Herausforderungen bei der Validierung von 6G-Innovationen

DNVN – Damit 6G-Innovationen praxistauglich werden, stehen Forscher vor zahlreichen Herausforderungen bei der Zertifizierung der nächsten Generation drahtloser Informationstechnologie. Von der Theorie über mathematische Gleichungen bis hin zur tatsächlichen Umsetzung von 6G ist die Komplexität sehr hoch und erfordert sorgfältige Planung, Tests und Messungen, um die ultrahohen Frequenzen genau zu spezifizieren.

Die 6G-Forschung muss nicht nur spezifische Kanaleigenschaften untersuchen , sondern auch die Leistung von Frequenzen, Wellenformen und anderen neuen Funktionen von der Bitübertragungsschicht bis hin zu Protokollen höherer Schichten validieren. Forscher müssen Herausforderungen sowohl auf Kanal- als auch auf Netzwerkebene bewältigen.

Herausforderungen auf Kanalebene

Auf Kanalebene ist die Übertragung hochfrequenter Signale mit zahlreichen Herausforderungen verbunden, darunter Pfadverluste, da Terahertz- (THz) und Sub-Terahertz-Bänder eine hohe Dämpfung aufweisen, wodurch die Signalstärke über große Entfernungen stark abfällt. Diese Bänder weisen zudem das Problem des Übersprechens auf, bei dem hochfrequente Signale beim Auftreffen auf Hindernisse wie Bäume oder Gebäude schwächer werden, was zu Abdeckungsproblemen führt.

Ein weiteres Problem ist die atmosphärische Absorption. THz-Signale reagieren besonders empfindlich auf Absorption durch Gase in der Atmosphäre, was die Signalstärke und -zuverlässigkeit verringert.

Auch hinsichtlich der Übertragungsleistungsbudgets ergeben sich Herausforderungen. Die große Bandbreite der 6G-Signale könnte zu einem niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis führen, da die Leistung über ein breiteres Band verteilt wird.

Zu den Problemen der Mehrwegeausbreitung zählen Interferenzen und Fading. Von der Oberfläche reflektierte Signale erreichen den Empfänger zu unterschiedlichen Zeiten, was zu Interferenzen und Signalverzerrungen führt. Dieses Problem ist in städtischen Umgebungen noch gravierender. Beim Fading verändert die schnelle Variation der Signalamplitude aufgrund von Mehrwegeeffekten die Signalqualität und verringert die Zuverlässigkeit der Übertragung.

Bei der Strahlerzeugung und -verwaltung sind präzise Strahlformungstechniken erforderlich, um die hochfrequenten, schmalen Strahlen zum Empfänger zu leiten. Die Strahlsteuerung kann in dynamischen Umgebungen schwierig sein. Eine weitere Herausforderung ist die Strahlverfolgung, da die Empfängerposition ständig überwacht werden muss, um die Strahlsteuerung in Echtzeit anzupassen, was die Komplexität des Systems erhöht.

Das 6G Lab der Northeast University, USA, erforscht 130 GHz Breitband-MIMO-Systeme zur Erhöhung des Datendurchsatzes und der Übertragungsdistanz.

Herausforderungen auf Netzwerkebene

Zu den Herausforderungen auf Netzwerkebene zählen Probleme im Zusammenhang mit Netzwerkdichte und -interferenzen, Latenz und Zuverlässigkeit sowie der Integration in heterogene Netzwerke.

Auf Netzwerkebene hängt die Leistung von der Minderung von Problemen ab, die durch Netzwerkdichte und Interzellinterferenzen sowie durch Spektrummanagement entstehen. Netzwerke mit hoher Dichte und vielen kleinen Zellen können Interzellinterferenzen verstärken und so die Gesamtnetzwerkleistung verringern. Effizientes Spektrummanagement ist unerlässlich, um Interferenzen zu reduzieren und die Nutzung verfügbarer Frequenzen zu erhöhen.

Frau Hwee Yng Yeo, Director of Industries and Solutions bei Keysight Technologies Inc.

Latenz und Zuverlässigkeit sind ebenfalls wichtige Parameter, um ultraniedrige Latenzziele (z. B. 1 Mikrosekunde Latenz) zu erreichen. Dafür sind hocheffiziente Signalverarbeitungs- und Übertragungstechniken erforderlich. Darüber hinaus muss eine zuverlässige 6G-Konnektivität in verschiedenen Umgebungen, beispielsweise in städtischen, ländlichen und abgelegenen Gebieten, gewährleistet sein.

Die Integration von 6G-Netzen in bestehende 5G-Netze und andere drahtlose Technologien erfordert eine nahtlose Übergabe zwischen den Netztypen und die Lösung von Interoperabilitätsproblemen. Die Gewährleistung der Interoperabilität verschiedener Netzkomponenten und -technologien, wie Satelliten-, terrestrischen und Luftnetzen, ist für die Erreichung umfassender Abdeckungs- und Leistungsziele unerlässlich.

Von der Theorie zur Simulation und Emulation von 6G

Forscher modellieren mithilfe von Softwaretools für Simulationsdesign verschiedene 6G-Nutzungsszenarien, darunter Kanalausbreitung, Wellenformen und Netzwerke.

Der nächste Schritt im 6G-Entwicklungsprozess besteht darin, diese Simulationsergebnisse in eine Echtzeit-Signalsimulation umzuwandeln. Die Simulation ist ein Schlüsselfaktor bei der Messung der Leistung von 6G-Systemen in Echtzeitkanälen und -netzwerken, von physischen Protokollen bis hin zu höheren Schichten.

Durch die Simulation von 6G-Signalen in einer kontrollierten Umgebung können Forscher die Leistung von 6G-Systemen präzise bewerten. Dazu gehört die Bewertung der oben genannten Herausforderungen unter reproduzierbaren Bedingungen und die Feinabstimmung von Programmen für verschiedene Szenarien. Forscher können außerdem Systemschwachstellen durch Simulation untersuchen und Sicherheitsprobleme frühzeitig beheben.

6G: Von der innovativen Forschung zur Realität

Um beispielsweise zur Entwicklung der 6G-Technologie beizutragen, arbeitete Keysight mit 6G-Forschern der Northeastern University zusammen, um 130-GHz-Breitband-MIMO-Systeme zu erforschen und Echtzeit-Forschung im Nah-THz-Bereich auf der Netzwerkebene durchzuführen.

Der Markt geht davon aus, dass 6G bis 2030 kommerziell verfügbar sein wird. Das bedeutet, dass wir höchstens fünf Jahre Zeit haben, um Produkte und Anwendungen zu entwickeln, die den noch zu entwickelnden Standards entsprechen. Forscher, Geräte- und Komponentenentwickler, Test- und Messexperten, Netzwerk- und Cybersicherheitsingenieure sowie Regulierungsbehörden arbeiten im gesamten 6G-Ökosystem zusammen, um 6G Wirklichkeit werden zu lassen.

Hwee Yng Yeo, Keysight Technologies

Quelle: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/nhung-thach-thuc-trong-xac-nhan-hop-chuan-cho-cac-sang-tao-6g/20250619052935383