Welche Konnektivitätsoptionen gibt es für Ingenieure?
Bei der Entwicklung von drahtlosen Geräten können Ingenieure aus einem breiten Spektrum verfügbarer Kommunikationstechnologien schöpfen. Allerdings ist die Auswahl der richtigen Technologie für die jeweilige Anwendung ein wesentlicher Entwicklungsschritt. Die falsche Wahl kann dazu führen, dass Designs unbrauchbar werden und von Grund auf neu begonnen werden müssen.
Drahtlose Technologien haben drei Hauptmerkmale, von denen allerdings nur zwei jemals optimiert werden können. Diese Merkmale sind: Bandbreite (Datenmenge, die pro Sekunde übertragen werden kann), Energie und Reichweite. Eine drahtlose Technologie, die große Entfernungen mit hoher Bandbreite überbrücken kann, braucht zwangsläufig viel Energie. Umgekehrt kann eine Lösung mit geringer Reichweite und niedrigem Energieverbrauch keine großen Datenmengen übertragen.
Wenn für ein Design ein möglichst niedriger Energieverbrauch im Vordergrund steht, haben Ingenieure die Wahl zwischen LoRaWAN, Bluetooth und UWB. LoRaWAN bietet den zusätzlichen Vorteil einer großen Reichweite (über 15 km bei optimalen Wetterbedingungen). Bluetooth kann mit einer breiten Palette von Geräten zusammenarbeiten, darunter auch Smartphones. UWB schließlich ermöglicht die präzise Positionsbestimmung zwischen Geräten.
Wenn die Bandbreite der wichtigste Faktor eines Designs ist, können Ingenieure zu Wi-Fi und Mobilfunk greifen, die beide im Hinblick auf den Internetzugriff konzipiert wurden. Wi-Fi hat im Vergleich zu Mobilfunk eine geringere Reichweite (bis zu 100 Meter an einem wolkenlosen Tag ohne Hindernisse zwischen Basisstation und Gerät), braucht aber dafür weniger Strom. Dagegen bietet Mobilfunk die Möglichkeit des Roamings zwischen verschiedenen Basisstationen ohne lange Neuverbindungszeiten. Allerdings gehen die hohe Bandbreite und die große Reichweite zu Lasten eines höheren Energieverbrauchs.
Wenn eine größtmögliche Reichweite erzielt werden soll, bleiben nur zwei zuverlässige Optionen: entweder Mobilfunk oder LoRaWAN. Die Auswahl zwischen diesen beiden ist einfach, je nachdem, ob Bandbreite oder Energieverbrauch am wichtigsten sind. Ist Energieverbrauch wichtiger als Bandbreite, dann ist LoRaWAN die logische Wahl. Umgekehrt wäre es entsprechend Mobilfunk.
Was bietet 6G?
6G ist einen kommende Mobilfunktechnologie, die sich noch in der aktiven Entwicklung befindet. Derzeit gibt es noch keine Geräte oder Demos, die das zukünftige Netzwerk zeigen. Es wurden auch noch keine spezifischen Zahlen von einem Gremium rund um 6G veröffentlicht, da über den Standard noch nicht entschieden ist (derzeit befindet sich 5G im Stadium der weltweiten Einführung).
Es gibt jedoch weder Forschung zu 6G noch können wir deshalb fundierte Annahmen über seine Möglichkeiten treffen. Ferner gibt von Telekom-Gesellschaften und aus der Forschung bereits Aussagen darüber, was von 6G erwartet werden kann. All dies vermittelt uns deshalb schon eine grundlegende Vorstellung darüber, was 6G einmal leisten wird.
Die beeindruckendste Aussage über 6G ist, dass es als erstes Unified-Netzwerk vorgeschlagen wird. Das heißt, es ist nicht allein auf Mobilfunk ausgelegt, sondern auch auf Home-Geräte, intelligente Städte, IoT und IIoT. Durch dieses einheitliche Netzwerk würden Nutzer keine eigenen Internet-Basisstationen mehr brauchen, da die Übertragung direkt von Mobilfunkmasten erfolgt, die alle in Sichtweite befindlichen Räume aller Wohnungen versorgen können. Wie bei den jetzigen Mobilfunknetzen wäre der Zugangspunkt derselbe, den auch der Nachbar verwendet.
