5G und 6G: Technologien, die die Welt verändern (eBook)

Die Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts und ihre Auswirkungen auf unser Leben

M. W. Draaser (Autor)

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2023 | 1. Auflage
304 Seiten
Books on Demand (Verlag)
978-3-7583-8033-4 (ISBN)

Infos

Das Buch "5G und 6G: Technologien, die die Welt verändern - Die Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts und ihre Auswirkungen auf unser Leben" ist ein umfassendes Kompendium, das die revolutionären Netzwerktechnologien 5G und 6G in all ihren Facetten beleuchtet. Von den technischen Grundlagen und Spezifikationen bis hin zu den vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten in Industrie, Medizin und Alltag bietet dieses Werk einen tiefgreifenden Einblick in die Technologien, die die Grundlage für die nächste Generation der globalen Kommunikation bilden. Die Sicherheitsaspekte, von Verschlüsselung bis hin zu Risikomanagement, werden ebenso gründlich analysiert wie die wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Implikationen. Dabei werden auch ethische und regulatorische Fragen nicht ausgespart. Ein besonderer Fokus liegt auf den Herausforderungen und Zukunftsaussichten, die diese Schlüsseltechnologien mit sich bringen. Dieses Buch ist nicht nur ein unverzichtbares Nachschlagewerk für Fachleute und Forscher, sondern auch eine fundierte Informationsquelle für alle, die sich für die weitreichenden Auswirkungen dieser bahnbrechenden Technologien interessieren. Es bietet eine ganzheitliche Perspektive auf die komplexen Zusammenhänge und ist damit ein Muss für jeden, der die digitale Transformation und ihre Auswirkungen auf die Gesellschaft verstehen möchte.

M. W. Draaser ist ein renommierter Netzwerk-Spezialist, der sich in der IT-Branche durch seine umfassende Expertise und sein tiefgehendes Verständnis für Netzwerktechnologien einen Namen gemacht hat. Mit einer Karriere, die sich über mehr als ein Vierteljahrhundert erstreckt, hat er eine beeindruckende Laufbahn als Administrator und Netzwerk-Techniker hinter sich. Nach dem Abschluss seines Studiums der Informatik an einer angesehenen Universität begann Draaser seine berufliche Laufbahn in einer Zeit, in der das Internet und Netzwerktechnologien noch in den Kinderschuhen steckten. Er erkannte früh das immense Potenzial, das in der Vernetzung von Computern und Systemen lag, und entschied sich, sein eigenes Unternehmen zu gründen. Als selbstständiger Unternehmer konnte er seine Visionen umsetzen und maßgeschneiderte Netzwerklösungen für eine Vielzahl von Branchen entwickeln. Im Laufe der Jahre hat Draaser an zahlreichen Projekten gearbeitet, die von der Implementierung lokaler Netzwerke in kleinen Unternehmen bis hin zur Konzeption und Umsetzung komplexer Netzwerkarchitekturen für Großkonzerne reichen. Seine Fähigkeiten sind nicht nur auf die technische Umsetzung beschränkt; er verfügt auch über ausgeprägte analytische Fähigkeiten, die es ihm ermöglichen, die Bedürfnisse seiner Kunden präzise zu identifizieren und optimale Lösungen zu entwickeln. Draaser ist auch für seine Beiträge zur wissenschaftlichen Gemeinschaft bekannt. Er hat mehrere Fachartikel in renommierten Journalen veröffentlicht und ist ein gefragter Redner auf internationalen Konferenzen. Seine Arbeiten haben ihm diverse Auszeichnungen und Anerkennungen eingebracht, die seine Position als einer der führenden Experten in seinem Fachgebiet unterstreichen. Neben seiner beruflichen Tätigkeit engagiert sich Draaser auch in verschiedenen Fachverbänden und Organisationen, um sein Wissen und seine Erfahrungen mit der nächsten Generation von Netzwerkspezialisten zu teilen. Er ist Mentor für junge Talente und bietet regelmäßig Workshops und Schulungen an. In Anbetracht der rasanten Entwicklungen im Bereich der Netzwerktechnologien bleibt M. W. Draaser stets am Puls der Zeit. Durch kontinuierliche Weiterbildung und das Streben nach Exzellenz hat er sich als eine feste Größe in der Welt der Netzwerktechnologie etabliert. Seine langjährige Erfahrung und sein unermüdlicher Einsatz für Innovation machen ihn zu einer herausragenden Persönlichkeit in seinem Fachgebiet.

Textauszug

2. Spektrum und Frequenzbänder

Das Kapitel beginnt mit einer Untersuchung der Unterschiede zu 4G, um einen Kontext für die Weiterentwicklungen in den 5G- und 6G-Technologien zu schaffen. Ein besonderer Fokus liegt auf der Spektrumseffizienz, die für die Leistungsfähigkeit der Netzwerke von entscheidender Bedeutung ist.

