6G-Messtechnik

Nach dem Standard ist vor dem Standard

13. April 2021, 11:48 Uhr | Autor: Roger Nichols / Redaktion: Diana Künstler | Kommentar(e)

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Höheren Anforderungen gerecht werden

Derselbe Druck trieb auch die Fortentwicklung der Anforderungen an die Messtechnik an, wobei der Fokus zunächst auf der Messung der Funkphysik lag: Leistung, Empfindlichkeit und Interferenzprobleme. Jede nachfolgende Generation trieb den Wandel auf zwei Achsen voran: Zum einen hinsichtlich der Art und Weise, wie diese Messungen durchgeführt werden mussten. Zum anderen neue Validierungsanforderungen betreffend (oft auf höheren Ebenen der Systemleistung). Auf dem Signal-Rausch-Abstand basierende Empfindlichkeitsmessungen entwickelten sich zur Bitfehlerrate (Bit Error Rate, BER) und schließlich zur Blockfehlerrate (Block Error Rate, BLER) und müssen nun Rauschen und Interferenzen berücksichtigen.

Die Modulationsgenauigkeit wandelte sich vom Modulationstiefenfehler zur Fehlervektorgröße (Error Vector Magnitude, EVM). Hinzu kam das Testen von Sprachcodecs, Datendurchsatz, Batterieverbrauch und Hand-Overs. Mittlerweile werden Aspekte wie die Scheduler-Effizienz und sogar die „Dienstqualität“ (Quality of Service, QoS) gemessen. Im Rahmen von 6G  wird es zudem notwendig sein, Faktoren auf Systemebene unter die Lupe zu nehmen, die stark mit den Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit, Latenz und Systemstromverbrauch verknüpft sind. Aufgrund der steigenden Ansprüche von Industrie und Gesellschaft mussten sich Simulation, Design, Messung und Validierung von physikalischen Aspekten über die Sprach- und Datenleistung bis hin zur Systemleistung weiterentwickeln.

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Das (politische) Interesse wächst

Gesellschaften und Regierungen schenken 5G verstärkt Aufmerksamkeit – mit besonderem Augenmerk auf öffentliche Sicherheit, Informationssicherheit und nationale Interessen. Dies impliziert Design- und Validierungsanforderungen, nicht nur für neue physikalische Merkmale wie Zeitpräzision und Jitter, sondern auch für systemweite Merkmale wie die Einhaltung von Service Level Agreements (SLAs) und „Quality of Experience“ (QoE). In 6G sind sogar richtliniengesteuerte Anforderungen für die Leistung auf Systemebene zu erwarten. Ein offensichtliches Beispiel ist die Nutzung eines 6G-Netzwerkabschnitts durch die Behörden, ein nicht so offensichtliches wäre 6G als integraler Bestandteil des automatisierten Fahrens oder der Gesundheitsfürsorge. Beides geht mit strengen Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen einher, deren Durchsetzung die Bürger von ihren Regierungen erwarten werden.

Einige dieser Veränderungen sind derzeit bereits sichtbar, wenn Kunden bei der 5G-Technologie unterstützt werden. Natürlich wollen alle ihre Funkanlagen oder die Geschwindigkeit ihrer Glasfasersysteme und Rechenzentren messen. Doch auch andere Fragen entstehen: Wie kann ich validieren, was ich in meinem SLA meinem Kunden anbiete? Was sind die Ursachen für Probleme mit der Sprachqualität? Wie lässt sich sicherstellen, dass Spiele im Netzwerk und auf bestimmten mobilen Geräten einwandfrei laufen? Welches Sicherheitsniveau kann garantiert werden? Es ist zu erwarten, dass 6G neue technische Anforderungen in fünf Hauptbereichen vorantreiben wird:

