6G-Forschungs-Hub für offene, effiziente und sichere Mobilfunksysteme (6GEM)
Die Forschenden am Hub 6GEM konzentrieren sich darauf, sichere, offene und ressourceneffiziente Mobilfunksysteme zu entwickeln. Kooperationen mit Unternehmen sollen vor allem zu 6G-Funkzugangs- und Netzwerktechnologien, Sicherheit sowie Terahertzkommunikation etabliert werden.
6GEM verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz für ein offenes, effizientes und sicheres 6G-Funksystem mit Anwendungen von der Produktion über die Logistik bis zum Endverbraucher. Dabei sollen die Bedürfnisse der Nutzerinnen und Nutzer nach Selbstbestimmung, Privatsphäre, Sicherheit und Nachhaltigkeit im Fokus stehen. Darüber hinaus wollen die Partner im Konsortium gemeinsam den Wert zukünftiger 6G-Systeme für hochrelevante gesellschaftliche und industrielle Anwendungsfälle demonstrieren.
Zentrale geplante Ergebnisse zum Laufzeitende
Das 6GEM-Forschungskonsortium wird sieben Testfelder mit fortschrittlichen drahtlosen Kommunikationssystemen ausstatten – darunter unter anderen am Deutschen Rettungsrobotikzentrum in Dortmund, am Duisburger Hafen und im Autobahn-Testzentrum in Aldenhoven. Die Ergebnisse der Forschungsaktivitäten sollen zu innovativen Kommunikationstechnologien führen und die Grundlage für weitere Industriekooperationen bilden. Dabei werden Unternehmen, insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen, beim Aufbau eines starken 6G-Ökosystems für Netztechnologien unterstützt. Auf Basis der entwickelten Kommunikationskonzepte werden langfristig weitere Innovationen folgen, die sukzessive für die Entwicklung von 6G wichtig werden, die Branche mitgestalten und die Standardisierung nachhaltig vorantreiben.
„Das 6GEM-Konsortium bietet einen Mehrwert für zukünftige 6G-Systeme für gesellschaftlich und industriell hochrelevante Anwendungen. Dazu sollen die im Projekt entwickelten 6G-Technologien in sieben Anwendungstestfelder integriert und demonstriert werden. Die technologischen Innovationen aus 6GEM werden extreme Spitzendatenraten, extrem niedrige Latenzen und hohe Ortungsgenauigkeiten ermöglichen. Die Ergebnisse des Projekts können einen wesentlichen Beitrag zur technologischen Souveränität Deutschlands und Europas leisten, indem 6G-Testfelder und -Geräte für Unternehmen entwickelt werden, um ihre Innovationen schneller testen und validieren zu können und dadurch die Zeit zum Transfer in den Markt zu beschleunigen", so Prof. Dr. Haris Gačanin, Sprecher des Projekts 6GEM, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Verteilte Signalverarbeitung.
Technologische Schwerpunkte
Erforschung von offenen 6G-Systemplattformen (mit modularen SDR-Plattformen ebenso wie offenen Systemmodellen mit Digitalen Zwillingen), die flexibel erweiterbar sind und siloartige Architekturen ersetzen und dabei gleichzeitig höchste Performanz und Effizienz bieten
Realisierung resilienter, intelligenter und hochadaptiver 6G- Kommunikationssysteme in steuerbaren drahtlosen Umgebungen
Konsequente Berücksichtigung von „Security and Safety by Design“-Prinzipien über alle Systemebenen, z. B. von minimaler Strahlenexposition bis hin zu garantierter Echtzeitfähigkeit und einem Höchstmaß an Privatheit der Nutzerinnen und Nutzer
Realisierung extrem hoher Übertragungsdatenraten bis hin zu einem Terabit pro Sekunde zur Erfüllung der Dienstgüteanforderungen hochinnovativer Anwendungen unter Einbeziehung von THz-Technologien und deren faseroptischen Anbindung
Betrachtete Anwendungsgebiete
Intelligente Mobilität: Das Projekt 6GEM bietet mit dem Aldenhoven Testing Center eine einzigartige Plattform zur Demonstration und Erprobung der im Projekt entwickelten Kommunikation mit niedriger Latenz, die in zukünftigen 6G-Systemen zu erwarten sind.
Innovative Logistik: Es werden großflächige Testfelder zur Erprobung innovativer Logistiksysteme aufgebaut. Besonders relevant für 6GEM ist, dass in den Testfeldern ein hochgenaues, in dieser Größenordnung international herausragendes Motion-Capturing-System untersucht wird. In Kombination mit dem zellularen Hochgeschwindigkeitslogistiksystem Loadrunner können so anspruchsvolle 6G-Szenarien in Bezug auf echtzeitfähiger Kommunikation und Lokalisierung abgebildet werden.