In Bezug auf das wohl verwendete Funkspektrum kursieren zahlreiche Gerüchte über Terahertz-Frequenzen, womit 6G-Signale zwischen Mikrowellen und Infrarot angesiedelt wären. In der Forschung konnten bereits Terahertz-Chips demonstriert werden, die in der Lage waren, 1 TB Daten innerhalb einer Sekunde mit einer Reichweite von 1 km zu übertragen. Andere Forscher demonstrierten eine Terahertz-Datenübertragung mit 206 Gbit/s.
Wenn 6G eine derart hohe Geschwindigkeit erreicht und Geräte im häuslichen Umfeld bedienen kann, dann dürfte es auch über starke Beamforming-Fähigkeiten zur Verhinderung von Störungen zwischen Geräten verfügen. Eine Nutzung von 6G als primärer Internetzugang für häusliche Geräte würde auch niedrige Latenzen und die Unterstützung vieler Geräte voraussetzen.
Wie fällt der Vergleich von 6G mit 5G aus?
Da die Einzelheiten rund um 6G noch extrem vage sind, ist ein Vergleich des zukünftigen Netzes mit 5G etwas verfrüht. Ausgehend von den heute bekannten Fakten über 6G und der Tatsache, dass es zweifelsfrei eine Verbesserung gegenüber 5G sein wird, können wir einige Annahmen für einen Vergleich zwischen den beiden treffen.
Der mit Abstand größte Unterschied zwischen den beiden Netzwerktechnologien wird die Geschwindigkeitsverbesserung dank der Nutzung von Terahertz-Frequenzen sein. 5G hat eine maximale Geschwindigkeit von 10 Gbit/s und liegt damit irgendwo im Bereich der 10- und 100-fachen Geschwindigkeit von 4G. Dies macht auch Sinn, denn das 100-Fache dieser Zahl ist 1 Tbit/s. Realistischerweise können wir daher für 6G mit Verbindungsgeschwindigkeiten zwischen 50 und 200 Gbit/s rechnen. Mehr dürfte technisch nicht machbar sein. Zu beachten ist auch, dass durchschnittliche 5G-Nutzer eine Geschwindigkeit im Bereich von 100 Mbit/s haben werden, was erheblich unter dem theoretischen Maximalwert liegt.
Der zweite spürbare größere Unterschied besteht darin, dass 6G mehr Geräte als 5G unterstützen wird. Tatsächlich ist es wahrscheinlich, dass die höhere Bandbreite von 6G sich nicht in einem Geschwindigkeitszuwachs gegenüber 5G niederschlagen wird, sondern stattdessen in der Unterstützung für Tausende gleichzeitige Verbindungen. So könnte ein für 1 Tbit/s ausgelegter 6G-Sendeturm potenziell über 10.000 Geräte gleichzeitig unterstützen, die alle eine Downloadrate von 100 Mbit/s haben (was für die meisten Anwendungen mehr als ausreichend ist.)
Diese Bandbreitezuwachs wird sich auch in geringeren Verbindungslatenzen niederschlagen, was für zukünftige Anwendungen zwischen Fahrzeug und allen anderen Geräten unverzichtbar sein wird. Die reduzierte Latenz wird Geräten die Kommunikation untereinander über das Netzwerk mit minimaler Verzögerung ermöglichen. Dies wiederum würde es Wearable-Elektronik erlauben, ihre Position an Fahrzeuge in der Nähe zu senden. Mit einem derartigen System könnten intelligente Fahrzeugsteuersysteme automatisch bremsen, wenn ein Fußgänger erkannt wird, unabhängig von Fahrbahnbedingungen oder bordeigenen Sensoren.
