6G Research and Innovation Cluster

Offene und sichere 6G-Technologien: Weltmarktchance für Deutschland

Das „6G Research and Innovation Cluster“ (6G-RIC) verfolgt das Ziel, Mobilfunksysteme mit offenen Schnittstellen über alle Technologiegrenzen hinweg zu entwickeln. Dabei stehen die Technologieentwicklung und der Aufbau einer leistungsfähigen Testinfrastruktur im Mittelpunkt. Die Testinfrastruktur soll die Erprobung neuer Technologiekomponenten unter realistischen und offenen Bedingungen ermöglichen. Hierdurch soll die direkte Verwertung beschleunigt und mittelfristig der Aufbau eines neuen Ökosystems gewährleistet werden.

Das 6G Research and Innovation Cluster wird die wesentlichen Schlüsseltechnologien zukünftiger 6G-Kommunikationssysteme entwickeln. Diese Schlüsseltechnologien sollen zudem frühzeitig in Form von sogenannten Technologie-Demonstratoren erprobt werden. Die neuen Technologien aus den Bereichen Sub-THz Kommunikation,  Co-Design von Software und Hardware sowie der virtualisierten und programmatisch steuerbaren Campusnetze werden neue Anwendungen in einer 6G-Infrastruktur ermöglichen. Sie werden zugleich die Entwicklung einer 6G-Infrastruktur rasant vorantreiben. Im Rahmen des 6G-RIC werden die neu entwickelten Technologiekomponenten aus der Labor- und Testumgebung in übergreifenden Ende-zu-Ende-Demonstratoren zusammengeführt und im Kontext ausgewählter 6G-Anwendungsfälle präsentiert.

48 Monate

Projektdauer

(08/2021 - 07/2025)

 

70 Mio. Euro

Förderung

(50 Mio. bewilligt)

 

20

Projektpartner

(Universitäten und Forschungsinstitute)

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Die Abbildung veranschaulicht die Erweiterung der Entwurfsdimensionen beim Übergang von 5G zu 6G: Beim Entwurf von 5G stand die möglichst effiziente Nutzung der knappen Frequenzressource durch den Einsatz der räumlichen Signalverarbeitung im Vordergrund. Mit der Verfügbarkeit großer Bandbreiten bei höheren Frequenzen bis in den Sub-THz-Bereich wird sich die Frequenzknappheit entschärfen, während die Bedeutung der optimalen Ausnutzung der Energieressource weiter zunehmen wird.  Die zusätzlichen 6G-Ressourcen "Computing" und "Data" werden durch die in das Netz integrierte (künstliche) Intelligenz erschlossen. Neben dieser "Netzintelligenz" ist "Security by Design" ein zentrales Element des 6G-Systemkonzepts in 6G-RIC.

Technological Innovation Areas

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Die massenmarktfähige Erschließung höchster Signalbandbreiten im Sub-THz Bereich für mobile Anwendungen erfordert neuartige energie- und kosteneffiziente Transceiver-Technologien. Im Rahmen des 6G-RIC wird die aufkommende Bandbreitenlimitierung bestehender Kommunikationsinfrastrukturen so adressiert, dass zukünftig nicht nur aggregiert mindestens 100 Gbit/s robust übertragen werden können, sondern darüber hinaus auch gleichzeitig die Energie- und Kosteneffizienz für Sub-THz-Übertragung um mindestens den Faktor 2 gegenüber dem momentanen Stand der Technik gesteigert wird. Diese ambitionierten Ziele werden im 6G-RIC unter anderem durch die optimale Fusion (hybride Integration von Halbleitertechnologien – RF CMOS, SiGe und III-V-Verbindungshalbleiter) sichergestellt.