Die verschiedenen Frequenzbereiche und -zuweisungen, einschließlich der Millimeterwellen und Sub 6 GHz, werden detailliert erörtert. Dabei werden auch die technischen Eigenschaften sowie die jeweiligen Vor- und Nachteile beleuchtet. Ein weiteres Kernthema ist das Interferenzmanagement, wobei Techniken zur Vermeidung von Interferenzen und die Koexistenz mit anderen Netzwerken und Technologien diskutiert werden.

Das Kapitel wagt auch einen Blick in die Zukunft und behandelt die aufkommende Terahertz-Kommunikation in 6G. Es werden die spektralen Eigenschaften, Bandbreite und Kapazität sowie die potenziellen Einsatzgebiete und Herausforderungen vorgestellt. Ein besonderes Augenmerk wird auf die technologischen und physikalischen Herausforderungen gelegt, die mit der Nutzung dieses Frequenzbereichs verbunden sind.

Die Materialforschung und die Fortschritte in der Antennen- und Chip-Technologie werden als Schlüsselfaktoren für die Realisierung der Terahertz-Kommunikation identifiziert. Darüber hinaus werden Materialien für Terahertz-Anwendungen und ihre Relevanz für die Energieeffizienz untersucht. Abschließend werden die Aspekte des Energieverbrauchs und -managements sowie die Nachhaltigkeitsaspekte in den Blick genommen.

2.1 Unterschiede zu 4G

Dieses Kapitel widmet sich der kritischen Analyse der Veränderungen und Weiterentwicklungen, die mit dem Übergang von der vierten zur fünften und schließlich zur sechsten Generation der Mobilfunktechnologie einhergehen. Im Mittelpunkt der Betrachtung stehen dabei mehrere Schlüsselbereiche, die die Unterschiede zwischen den Generationen verdeutlichen.

• Spektrumseffizienz:

Während 4G-Netzwerke bereits eine verbesserte Spektrumseffizienz im Vergleich zu ihren Vorgängern aufwiesen, setzen 5G und 6G neue Maßstäbe. Durch den Einsatz fortschrittlicher Modulationstechniken und Beamforming wird eine effizientere Nutzung des verfügbaren Spektrums ermöglicht.

• Frequenzbereiche:

4G-Netzwerke operieren hauptsächlich in Frequenzbereichen von 800 MHz und 2600 MHz. Mit 5G und 6G kommen jedoch auch Millimeterwellen zum Einsatz, die eine höhere Datenübertragungsrate ermöglichen. In der 6G-Technologie wird sogar die Nutzung von Terahertz-Frequenzen in Erwägung gezogen. 6G nimmt die Frequenzspektren von 7 bis 20 GHz in den Blick, ebenso das W-Band (zwischen 75 und 110 GHz), das D-Band (von 110 bis 175 GHz), Bereiche von 275 bis 300 GHz sowie den Terahertz-Bereich (0,3 bis 10 THz).

• Datenübertragungsraten:

4G bietet Datenübertragungsraten von aktuell bis zu 500 MBit/s. 5G hingegen ermöglicht Geschwindigkeiten von bis zu 20 Gbit/s, und die Vision für 6G liegt weit darüber. Das 2017 initiierte Forschungsprojekt zu 6G hat das ambitionierte Ziel, Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 1 Tbit/s zu ermöglichen. An den technologischen Lösungen arbeiten global Wissenschaftler verschiedener Institutionen, einschließlich des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik sowie des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik HHI.

• Latenz:

Das Hauptunterscheidungsmerkmal zwischen 4G und 5G ist die Latenz. 5G prognostiziert Latenzzeiten von weniger als 1 Millisekunde, im Gegensatz zu 4G, das Latenzen zwischen 60 und 98 Millisekunden hat. Zudem wird erwartet, dass 6G noch geringere Latenzzeiten als 5G aufweisen wird.

• Energieeffizienz:

Eines der Hauptziele von 5G und 6G ist die Verbesserung der Energieeffizienz, sowohl auf der Seite der Netzwerkinfrastruktur als auch der Endgeräte. Dies ist ein Bereich, in dem 4G trotz einiger Fortschritte noch Defizite aufweist.

• Netzwerkarchitektur:

Während 4G-Netzwerke eine eher zentralisierte Architektur aufweisen, ermöglichen 5G und 6G durch den Einsatz von Technologien wie Network Slicing und Edge Computing eine flexiblere und effizientere Netzwerkgestaltung.

• Anwendungsbereiche:

4G war primär auf die mobile Datenkommunikation ausgerichtet. 5G und 6G erweitern das Spektrum der Anwendungsbereiche erheblich und ermöglichen den Einsatz in industriellen IoT-Anwendungen, autonomen Fahrzeugen und vielen anderen Szenarien.

