Hoch skalierbare Funkzugriffe für den 6G-Mobilfunk
Funk- und Mobilfunksysteme sind in den letzten Jahrzehnten zu einem der bedeutendsten Treiber für technologische Innovationen in der industriellen Produktion, Logistik, Mobilität, aber auch in der Unterhaltungsindustrie geworden. Zunehmend werden sie auch für zeitkritische Anwendungen und Prozesse eingesetzt, etwa in der Regelungstechnik, bei fahrerlosen Transportsystemen, Drohnen oder bei kollaborativen Robotern. Für diese zeitkritischen Funkanwendungen werden zukünftig nicht nur geringe Latenzzeiten und Fehlerraten benötigt, sondern auch selbstorganisierende Funknetze. Diese organisieren automatisch die Vergabe von Funkressourcen innerhalb eines Netzes, verbinden sich mit anderen Netzen und leiten den Datendienst der Mobilstation zwischen Mobilfunkzellen und Netzen weiter. Durch automatische Umverteilung von Funkressourcen mehrerer Mobilstationen können einzelne Netze oder Funkzellen ohne manuellen Eingriff entlastet werden. Weiterhin müssen berechtigte Anwender oder Endgeräte schnell authentifiziert werden, damit Anwendungen schnell starten oder in anderen Netzen verzögerungsarm fortgesetzt werden können. Durch eine Vermaschung von Funknetzen soll der unterbrechungsfreie Übergang zwischen verschiedenen Funknetzen erreicht werden.
Im Verbundprojekt „Ultra Scalable Wireless Access (USWA)“ wird erforscht, wie geringe Latenzzeiten und dynamisch vermaschte 6G-Funknetzwerktopologien realisiert werden können, um echtzeitfähige Industrie- und Audioanwendungen zu gewährleisten. Dazu sollen zunächst die grundlegende Thematik des latenzarmen Funkzugangs untersucht und geeignete Protokolle und Signalverarbeitungsalgorithmen entworfen und umgesetzt werden. Hierauf aufbauend wird ein Verschlüsselungsverfahren integriert und eine Systemarchitektur für eine vermaschte Netzwerktopologie für echtzeitfähige Anwendungsszenarien konzipiert. Für eine schnelle und ressourcenoptimierte Selbstorganisation werden Methoden der Künstlichen Intelligenz eingesetzt. Am Ende des Projektes steht die demonstrative Gesamtsystemerprobung in dem industriellen Anwendungsfall „flexible Fabrik“. Um eine große Reichweite auf europäischer Ebene zu erzielen, erfolgt zusätzlich eine Kooperation mit dem EUREKA Clusters CELTIC-NEXT.
Die innovative Verknüpfung der Lösungsansätze bezüglich niedriger Latenzzeiten, der Reduktion von Übertragungsfehlern, vermaschter Netzwerk-topologien und der Gewährleistung des Datenschutzes wird in vielen weiteren zeitkritischen Anwendungsbereichen nutzbar sein. Als Teil der 6G-Forschungsinitiative des BMBF entstehen hier zukünftige Kommunikationstechnologien, die auch für Industrie 4.0, Verkehrsleitsysteme, industrielle Automatisierungsprozesse oder bei Audio- und Videoanwendungen eingesetzt werden können. Die Ergebnisse tragen zu einer Vorreiterposition Deutschlands in der nächsten Mobilfunkgeneration 6G und damit auch zur technologischen Souveränität Deutschlands und Europas bei.