5G Technologien

Das Transferzentrum "5G/6G Technologien" hat die Aufgabe, gemeinsam mit Partnern aktuelle Forschungsergebnisse im Bereich 5G und 6G in experimentelle Tests zu überführen, um somit einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung und Standardisierung von Mobilfunknetzen der 5. und 6. Generation zu liefern.


Das Zentrum wird zu einer bedeutenden Anlaufstelle für nationale und internationale Forschungsprojekte, Voruntersuchungen zur Produktentwicklung und Testeinrichtungen für Produktprüfungen im Bereich des Mobilfunks.

Bereits jetzt ist das Transferzentrum "5G/6G Technologien" fest in internationalen Projekten verankert, wie etwa im Rahmen von 3GPP, 5G-Berlin, 5GMedCamp, COPA EUROPE, AI4Mobile, KILANKO, CampusOS und 6G-RIC.

Aufgrund dessen kann das 5G/6G Transferzentrum auf eine solide 5G-Ready-Infrastruktur (5G-Berlin) und eine Fülle von 5G/6G-Forschungsprojekten zurückgreifen, um mit Partnern die angestrebten Transferleistungen erfolgreich in die Realität umzusetzen.

Datentransport mit Höchstgeschwindigkeit für die Anwendungen der Zukunft

Das 5G/6G-Technologien Transferzentrum stellt eine Plattform dar, die frühzeitigen Zugang zu Forschungsergebnissen der fünften und sechsten Generation mobiler Netzwerke ermöglicht. Hierbei werden Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten aus nationalen und internationalen Projekten kombiniert. Industriekunden profitieren von der bereitgestellten Infrastruktur, um ihre Produkt- und Serviceentwicklung abzurunden. Das Angebot des 5G/6G Transferzentrums umfasst Schulungen zu technischen 5G/6G-Themen, Zugang und Unterstützung für die Infrastruktur sowie kunden- und anwendungsorientierte Workshops.

5G-Funkkommunikation

5G und die kommende Mobilfunkgeneration 6G, erweitern die mobile Datenkommunikation und dienen als Kommunikationsplattformen für die digitale Transformation. Sie ermöglichen neue Anwendungsfälle, verbinden Menschen und intelligente Objekte wie Autos oder Industrieroboter. Spezielle Anforderungen ergeben sich in Bezug auf Datenrate, Zuverlässigkeit, Energieverbrauch und Latenz. Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind ein flexibles Kommunikationsnetz und die Integration verschiedener Lösungen erforderlich. Im Transferzentrum liegt der Fokus auf Schlüsseltechnologien wie Massive MIMO und Millimeterwellen-Technologie.

Massive MIMO bedeutet eine deutliche Erhöhung aktiver Antennenelemente an Basisstationen, um Datenraten über 1 GBit/s zu erreichen. Das erfordert Änderungen am bisherigen Standard und neue Technologien für Transceiver-Chips, Antennendesign und Signalverarbeitung. Ein tiefes Verständnis der Funkwellenausbreitung bei hohen Frequenzen ist entscheidend für ein nachhaltiges Systemdesign. Fraunhofer unterstützt mit Funkfeldmessungen und Kanalmodellierungsbeiträgen in der 3GPP-Standardisierung.

 

Optische 5G-Kommunikation

Die Nutzung von Terahertz-Trägerfrequenzen ist eine logische Erweiterung für 5G und 6G. Dabei ist die Verwendung von Licht zur optischen Drahtloskommunikation für die Informationsübertragung und Navigation in Innen- und Außenbereichen attraktiv. Optical Wireless Communication (OWC) ermöglicht extrem hohe Datenra-ten sowie Datendichten. OWC dringt nicht durch Wände, ist daher besonders sicher und kann flexibel in unterschiedlichen Anwendungsszenarien eingesetzt werden. Handover-Mechanismen ermöglichen mobile Kommunikation und die Verwendung von Licht bietet Robustheit in elektromagnetisch-belasteten Umgebungen.

Der Einsatz von OWC-Systemen ermöglicht einen interferenzfreien Betrieb in Umgebungen mit bereits vorhandenen Funksystemen und kann darüber hinaus die Datensicherheit verbessern. Dadurch ist die optische Drahtloskommunikation insbesondere für Industrie-4.0-Anwendungen interessant. Auch für die Anbindung von kleinen Funkzellen können OWC-Links eingesetzt werden, um eine robuste und schnelle Datenverbindung zu ermöglichen. Besondere Vorteile bieten hybride Funk-Optik Links, die hohe Datenraten und eine deutlich gesteigerte Verfügbarkeit bei schlechtem Wetter aufweisen.

 

Technologien für Kernnetze

Die PolyBoard-Technologieplattform des Fraunhofer HHI bietet einen hybriden optischen Baukasten, der optische Elemente in kompakte Funktionskomponenten für Telecom/Datacom, Sensorik und Analytik integriert. Die Plattform umfasst Wellenleiter, Mikrooptiken, Dünnfilmelemente sowie optisch aktive Komponenten wie Laser- und Fotodioden.

