- Onderzoek
- 14/11/2024
6G gaat autonoom rijden in stroomversnelling brengen
Een vooruitblik op 6G: wat heeft de industrie hieraan en wat is het voordeel voor het individu?
Naar schatting kunnen we in 2030 gebruik gaan maken van 6G. Tegen die tijd is het technisch mogelijk om de auto zelf te laten rijden en onderling te laten communiceren, maar of de maatschappij ook al klaar is om dat te accepteren, is een tweede. Onderzoekers van de TU/e, NXP en Ericsson vertellen over waar ze nu staan en wat belangrijk is bij de doorontwikkeling van ons communicatienetwerk.
Mensen willen tegenwoordig altijd en overal verbinding hebben. In de toekomst is draadloze communicatie zelfs een van de meest belangrijke topics, zo denkt universitair hoofddocent en directeur van het Center of Wireless Technology (CWTe) Ulf Johannsen.
“Mijn vrouw komt uit Engeland en ik zit regelmatig op een ferry. Daar is geen connectie. Hetzelfde geldt voor het reizen met het vliegtuig, al begint het daar te komen, maar is het nog erg duur. Als we 6G uitrollen, willen we meer satellietverbindingen aanbieden.”
Johan Lundsjö, Strategic Research Communications Director bij Ericsson, heeft een duidelijke visie op de toekomst van 6G in de maatschappij. “Het wordt interessant voor zowel bedrijven als consumenten. Ik verwacht de eerste commerciële systemen in 2030. Dat zal nog op kleine schaal zijn. In 2035 zal 6G breed worden uitgerold en gebruikt.” Dat is nog tien jaar weg, maar de tijd vliegt en de technologie ook.
“Tegen die tijd zijn de macrotrends in de maatschappij deels hetzelfde als nu, maar zijn we er alweer veel verder mee. Neem elektrificatie, hernieuwbare energie, veel meer elektrische auto’s, verdere automatisering, robotica toegepast in de industrie en bij consumenten, verkeerssystemen met verbonden voertuigen”, voorspelt de communicatiedirecteur van Ericsson. “Met de voortgaande digitalisering heeft de maatschappij systemen nodig om alles met elkaar te kunnen verbinden. 6G biedt de maatschappij dat.”
Grote samenwerkingsprojecten
De projecten rond 6G zijn breed. Zo is er een groot groeifondsproject: Future Network Services (FNS). Daar zitten nu al zestig partners in, waaronder de TU/e. “En we hebben altijd veel samengewerkt met Ericsson in Zweden”, weet Johannsen. “Verder is er het Etain project, een groot Europees project dat gaat om planetaire gezondheid.”
Marcel Geurts is senior program manager bij NXP en lid van het managementteam van het FNS groeifondsproject. Geurts: “Qua samenwerking met de TU/e hebben we vooral veel gewerkt met de groep van Bart Smolders. Naast het FNS consortium hebben we ook gewerkt aan 5G en in Marie Curie programma’s zoals Silika en MyWave. En sommige van mijn NXP-collega’s zijn deeltijdhoogleraar bij de TU/e en begeleiden we promovendi.”
Ulf Gustavsson, Technology Specialist bij Ericsson, heeft ook veel samenwerkingen met de TU/e gedaan. “Ik richt me op radiosignaalverwerking en werk al meer dan tien jaar samen met de universiteit, onder andere in het Silika-project en het Anterra-project. En natuurlijk zitten we ook in de FNS-groep.”
Belang vroegtijdige samenwerking
Rob Hoeben is senior director of strategy bij NXP en zit in de Raad van Toezicht van FNS samen met onder andere TU/e-rector Silvia Lenaerts. Hoeben: “We werken samen met meer universiteiten en onderzoeksinstellingen maar ik kan wel zeggen dat onze samenwerking met TU/e wel het meest hecht en uitgebreid is.”
Overheid, onderzoeksinstellingen en bedrijfsleven werken dus al vele jaren voor de lancering samen. Waarom is dat volgens deze partijen nodig? Er zijn veel verschillende partners betrokken in de ontwikkeling van 6G en het CWTe probeert die samenwerking vanuit TU/e te coördineren. Johannsen: “Je hebt bijvoorbeeld KPN als aanbieder en chipontwikkelaar NXP die de juiste chips maakt voor de technologie. Maar die moeten dan wel op tijd mee zijn in de productie. Daarom is vroegtijdig samenwerken belangrijk.”
“We hebben veel kennis van techniek en hoe die ontwikkelen” zegt Hoeben van chipmaker NXP. “Het is goed dat wij invloed kunnen hebben op de technische standaard, omdat we straks bijpassende chips moeten ontwerpen. We leren overigens niet alleen van academici over de technologie, maar ook van providers over wat de consumentenbehoefte is. Dat kunnen wij dan weer vertalen in wat voor verreisten de chip daarvoor nodig heeft.”
