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Vergessen Sie 5G. 6G wird 100-mal schneller sein mit einem 50-mal höheren Datendurchsatz und wird Frequenzen im Terabit-pro-Sekunde-Bereich nutzen. Dies wird mit der Leistungsfähigkeit von Glasfaserkabeln konkurrieren. Zum Vergleich: 5G überträgt Daten derzeit nur mit Gigabit-Geschwindigkeit. 6G wird seine größte Anwendung in der Erstellung digitaler Zwillinge und der Digitalisierung der physischen Welt haben. ⁃ TN-Redakteur
Es wird erwartet, dass 6G im Vergleich zu seinem Vorgänger deutlich bessere Kommunikationsmöglichkeiten bieten wird, z. B. Spitzen-Datenraten im Tbps-Bereich, Latenzzeiten im Mikrosekundenbereich und eine Netzzuverlässigkeit von 99,99999 %.
Obwohl 6G viel verspricht, ist es unwahrscheinlich, dass 6G bald zum Alltag gehören wird, obwohl mehrere wichtige Unternehmen und Länder bereits mit der 6G-Forschung begonnen haben (siehe Abbildung unten). Die Schwierigkeiten liegen nicht nur in der THz-Technologie, sondern auch in der Identifizierung von Anwendungen, die die Einführung von 6G vorantreiben werden. IDTechEx forscht seit Jahren zu 5G und 6G. In diesem Artikel werden einige der hardwarebezogenen Hürden für 6G-Konnektivität sowie potenzielle Anwendungen, die 6G vorantreiben könnten, erörtert.
Herausforderungen in der THz-Technologie
6G wird ein Spektrum über 100 GHz nutzen und schließlich den THz-Bereich erreichen. Die Vorteile einer so hohen Frequenz liegen auf der Hand: Es kann eine riesige Bandbreite genutzt werden, die einen Spitzendatenfluss von Tbps mit einer Latenzzeit im Mikrosekundenbereich ermöglicht. Die Nutzung eines derartigen Hochfrequenzspektrums unterliegt jedoch mehreren Einschränkungen.
Eine der größten Herausforderungen besteht darin, dass das THz-Signal in der Luft erheblich gedämpft wird, was die Übertragungsreichweite einschränkt und es leicht durch Hindernisse blockiert werden kann. Da die physikalischen Gesetze nicht ignoriert werden können, besteht das wichtigste Element bei der Entwicklung eines Geräts für die Hochfrequenzkommunikation darin, genügend Energie bereitzustellen, um eine angemessene Übertragungsreichweite zu erzielen, selbst als Teil einer Antennengruppe.
Die Wahl der richtigen Halbleiter zur Vergrößerung der Verbindungsreichweite ist das wichtigste Element. Nachfolgend finden Sie einen Überblick über die Auswahl an Halbleitertechnologien, die oberhalb des 100-GHz-Spektrums arbeiten. CMOS eignet sich für Geräte, die unter 150 GHz arbeiten, insbesondere für Geräte, die für die Kommunikation über kurze Entfernungen benötigt werden (für größere Entfernungen kann die Verwendung anderer Halbleiter wie SiGe oder III-V für Leistungsverstärker erforderlich sein). Bei Frequenzen über 200 GHz wird jedoch eine Kombination aus CMOS für die Logik und III-V-Transistoren für rauscharme Verstärker und Leistungsverstärker der richtige Weg sein. Die SiGe-BiCMOS-Technologie bietet derzeit den besten Kompromiss in Bezug auf Leistung, niedrige Kosten und einfache Integration für Frequenzen von 200 GHz bis 500 GHz. InP könnte die ultimative THz-Technologie sein und sich für Anwendungen eignen, bei denen die Kosten nicht die Hauptrolle spielen.