Wegen des anhaltenden Bedarfs an höheren Datenraten sowie des Trends zur Nutzung höherer Frequenzen wird MIMO ein essentieller Bestandteil von 6G-Netzen bleiben und daher ein wichtiges Forschungsthema in 6G-RIC sein. Ziel von 6G-RIC ist es, ein nutzerzentriertes Co-Design von Hardware und Software für zelllosen Betrieb und verteilte MIMO-Systeme unter Beachtung praktischer Aspekte wie unsicherer und fehlender Kanalinformationen, Nah-/Fernfeldverhaltens, Nichtlinearitäten von Leistungsverstärkern, Antennenkopplungseffekten, Nichtstationaritäten sowie hybriden Digital-Analog-Hardware-Architekturen mit niedrig auflösenden A/D-Wandlern umzusetzen.

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6G-Netze werden nicht nur neue Anwendungen mit extremen Bandbreiten und hoher Zuverlässigkeit bei gleichzeitig niedrigen Latenzzeiten ermöglichen, sondern auch integrierte Radio-Sensing-Dienste wie Lokalisierung und Detektion bieten (Stichwort: Netz als Sensor). Dies ist von besonderer Bedeutung für Anwendungen wie Extended Reality sowie vernetzte Robotik und autonome Systeme. Ferner wird Radio-Sensing 3D-Abbildungen der Funkumgebung über verschiedene Frequenzen hinweg ermöglichen.

Die Vision einer extremen IoT-Konnektivität, die für vielfältige MTC-Anwendungen erforderlich ist, muss noch realisiert werden. Insbesondere der derzeitige Ansatz, bestehende drahtlose Systeme, die in erster Linie für die „Mensch-zu-Mensch"-Kommunikation konzipiert wurden, so zu modifizieren, dass sie die Anforderungen an die IoT-Konnektivität erfüllen, hat sich oft als ineffizient und nicht skalierbar erwiesen. Es fehlt auch die Berücksichtigung von E2E-Aspekten als Teil des Designs, d. h. des gesamten Protokollstapels von der physikalischen Schicht bis zur Anwendungsschicht. Daher liegt hier ein Schwerpunkt auf der Weiterentwicklung von Codierschemata für unkoordinierten Mehrfachzugriff (Random Access), einschließlich neuer Verfahren des „unsourced" Random Access in Kombination mit massiven MIMO - Empfängern, Polar-Code - Konstruktionen (einschließlich polar-codierter Modulation und Wellenform), und Code-Design für sehr kurze Blöcke mit unvollständiger (oder fehlender) Kanalzustandsinformation

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Sowohl aus ökonomischer als auch aus gesellschaftlicher Sicht ist es unerlässlich, Aspekte der Kommunikationssicherheit sowie des Datenschutzes (Privacy) als integrale Bestandteile des Designs von Beginn an zu berücksichtigen. In dieser TIA wird eine Sicherheitsarchitektur für 6G-Netze entworfen, die Security-by-Design sicherstellt. Zudem wird die real werdende Gefahr durch Angriffe mit Quantenhardware systematisch berücksichtigt und Abwehrmechanismen auf Basis der Post-Quantum-Kryptographie und Physical-Layer-Security entwickelt (letztere bietet informations-theoretische Sicherheit). Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Detektion von Angriffen (wie beispielsweise Distributed Denial-of-Service Angriffe oder das gezielte Einschleusen von Nachrichten, die Instabilitäten verursachen) auf Ebene des analogen Funkkanals. Hierzu werden Methoden des maschinellen Lernens zur Detektion angewendet. Zudem werden entsprechende Gegenmaßnahmen entworfen und prototypisch umgesetzt.

Das autonome, skalierbare und flexible Management eines virtualisierten, disaggregierten 6G Netzes erfordert ein neues selbstorganisierendes Multi-Governance-Netzmanagement sowie geeignete Abstraktionen der Hardware- und Software-Infrastrukturkomponenten. Dieses muss Aspekte wie Automatisierung, Anpassung, Datenschutz und Sicherheit umfassend berücksichtigen und eine durchgängige Orchestrierungsfunktionalität zur kohärenten und kontinuierlichen Anpassung des Systems an die Anforderungen und verfügbaren Ressourcen bieten und die Konfiguration der Mobilitäts- und QoS-Verwaltung erlauben, sowie die Flexibilisierung in der Daten- und Control-Ebene durch neue Abstraktionen und Programmierbarkeit ermöglichen.

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Projektpartner