“Het publiek is wel veranderd over de jaren”, merkt NXP-collega Geurts op. “Vroeger maakte de provider wat voor de mobiele telefoon en het werd geaccepteerd: van 3G naar 4G en 5G. Dat is niet meer zo. Er wordt nu meer gekeken naar wat echt nodig is voor de samenleving. En dat is nu wel breder dan een toepassing voor de radio of mobiele telefoon.”
Verschil met 5G
“Grofweg was 5G meer gefocust op de industrie en 6G meer op de consument”, weet Johannsen. “Dat klopt niet helemaal, maar zo kun je het een beetje vereenvoudigen. Wat bij 5G nieuw was, was ‘massive MIMO’. Een 4G-antenne straalt in iedere richting, iedereen ontvangt het signaal van die antenne. Met 5G worden bundels van meerdere antennes gemaakt die specifiek naar een persoon gericht kunnen worden. Zo kun je dezelfde frequentie voor meerdere personen gebruiken. Dat kon vroeger niet.”
“Het netwerk wordt dus al efficiënter gebruikt. Dat proberen we nu nog verder te verbeteren. De focus ligt nu op hogere frequenties, waar de bundels nog kleiner gemaakt kunnen worden.”
We gaan van 5G naar 5.1G, 5.2G, et cetera tot aan 6G. Daar zit ongeveer tien jaar tussen. Elke tien jaar bevat zo’n nieuw netwerk een grote aanpassing
Steeds hogere frequentie
Overgaan naar 6G gaat om de implementatie van een nieuwe telecomstandaard, die gaat van een lage naar een steeds hogere frequentie. Er wordt ook gekeken naar gebruik van sub-terahertz. Maar wat moet je met al die bandbreedtes die mogelijk zijn? “Daar zijn use-cases voor, maar de efficiëntie en effectiviteit moet in de praktijk nog blijken”, weet Hoeben. “Een voorbeeld hiervan is de toepassing van 6G in het verkeer, het autonome rijden.”
Overigens is het niet zo dat er 5G is en dan na een paar jaar meteen 6G. Dat gaat in stapjes. Johannsen: “We gaan van 5G naar 5.1G, 5.2G, et cetera tot aan 6G. Daar zit ongeveer tien jaar tussen. Elke tien jaar bevat zo’n nieuw netwerk een grote aanpassing.”
“De kosten gaan dan wel steeds voor de baten uit”, weet NXP directeur Hoeben uit ervaring. “Je bent immers eerst jaren aan het innoveren. Daarom is de subsidie vanuit de Nederlandse overheid en Europa zo belangrijk.”
Toekomstige toepassingen
Er zijn verschillende toepassingen voor 6G, maar het meest genoemde topic is toch wel autonoom rijden. En dan moet je niet alleen denken aan het rijden zonder zelf te hoeven sturen of remmen, maar ook onderlinge communicatie tussen alle voertuigen en zelfs automatische hoog efficiënte rittenplanning.
Johannsen durft zelf al aardig te dromen over de toekomst. “Ik zie het voor me dat je dan geen auto meer hebt, maar een app. Misschien nog op je telefoon, misschien heb je zelfs dat apparaat niet meer nodig.”
“Je zegt tegen je app dat je vandaag naar Eindhoven wilt en daar om 16:00 uur wilt aankomen. Dan gaat de app zoeken welke mensen nog aan die route en tijd voldoen en zoekt een auto die komt voorrijden. Het algoritme weet van iedereen waar die heen wil en maakt zo de meest efficiënte planning. Daarmee lossen we niet alleen files op, ook hoeven we veel minder auto’s te produceren en te parkeren. En het is goedkoper, omdat je niet meer volledig voor je auto hoeft te betalen.”
Met deze technologie kunnen we auto’s om hoeken laten kijken. Dat helpt om de auto's op de meest efficiënte manier te laten rijden
Gevraagd naar de ultieme droom over de mogelijke toepassingen van 6G, noemt Lundsjö net als TU/e-onderzoeker Ulf Johannsen het autonome verkeerssysteem. “Met deze technologie kunnen we auto’s om hoeken laten kijken. Een auto vandaag de dag kan dat niet, maar als die netwerken verbonden worden, zullen ze dat wel kunnen. Die verbinding is overigens ook van nut om auto’s en bussen op de meest efficiënte manier te laten rijden.”