Neuartige PolyBoard-Technologien, wie die photonische 3D Integration und die Entwicklung von Large-Scale Photonic Integrated Circuits (PICs), wurden teilweise im Rahmen des LZDV (Teil 1-3) durchgeführt und haben dem HHI ermöglicht, sich erfolgreich an europäischen Initiativen zur Entwicklung von skalierbaren optischen Phased-Array-Antennen (OPAs) und vollständig integrierten mmW/THz Empfänger-Sender PICs für 5G/6G zu beteiligen. Genannt seien hier insbesondere die EU-Projekte TERAWAY, POETICS und TERA6G sowie das BMBF-geförderte T-KOS Projekt. 

 

Videodatenverarbeitung/HMI

Die Abteilung "Computer Vision und Visualisierung" des Fraunhofer HHI bietet vielfältige Expertise in der Echtzeit-3D-Videoanalyse und in berührungsloser Interaktion z.B. in Verbindung mit XR-Technologien. So werden z.B. Multi-Kamera-Systeme zur Erfassung der 3D-Informationen von Werkstücken und Robotern eingesetzt, die zur Visualisierung in einer XR-Umgebung genutzt werden. Berührungslose Gestensteuerung ermöglicht die Interaktion mit digitalen Zwillingen in XR-Szenarien und die intuitive Zusammenarbeit zwischen Arbeitern und Robotern in der Produktionsumgebung.

Real Time Data Hub

Smarte Städte werden in Zukunft deutlich stärker als heute Sensoren und IT-gesteuerte Aktoren einsetzen, um beispielsweise Verkehrsfluss und Umweltdaten zu überwachen und gegebenenfalls steuernd einzugreifen. Dabei entsteht eine große Datenmenge, die zu aggregieren und auszuwerten ist. Um diesen sehr heterogenen Herausforderungen zu begegnen, wurde eine Plattform entwickelt.

i-Wireless

iWireless steht für Industrial Wireless und Edge Clouds für die Steuerung und Überwachung von Prozessen und Anlagen. Dazu wird ein ganzheitlicher Ansatz zur Einbringung von drahtlos angebundenen Sensoren und Aktoren in Maschinen, Werkzeugen und Werkstücken sowie zur Anbindung und Vernetzung der von diesen generierten Daten an Cloud-Infrastrukturen mittels mobiler Funk-, optischer 
Kommunikationstechnologien und Semantik verfolgt.

Smart Streets

Mobile Endgeräte, »Wearables« von Passanten, vernetzte Autos, autonome Fahrzeuge, Lieferroboter, Drohnen, digitale Anzeigetafel bis zum sensorüberwachten Müllereimern - die Straße der Zukunft muss selbst intelligent und vernetzt werden und benötigt eine durchgehende Internet of Things (IoT) Infrastruktur mit jeweils zur Datenkommunikation passenden Übertragungsstandards und innovativen IoT Sensoren und Diensten zur Gewährleistung der Sicherheit und des Komforts aller vernetzten Verkehrsteilnehmer. 

Das Transferzentrum "5G/6G Technologien" bietet Beratung zu allen Fragen der funkbasierten und optischen Übertragung an. Außerdem biete es eine 5G-Infrastruktur (Campusnetz) an, in dem insbesondere KMUs ihre Lösungen testen können. Hierfür steht auch eine enge Anbindung an das Innovationscluster 5G BERLIN e.V. zur Verfügung. Weiterhin sind gemeinsame Forschungsprojekte oder auch Direktbeauftragungen zu Lösung spezifischer Probleme möglich.

 

HIRATE

Das eigens entwickelte High Performance Digital Radio-Testbed (HIRATE) steht innerhalb des 5G-Testbeds zur Verfügung, um Channelsounding und Datenaufzeichnung zu unterstützen.

 

Millimeter-Wave Point-to-Point Backhaul Links

Die Bereitstellung kleiner Zellen mit Konnektivität zu dem Kernnetzwerk zu moderaten CAPEX- und OPEX-Kosten ist entscheidend für deren erfolgreichen umfassenden Einsatz. Das Wireless-Backhaul im Millimeterwellenbereich ist ein wichtiges Element bei der Lösung dieser Probleme.

 

Circular Massive MIMO Array

Um städtische Mikrozellen-Netzwerkumgebungen mit geringen Höhen von Basisstationen realistisch modellieren zu können, sind genaue Kenntnisse des räumlichen Ausbreitungsverhaltens notwendig.

 

Synchronisierungseinheit

Synchronisierung und ortsgetrennte stabile Frequenzreferenzen sind für Feldversuche äußerst wichtig.

 

RTK-Positionierung

Bei der Durchführung von Feldversuchen und Kanalmessungen ist die Kenntnis der genauen Position entscheidend, um die aufgezeichneten Daten optimal verwerten zu können.