Mobile Robotik: 6GEM erforscht mit dem Deutschen Rettungsrobotikzentrum mobile Robotersysteme für die zivile Gefahrenabwehr in einem sogenannten „Living Lab“. Eine Besonderheit des Labors sind die angeschlossenen, innen und außen liegenden Versuchsflächen, auf denen die vernetzten Systeme gemeinsam mit Anwenderinnen und Anwendern der Feuerwehr und weiterer Rettungsorganisationen auf ihre Einsatztauglichkeit in verschiedenen Szenarien erprobt werden können. Über mobile Absorberwände können funktechnisch herausfordernde 6GEM-Szenarien erzeugt werden.
Vernetzte Industrie: Der 5G-Industry Campus Europe (5G-ICE), als eine der sechs deutschen 5G-Forschungsregionen, wird mit Lösungen aus 6GEM in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, dem Werkzeugmaschinenlabor (WZL) und dem Forschungsinstitut für Rationalisierung (FIR) e. V. der RWTH Aachen und Ericsson als 5G-Netzausrüster sukzessive mit 6G-Technologien erweitert.
Vollautomatisierte Hafenlogistik: Aktuell entsteht im Duisburger Hafen ein Mobilfunk-Testfeld für Hafenlogistik, um die sichere und teilautomatisierte Steuerung der trimodalen Container-Krane zu ermöglichen. Gemeinsam mit der Deutschen Telekom und weiteren Unternehmen wird dieses Testfeld in 6GEM durch innovative 6G-Schlüsseltechnologien und flexible 6G-Netzarchitekturen in Verbindung mit Mixed-Reality-Umgebungen erweitert, sodass vollautomatischer Hafenbetrieb in Verbindung mit einer intelligenten Verkehrsflusssteuerung erprobt werden kann.
Mögliche Kooperationsthemen für interessierte Unternehmen
Bei der Entwicklung neuartiger und innovativer Konzepte für verschiedene Schwerpunktthemen bei Kommunikationstechnologien werden gezielt Kooperationen mit Unternehmen vorangetrieben. Forschungsthemen für Kooperationen sind zum Beispiel:
6G Radio Access Technologies: In 6GEM wird eine programmierbare Physical-Layer-Infrastruktur aufgebaut, mit der verteilte Kommunikation mit extrem niedriger Latenz und höchster Zuverlässigkeit/Kapazität erforscht und mit Sensor-/Radar- sowie Vertrauens-/Sicherheitstechnologien kombiniert wird. Es werden Algorithmen für adaptive Netzwerk-Kommunikationsprotokolle entwickelt, die durch Cloud-basiertes und in den Geräten eingebettetes maschinelles Lernen unterstützt werden.
6G Networking Technologies: 6GEM konzentriert sich insbesondere auf die Kombination neuer Fähigkeiten auf der physikalischen Schicht mit Netzwerk- und Ende-zu-Ende-Dienstkontrollfunktionalitäten. Um anspruchsvolle Endnutzeranforderungen zu erfüllen (z. B. Fernsteuerung mehrerer Roboter oder Lkw in einer Mixed-Reality-Umgebung), müssen Leistungsindikatoren wie Latenz, Durchsatz, Energieeffizienz und Skalierbarkeit unter Berücksichtigung der Skalierung, Dynamik und Heterogenität eines kompletten Netzwerks erreicht werden.
Security and Safety: Im 6GEM werden neuartige Sicherheitseigenschaften (a) des Funkkanals und des Vollduplexzugriffs (Informationstheoretische & Physical Layer Security), (b) hardwarebasierter Sicherheitsprimitive (z. B. Physical Unclonable Functions), sowie (c) moderner Kryptosysteme evaluiert und implementiert, die insbesondere Langzeitsicherheit auch gegenüber Quantencomputern bieten (Post-Quanten-Kryptographie). Dabei werden Sicherheitsmechanismen und Anforderungen von 6G-Anwendungen mit den aktuellen Bestrebungen zur Standardisierung der Post-Quanten-Kryptographie (PQC) abgeglichen.
THz Communications: Der Lösungsansatz von 6GEM legt die mikrosystemtechnischen Grundlagen für die technologische Souveränität im Bereich kritischer 6G THz-Komponenten. Hierzu zählen ultra-breitbandige, mobile, effiziente 6G-Transceiver, die mit mehr als 100 Gbit/s pro Kanal die Grundlage von 6G-MIMO-Konzepten bilden. Darauf aufbauend erreichen 6G-MIMO-Konzepte höchste spektrale Effizienzen mit aggregierten Datenraten von bis zu 1 Tbit/s pro Funkzelle. Hierfür werden u. a. neue physikalische Übertragungskonzepte mit orthogonaler Antennendiversität erforscht.
Joint Communications and Sensing: Enge Verknüpfung der Kommunikationsfähigkeiten mit kooperativ-verteilter RADAR-basierter Sensorik (Joint Communication and Sensing) mit Latenzen von 100 Mikrosekunden und Ortungsgenauigkeiten von 1 Zentimeter, die einen erheblichen Mehrwert zukünftiger 6G-Systeme versprechen.
