Was die Mobilfunkgeneration 6G für autonome Autos bedeuten kann

Auf Augmented Reality gestützte Entertainmentlösungen, vernetzte Maschinen in der Industrie oder smarte Häuser: mit 5G werden neue Erlebnisse in unterschiedlichen Bereichen möglich. Vor allem in der Automobilbranche verspricht 5G große Fortschritte.

Mit der nächsten Mobilfunkgeneration und neuester Radarsensorik sollen sich vernetzte Autos ("Connected Cars") unter anderem gegenseitig warnen können und mit der Infrastruktur kommunizieren. 5G soll in Österreich ab 2023 flächendeckend verfügbar sein.

Das steirische Technologieunternehmen AT&S arbeitet aber jetzt schon an der nächsten Mobilfunkgeneration 6G, bei welcher die Frequenz noch weiter angehoben werden soll, um mehr Signale pro Sekunde übertragen zu können. „6G ist der Standard für viele Anwendungen, die mit 5G nicht lauffähig sind. Mit 6G gibt es erstmals die Möglichkeit, hohe Datenraten und geringe Latenzzeit gleichzeitig zu realisieren“, sagt Hannes Voraberger, Chef des Research & Development Centers (R&D) bei AT&S.

Applikationen, beispielsweise aus der Telemedizin,Video-Streaming oder Video-Konferenzen bei Auflösungen mit 16K, werden ihm zufolge damit möglich.

„Waveguides“ für verlustfreie Übertragung

Im Gegensatz zu 5G werde mit 6G außerdem bei einer etwa 10-mal höheren Datenübertragungsleistung weniger Energie verbraucht. Und: „Höhere Frequenzen beeinflussen auch die Systemgröße. Die benötigte Fläche von Antennensystemen wird etwa auf ein Viertel reduziert“, so Voraberger.

Um die wachsenden Datenmengen möglichst ohne zeitliche Verzögerung und mit kleinsten Verlusten von hochfrequenten Signalen verarbeiten, übertragen und speichern zu können, bringt AT&S sogenannte „Waveguides“ zur Anwendung. Dabei handelt es sich um mikroskopisch kleine Metallröhren, die direkt in Leiterplatten eingebettet werden.

Die Seitenwände der Kanäle und der Bereich zur Antenne werden für eine optimale Schirmung mit Kupfer beschichtet. 

Höhere Frequenzen, kleinerer Querschnitt

„Die Waveguides haben einen rechteckigen Querschnitt und sind innen hohl“, so der Experte. Der Querschnitt eines Waveguides ist genau auf eine Signalfrequenz abgestimmt. „Grundsätzlich gilt: Je höher die Frequenzen, desto kleiner der Querschnitt.“

Während die hochfrequenten Signale im bevorstehenden 5G-Netz der kommenden Ausbaustufe bei 26 bis 39 Gigahertz (GHz) liegen, ermöglichen diese Waveguides einen verlustfreien Transport von Signalen zwischen Antennen und Signalverarbeitungschips im Bereich zwischen 70 und mindestens 140 GHz. „Frequenzen über 100 GHz bedeuten einerseits höhere Datenmengen je Zeiteinheit zu übertragen, aber auch die Möglichkeit, mit mehr Antennen (sogenannte Antennenarrays) die Auflösung der Applikationen zu erhöhen. Dies ist vor allen bei Radarsystemen wichtig“, so der Forscher.

6G wird 5G in vielen Bereichen ergänzen

Waveguides könnten in Zukunft für Mobilfunk und eben auch für Radarsensoren für Fahrzeuge wesentlich sein. Denn hochauflösende Sensoren, welche die Umgebung des Fahrzeugs im Detail erfassen, sind für autonome Autos und Fahrassistenzsysteme ein Muss. Sie erkennen Hindernisse, sodass die Autos rechtzeitig darauf reagieren können. Diese Informationen werden nur mit entsprechend hochfrequenten Signalen und einer großen Bandbreite verfügbar.

Die Prozessentwicklung zur Herstellung der luftgefüllten Kanäle befindet sich in der finalen Phase. Aktuell setzt AT&S Waveguides bereits in Entwicklungsprojekten mit Entwicklungspartnern für 140-GHz-Radarsysteme ein. Als nächsten Schritt werden Performance-Messungen und Zuverlässigkeitstests durchgeführt. Bis Ende 2022 sollen voll funktionsfähige Module zur Verfügung stehen.

6G-Anwendungen ab 2027 markreif

Derzeit würden auch Simulationen und Machbarkeitsstudien für 6G durchgeführt. Der Standard für 6G und Radar High Resolution Applikationen bei 140 GHz befinde sich noch in der Entwicklung und werde nicht vor 2026 abgeschlossen sein. „Die ersten 6G-Applikationen im Feld werden aus heutiger Sicht ca. ab 2027 Marktreife erlangen“, so der Spezialist.

Ablösen werde 6G die Vorgängergeneration Voraberger zufolge aber nicht, sondern in vielen Bereichen ergänzen.

Dieser Artikel entstand im Rahmen einer Kooperation zwischen futurezone und AT&S.