro Escobar Calderon und Gerardo Orozco

Die Welt ist vernetzter als je zuvor und obwohl diese Vorstellung nicht neu ist, sind sich viele von uns manchmal nicht vollständig darüber im Klaren, wie groß die Geschwindigkeit des Verbindungswachstums ist. Im Jahr 2022 verfügte die Welt über rund 13.2 Milliarden IoT-Verbindungen (Ericsson Mobile), mit einem Wachstum von 13 % im Jahresvergleich. Darüber hinaus hat sich der Datenverkehr im Mobilfunknetz seit 2019 alle zwei Jahre verdoppelt. Dieser Trend wird sich voraussichtlich von 149 EB im Jahr 2022 auf 760 EB im Jahr 2023 fortsetzen! Wenn wir also 5 bis 10 Jahre in die Zukunft blicken, werden die bestehenden 5G-Frequenzbänder sowohl in FR1 (<6 GHz) als auch in FR2 (mmWave von 24–54 GHz) nicht ausreichen, um den Datenanforderungen zukünftiger drahtloser Netzwerke gerecht zu werden. Nun stellt sich die Frage: Ist es zu früh, sich mit der Zukunft der drahtlosen Kommunikation zu befassen?

Während wir in den letzten Jahren kaum mit dem Einsatz von 5G/5G Advanced zu sehen waren, ist der Wettlauf um die drahtlose 6G-Technologie in vollem Gange. Wenn wir über Wireless sprechen, scheint es immer Überschneidungen zwischen den einzelnen neuen Standards zu geben. 5G/5G Advanced sind schon seit einiger Zeit Schlagworte und ich kann Ihnen garantieren, dass Sie den Begriff 6G nicht zum ersten Mal hören. Manchen erscheinen Gespräche über 6G futuristisch und verfrüht. Angesichts der neuen Anforderungen von 6G (z. B. geringerer Stromverbrauch oder Gerätestandort, mehr vernetzte Geräte), die sich aus neuen Anwendungen ergeben, haben die zur Bewältigung künftiger Anforderungen erforderlichen Innovationen jedoch einen langen Weg bis zur Kommerzialisierung vor sich. Einige der entscheidenden Forschungsarbeiten, die letztendlich zu 5G führten, begannen vor etwa einem Jahrzehnt, und das Gleiche gilt auch für 6G.

6G-Versprechen und Herausforderungen
Als nächster Meilenstein im Mobilfunk verspricht 6G die Bereitstellung eines intelligenten Netzwerks, das Menschen und Maschinen jederzeit und überall miteinander verbindet. Dadurch werden Anwendungen möglich, die wir noch nie zuvor gesehen haben. Von der drahtlosen Erkennung und Erfassung bis hin zu immersivem XR, Twinning und mobilen Hologrammen haben diese neuen Technologien das Potenzial, die Art und Weise, wie wir mit der Welt um uns herum interagieren, erheblich zu beeinflussen. Um diese Wirklichkeit werden zu lassen, müssen jedoch zahlreiche technologische Herausforderungen gelöst werden.

Der Bedarf an neuem Spektrum aufgrund der gestiegenen Datenerwartungen in der Branche wird weiterhin ein harter Kampf sein. Die Optimierung des Spektrums bietet eine große Chance. In der Vergangenheit haben Regierungen das Spektrum den Altbesitzern zugewiesen, was dazu führte, dass ein Großteil dieses Spektrums nicht ausreichend genutzt wurde. Um dieses Problem zu lösen, ermöglichen Spektrum-Sharing-Technologien einen Teil dieser ungenutzten Bandbreite für die Übertragung von Kommunikationssignalen und ermöglichen eine effizientere Aufteilung. Neue Anwendungen mit hohem Datenaufkommen wie nicht-terrestrische Netzwerke, maschinelles Lernen sowie integrierte Sensorik und Kommunikation erfordern jedoch letztendlich die Erforschung und Erweiterung neuer Frequenzen, um 6G Wirklichkeit werden zu lassen.

Erforschung des neuen Spektrums für 6G im Sub-THz-Bereich
Da der Bedarf an Bandbreite weiterhin besteht und Probleme bei der Bereitstellung von Frequenzen mit höherem Band auftreten, erweist sich Sub-THz als Anwärter für den 6G-Einsatz der Zukunft. Es gibt immer noch vieles, was wir über dieses Band nicht verstehen, und die Hauptforschung besteht heute darin, Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie Schaltkreise und Methoden entwickelt werden können, die bei jenen Frequenzen funktionieren, die versprechen, Signale mit großer Bandbreite übertragen zu können. Während unserer aktuellen Phase der 6G-Forschung werden umfangreiche Tests durchgeführt, um besser zu verstehen, wie sich extrem breitbandige Wellenformen bei diesen außergewöhnlich hohen Frequenzen verhalten. Der Betrieb unter diesen Bedingungen bringt viele einzigartige Überlegungen mit sich, die neue Teststandards erfordern. Im Gegenzug sind neue Testumgebungen erforderlich, um neue Techniken zu testen, die für die Weiterentwicklung der 6G-Technologie, Standards und regulatorischen Einschränkungen von entscheidender Bedeutung sind. Bei NI arbeiten wir ständig mit akademischen und industriellen Partnern zusammen, um einige der größten Herausforderungen zu bewältigen, die mit dem Testen von Sub-THz für 6G verbunden sind. Egal, ob Sie schnell Messungen durchführen und visualisieren oder komplexe und detaillierte Testfälle anpassen müssen, unsere 6G-Sub-THz-Lösungen Ziel ist es, dabei zu helfen, umfassende Sub-THz-Forschung, -Tests und -Validierung effizient und genau durchzuführen.

Looking Ahead
Es gibt noch viel Forschungs- und Prototyping-Arbeit zu leisten, um 6G technisch und kommerziell Wirklichkeit werden zu lassen. Der drahtlose Bereich ist weiterhin eine sich ständig weiterentwickelnde Landschaft. Auch mit der Einführung neuer Standards wie WiFi-7 und der 6G-Erweiterung in FR3-Bänder (7–24 GHz) bleiben die ständigen Kompromisse, die eine Koexistenz ermöglichen, bestehen. Aus diesem Grund war es für den Erfolg noch nie so wichtig, Ingenieurteams in verschiedenen Forschungsorganisationen zusammenzustellen. Bei NI sind wir ständig auf der Suche nach Möglichkeiten, Ingenieuren bei der Bewältigung der schwierigsten Herausforderungen der Branche zu helfen. Von einer breiten Palette an Hardware bis hin zu Softwarelösungen, die dabei helfen, Tests zu automatisieren und die Wiederverwendung leistungsstarker Instrumente zu maximieren. Unser Ziel ist es, Ingenieuren dabei zu helfen, die neuen, komplexen Technologien zu testen, die die vernetzte und zugängliche drahtlose Kommunikation der Zukunft ermöglichen werden.

– Gerardo Orozco ist leitender System-F&E-Ingenieur für Halbleiter und Elektronik bei National Instruments.