  • Funk der nächsten Generation in allen Bändern sowie die Aufnahme von Bändern über 100 GHz: Dazu gehören neue Technologien zur Verbesserung der Spektral- und Energieeffizienz <8 GHz, generationsbedingte Verbesserungen bei 20 – 70 GHz mmWave und die Aufnahme von Sub-THz (100 – 1000 GHz) für Kommunikation, Sensorik und Bildgebung.
  • Integrierte heterogene Mehrfach-Funkzugangstechnologie-Systeme (Multi-Radio Access Technology, RAT): Nahtlose und intelligente Nutzung von 6G-Funksystemen mit nicht-terrestrischen Netzwerken sowie Legacy-Drahtlossystemen, Personal Area Networks und Nahfeldkommunikation (NFC).
  • Time-Engineering in Netzwerken: Weitere Reduzierung der Latenzzeit, Ergänzung um vorhersagbare und programmierbare Latenzzeit für zeitgenaue Anwendungen.
  • KI-basierte Vernetzung: Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) zur Optimierung von Echtzeit-Netzwerkbetrieb und -leistung. Auch die Konnektivität und gemeinsame Nutzung allgegenwärtig verteilter KI-Daten, -Modelle und -Wissen.
  • Verbesserte Sicherheit: Durchgängige Anwendung von Sicherheitstechnologie für Datenschutz, Angriffsvermeidung, Angriffserkennung, Angriffsresistenz und Wiederherstellung in einer Zero-Trust-Umgebung.

Bis auf die erste müssen alle Anforderungen von der physikalischen Ebene bis zur Systemebene validiert werden. Die Vorhersage, dass einige Tests auf Systemebene von politischen Anforderungen diktiert werden, wird in diesem Zusammenhang manchmal negiert. Wie bereits erwähnt, führen Regierungen auf der ganzen Welt einen intensiven Dialog über 5G in Bezug auf Sicherheit und nationale Interessen. Regional- und Kommunaleverwaltungen sind dabei, lokale Verordnungen zur Nutzung mobiler Geräte, zur Standortwahl von Zellen und zur elektromagnetischen Exposition auszuarbeiten. Außerdem erforschen Verteidigungsministerien den Einsatz von 5G für ihre Bedürfnisse bereits früher im 5G-Lebenszyklus als bei bisherigen Generationen. Zu bedenken ist in diesem Zusammenhang, dass sich der Einfluss der Politik bereits in der frühen Geschichte des Funks zeigte – etwa beim universellen Notruf: S-O-S, also der Morsecode ...---..., war nicht immer Standard. Diese drei Symbole, die man  wegen ihrer Einfachheit und leichten Unterscheidbarkeit ausgewählt hat, wurden 1906 auf der International Radio Telegraph Convention in Berlin zur Norm erklärt. Der Untergang der Titanic im Jahr 1912 führte nicht nur zur Standardisierung eines gemeinsamen Notfunkkanals, sondern auch zur Vereinheitlichung des internationalen Seerechts, welches vorschrieb, dass alle Funktelegrafen-Büros an Bord jederzeit besetzt sein müssen.

Schon früh wurden also Richtlinien vorgegeben, die Nachrichtentypen, Funkkanäle und Verhalten vorschrieben. Viele weitere Beispiele sind seitdem hinzugekommen – und da Funksysteme ein grundlegender Bestandteil der Gesellschaft sind, ist davon auszugehen, dass es noch mehr folgen werden.

Roger Nichols, 5G and 6G Program Manager bei Keysight Technologies

6G: China prescht vor

Am 6. November 2020 verkündete die chinesische Regierung, erfolgreich den „weltweit ersten 6G-Satelliten“ ins All gebracht zu haben. Er ging zusammen mit zwölf anderen Satelliten des Taiyuan Satellite Launch Center in der Provinz Shanxi in die Umlaufbahn. Der Satellit beherbergt demnach mehrere Experimentiergeräte und soll die Technologie der Terahertz-Wellen, eine hochfrequente Strahlung, im Weltraum testen. Diese Terahertz-Wellen ermöglichen eine Datenübertragung mit 50 Gigabit pro Sekunde. Dies bietet Streaming-Geschwindigkeiten, die etwa 100-mal schneller sind als die derzeit möglichen von etwa 500 Megabyte pro Sekunde. Der eingesetzte Satellit verfügt laut China unter anderem über Technologien, die zur Überwachung von Erntekatastrophen und zur Verhütung von Waldbränden eingesetzt werden können. Noch ist die Telekommunikationsbranche einige Jahre davon entfernt, sich auf die Spezifikationen von 6G zu einigen. Es ist daher noch nicht sicher, ob es die aktuell getestete Technologie in den endgültigen Standard schaffen wird. (DK)

 


  1. Nach dem Standard ist vor dem Standard
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  3. Interview: Weshalb wir 6G brauchen

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