Zu den weiteren aktiven Forschungs- und Entwicklungsbereichen neben den Halbleitertechnologien gehören die Notwendigkeit, extrem verlustarme Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante und geringem Tan-Verlust zu finden, um erhebliche Übertragungsverluste zu vermeiden, eine neuartige Packaging-Methode zu entwickeln, die die HF-Komponenten eng mit den Antennen verzahnt, sowie Energie- und Wärmeprobleme zu bewältigen, da die Geräte immer kompakter und komplexer werden. Der 6G-Marktforschungsbericht von IDTechEx, „6G Market 2023-2043: Technology, Trends, Forecasts, Players“, erörtert diese Herausforderungen im Detail.
Anwendungen, die die Einführung von 6G vorantreiben könnten
Um die Akzeptanz neuer Technologien zu fördern, ist es wichtig, wichtige Geschäftsanwendungen zu identifizieren. Obwohl die Netzbetreiber die überlegene Leistung von 5G mmWave anpreisen, ist der mmWave-Markt trotz der jahrelangen Kommerzialisierung von 5G noch nicht in Schwung gekommen. Die überwiegende Mehrheit der 5G-Ausbauten nutzt weiterhin 5G unter 6 GHz. Die Gründe dafür? Der Grund, den die meisten Befragten laut IDTechEx nennen, ist das Fehlen von Anwendungen, die nur mit mmWave und keiner anderen Technologie möglich sind. Die gleiche Frage wird auch zu 6G gestellt: Warum wird es benötigt?
Aus Sicht des Verbrauchers ist eine Datenverbindung im Tbps-Bereich und eine Latenzzeit im Mikrosekundenbereich, für die er eine höhere Abonnementgebühr zahlen muss, wahrscheinlich nicht attraktiv, wenn die Anwendungen auf seinen mobilen Geräten so ziemlich die gleichen sind wie die, die er jetzt hat. Wir haben schon viel über den Wirbel um das Metaverse gehört, das durch 5G und 6G ermöglicht wird, aber es fehlen noch immer die realen Anwendungsfälle, die eine breite Akzeptanz fördern könnten. Es sollte jedoch nicht vergessen werden, dass 6G über einzigartige Fähigkeiten in den Bereichen Sensorik, Bildgebung, präzise Positionierung usw. verfügen wird. Diese Eigenschaften werden weitere geschäftliche Anwendungsfälle eröffnen und den Einsatz von 6G in Bereichen jenseits der mobilen Kommunikation ermöglichen, was die fortgeschrittene Digitalisierung und Automatisierung verschiedener Branchen weiter vorantreiben kann. So können 6G-Netze beispielsweise für die genaue Wahrnehmung und zentimetergenaue Positionierung von mobilen Robotern eingesetzt werden, was die Fähigkeit zur Fernsteuerung von mobilen Robotern zum Aufnehmen und Tragen verschiedener Objekte demonstriert. Gleichzeitig ermöglicht diese Übertragungsstrecke auch die drahtlose Hochgeschwindigkeitsübertragung von hochauflösenden Echtzeitvideos zwischen dem mobilen Roboter und dem Steuergerät, was die Integration von Synästhesie ermöglicht. Da sich das Spektrum über 275 GHz hinaus ausdehnt, sind darüber hinaus interessante Anwendungsfälle hervorzuheben, wie z. B. die Verwendung von THz-Verbindungen als drahtlose Verbindungen zum Ersatz von Glasfaserkabeln in Datenzentren, die rekonfigurierbare Routen und die Verringerung der Größe von Server-/Router-Racks ermöglichen, was natürlich zu einer erheblichen Kostenreduzierung führt, sowie die Schaffung einer oder mehrerer Punkt-zu-Punkt-Hochgeschwindigkeitskommunikationsverbindungen innerhalb eines Geräts, die ein schnelleres Routing ermöglichen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die überzeugenden Geschäftsmöglichkeiten, die IDTechEx für 6G sieht, sich derzeit auf Business-to-Business-Anwendungsfälle konzentrieren. Das soll jedoch nicht heißen, dass 6G auf den Märkten für Verbraucherkommunikation nicht wichtig sein wird. Vielmehr muss ein überzeugender Anwendungsfall nachgewiesen werden, um eine breite Einführung auf den Verbrauchermärkten zu fördern.