Wird 6G alle anderen Netzwerktechnologien überflüssig machen?
Die kurze Antwort auf diese Frage heißt: Nein. Denn ein solches Netzwerk der Zukunft wird wahrscheinlich hohe Energieanforderungen haben. Natürlich ist es absolut möglich, dass Netzbetreiber gleichzeitig ein sekundäres Mobilfunknetz mit einem starken Fokus auf Energiereduzierung einrichten (ähnlich wie eine IoT-Version von 6G). Aber selbst dann wird es viele Anwendungen geben, für die andere Technologien wie Bluetooth oder UWB besser geeignet sind.
Darüber hinaus bieten Technologien wie etwa LoRaWAN extrem lange Reichweiten bei minimalem Energieverbrauch. Dies ist besonders vorteilhaft in Remote-IoT-Anwendungen (etwa in der Land- und Forstwirtschaft). Keine Anzahl von 6G-Türmen könnte jemals mit einem 433-MHz-Signal konkurrieren, das nur eine Handvoll Bytes an Informationen über zig Kilometer transportieren muss.
Bluetooth wäre weiterhin von Bedeutung für Geräte, die sich nur über wenige Meter verbinden. Ein Paradebeispiel dafür sind drahtlose Kopfhörer. Die geringe Energie und Reichweite von Bluetooth bedeuten, dass es keine größeren Netzwerke stört (z. B. Wi-Fi und Mobilfunk). Außerdem würde die Nutzung von Bluetooth andere Netzwerke insgesamt entlasten.
Letztendlich können Nutzer mit Wi-Fi private Netzwerke aufbauen, ihren lokalen Datenverkehr steuern, den Zugriff auf ihre Internetverbindung kontrollieren und interne Dienste erstellen, die nur innerhalb des Netzwerks verfügbar sein sollen (z. B. lokale Cloudserver oder NAS).
Sollten sich Ingenieure mit 5G befassen?
Wenn 6G das einheitliche Netzwerk der Zukunft sein wird, dann kann man sich fragen: Lohnt sich die Auseinandersetzung mit 5G in Projekten im Bereich IoT und Smart City überhaupt noch? Die Antwort ist ein ganz klares Ja.
Erstens wird 6G frühestens im Jahr 2030 eingeführt werden. Manche Unternehmen nennen auch 2028, aber wahrscheinlich wird 5G dank seiner Verbesserungen gegenüber 4G noch eine lange Zeit in Betrieb bleiben. Wer mit der Entwicklung von IoT-Projekten noch warten will, bis 6G verfügbar wird, braucht einen sehr langen Geduldsfaden. Somit wäre es besser, in die Entwicklung von Hardware zu investieren und nachzuweisen, dass Mobilfunknetze für derartige Anwendungen nutzbar sind.
Zweitens werden Mobilfunkbetreiber durch die Nutzung von 5G-Netzen auch motiviert, weitere Investitionen darin zu tätigen und durch Zusätze der zukünftigen 6G-Spezifikation zu erweitern, die Ingenieure unterstützen. Wenn Netzbetreiber sehen, dass ihre Netze nur von Mobilfunkgeräten genutzt werden, dann wird 6G möglicherweise nur auf Mobilfunkgerätehersteller ausgerichtet statt auf kommende Zukunftsmärkte wie IoT und IIoT, die allesamt von 6G sehr stark profitieren würden.
6G hat ein reales Potenzial, das erste Netzwerk zu werden, das nicht auf einen bestimmten Typ von Geräten ausgelegt ist. Seine hohe Geschwindigkeit und große Anzahl unterstützbarer Geräte könnte ein neues Zeitalter für große Netzwerk einläuten. Solange Ingenieure aber keine 5G-Projekte entwickeln und darin zeigen, wie Mobilfunknetze im IoT-Bereich genutzt werden können, werden Mobilfunkbetreiber möglicherweise 6G gar nicht mit IoT im Blick verfolgen.