Durch die Betrachtung dieser Schlüsselbereiche wird deutlich, dass der Übergang von 4G zu 5G und 6G nicht nur eine evolutionäre Weiterentwicklung darstellt, sondern in vielen Aspekten eine revolutionäre Veränderung mit sich bringt. Es handelt sich um einen Paradigmenwechsel, der weitreichende Auswirkungen auf die Kommunikationstechnologie und die damit verbundenen Anwendungsbereiche hat.

2.1.1 Spektrumseffizienz

Spektrumseffizienz ist ein entscheidender Faktor für die Leistungsfähigkeit und Kapazität eines Mobilfunknetzes und hat direkte Auswirkungen auf die Qualität der Dienste, die den Endnutzern zur Verfügung gestellt werden können.

• Definition und Bedeutung:

Spektrumseffizienz bezieht sich auf die Menge an Informationen, die pro Hertz des genutzten Frequenzspektrums übertragen werden können. Eine höhere Spektrumseffizienz ermöglicht es, mehr Daten in kürzerer Zeit zu übertragen, was besonders in dicht besiedelten Gebieten von Bedeutung ist.

• 4G und seine Grenzen:

In 4G-Netzwerken wurde bereits eine Reihe von Technologien wie OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) und MIMO (Multiple Input, Multiple Output) eingeführt, um die Spektrumseffizienz zu verbessern. Dennoch stößt 4G bei steigendem Datenaufkommen und wachsenden Anforderungen an seine Grenzen.

• 5G-Technologien:

Mit der Einführung von 5G werden neue Technologien wie Beamforming und Massive MIMO genutzt, die eine noch effizientere Spektrumnutzung ermöglichen. Durch die Fokussierung des Signals auf bestimmte Empfänger wird die Interferenz minimiert und die Gesamteffizienz des Systems erhöht.

• 6G und zukünftige Visionen:

Für die sechste Generation der Mobilfunktechnologie werden noch fortschrittlichere Technologien in Erwägung gezogen. Hierzu gehören unter anderem die Nutzung von Terahertz-Frequenzen und KI-gesteuerte Netzwerkoptimierung, die eine noch effizientere Spektrumnutzung versprechen.

• Herausforderungen und Lösungsansätze:

Die effiziente Nutzung des Spektrums ist mit einer Reihe von Herausforderungen verbunden, darunter die Koexistenz mit anderen Diensten und Technologien sowie regulatorische Beschränkungen. Verschiedene Ansätze wie Dynamic Spectrum Access und Cognitive Radio werden diskutiert, um diese Herausforderungen zu bewältigen.

• Auswirkungen auf die Industrie und Gesellschaft:

Eine verbesserte Spektrumseffizienz hat nicht nur technische, sondern auch wirtschaftliche und gesellschaftliche Implikationen. Sie ermöglicht die Entwicklung neuer Anwendungen und Dienste, von IoT-Geräten bis hin zu autonomen Fahrzeugen, und trägt zur digitalen Transformation bei.

2.1.2 Frequenzbereiche und -zuweisungen

Dieses Kapitel widmet sich der komplexen Thematik der Zuweisung und Verwaltung von Frequenzbändern in Mobilfunknetzen. Die effiziente Nutzung des Frequenzspektrums ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit und Reichweite eines Mobilfunknetzes.

• Grundlagen der Frequenzbereiche:

Frequenzen werden in verschiedene Bänder unterteilt, die jeweils für bestimmte Anwendungen und Dienste reserviert sind. Diese Bänder reichen von niedrigen Frequenzen (unter 1 GHz) bis zu hohen Frequenzen (Millimeterwellen), wobei jedes Band seine eigenen technischen Eigenschaften und Herausforderungen aufweist.

• 4G-Frequenzbereiche:

In der vierten Generation der Mobilfunktechnologie werden hauptsächlich Frequenzen im Bereich von 800 MHz bis 2,6 GHz verwendet. Diese Bänder sind gut für die Abdeckung großer Flächen geeignet, bieten jedoch begrenzte Datenübertragungsraten.

• 5G-Frequenzbereiche:

Das Frequenzspektrum der Millimeterwellen, auch Millimeterband genannt, erweitert das Spektrum um höhere Frequenzbänder. Insbesondere Millimeterwellen (30 GHz – 300 GHz), die eine hohe Datenübertragungsrate ermöglichen, jedoch eine geringere Reichweite haben sind dafür vorgesehen. Die Zuweisung dieser Bänder ist ein komplexer Prozess, der sowohl technische als auch regulatorische Herausforderungen mit sich bringt.

• 6G und zukünftige Frequenzbereiche:

Für 6G werden Frequenzbereiche im Terahertz-Spektrum...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 17.11.2023
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Nachrichtentechnik
• ISBN-10: 3-7583-8033-2 / 3758380332
• ISBN-13: 978-3-7583-8033-4 / 9783758380334