En als 6G in 2030 van start is, zijn we nog lang niet klaar, zo zijn de heren van Ericsson overtuigd. “Er is nog veel onderzoek nodig om de technologie te verbeteren. Vooral wat betreft antennetechnologie en de efficiëntie ervan. En klimaatverandering kan ook de manier veranderen waarop we in de (nabije) toekomst met deze technologie moeten omgaan.”
Meer over autonoom rijden
“Als je echt autonoom zou willen rijden, is het ook handig als die auto’s met elkaar kunnen praten via draadloze communicatie”, zegt Johannsen. “Daarvoor heb je dus joint sensing and communication nodig. Je gebruikt de autoradar dan ook om mee te communiceren. Die heeft dan twee rollen: detecteren en communiceren. Normaal gesproken als je een taak erbij geeft, wordt de output van beide slechter omdat er een bepaald maximaal vermogen is dat je kunt uitzenden. Als er twee functies zijn, moet je dat vermogen opdelen.”
Je hoort vaak angst bij mensen als het om autonoom rijden gaat, is dat terecht? “We gaan niet opeens van zelf rijden naar autonoom rijden” zegt Johannsen. “Ook dat gebeurt in kleine stapjes. Bijvoorbeeld met meer autonome opties, die je zelf aan of uit kan zetten en waarbij je nog wel zelf moet opletten, zoals cruise control. Daar zijn we ook aan gewend.” Op een gegeven moment zullen we toe gaan naar een auto waar je rustig een boek in kunt lezen, denkt Johannsen. “Maar dat duurt echt nog wel een tijd.”
We gunnen machines ook minder fouten dan mensen en zijn kritischer als het mis gaat. “Als auto’s kunnen communiceren met elkaar, zullen zij op tijd een file zien en kunnen ze tegelijk beter daarop anticiperen dan mensen.” Maar systemen kunnen feitelijk dingen die wij niet of minder goed kunnen. “Iemand heeft een hartaanval gehad en het communicatiesysteem detecteert dat en belt direct een ambulance. Dat is fijn voor het slachtoffer, maar biedt ook opties voor mensen op de weg die via Google maps live kunnen zien wat er aan de hand is en een andere keuze kunnen maken voor hun route om files te vermijden. Natuurlijk moeten we wel kijken of dit mag met de privacyregels in Europa, maar omdat je mensen niet herkent op een radarbeeld is het niet zo’n gek idee.”
Digital twins
Naast de grote verandering richting autonoom verkeer, zullen digital twins een andere nuttige toepassing van 6G zijn, denkt de communicatiedirecteur van Ericsson. “Het kan een digital twin zijn van een auto of een compleet transportsysteem, maar ook iets heel anders. Een digital twin stelt je in staat om met AI te spelen en uit te proberen wat ideeën in de echte wereld zouden doen. De resultaten kunnen later in de echte wereld worden gebruikt. 6G zal de ‘flow’ van de digitale wereld en die van de fysieke wereld gesynchroniseerd houden.”
Slimme brillen
Lundsjö gelooft ook dat de toekomst speciale brillen in petto heeft. “Ik weet dat Apple en Google ze al meerdere keren in het verleden hebben aangekondigd, maar ik geloof echt dat augmented reality en virtual reality naar een nieuw niveau zullen gaan met 6G. Vooral qua design; er zullen opties zijn om ze er precies zo uit te laten zien als je favoriete Rayban.”
“En de technologie zal het mogelijk maken om alles wat ik nu met mijn smartphone doe, met mijn bril te gaan doen. Sterker nog, ik zal mijn smartphone dan niet eens meer nodig hebben. De uitdaging is nu hoe we de bril zo kunnen ontwerpen dat hij niet te zwaar of te heet wordt.” En dan bedoelt hij niet sexy. “Er moet een processor en een batterij in. Het berekenen van data genereert warmte. We moeten zorgen voor de meest optimale omstandigheden.”
Gustavsson: “En als in de toekomst veel mensen dit gaan gebruiken, vergelijkbaar met het huidige smartphonegebruik, zal het veel van ons netwerk vragen. Dat is ook iets waar we aan werken, de verbindingen stabiel houden met deze hogere vraag.”
Stralingskritiek
Toen er voor het eerst werd gesproken over 5G kwam er al aardig wat weerstand uit bepaalde delen van de maatschappij. Mensen waren en zijn bang dat de straling hun gezondheid negatief beïnvloedt. Wordt daar rekening mee gehouden bij het ontwikkelen van 6G? “Het lastige is dat niet iedereen hetzelfde wil”, zegt Johannsen. “Sommige mensen of bedrijven willen hoge datasnelheid, dan moet je ook een sterk signaal hebben. Anderen willen juist geen signaal.”
“Daar is nu een promovendus onderzoek naar aan het doen in het ETAIN project: hoe richten we de antennes zo optimaal mogelijk richting de gebruikers en minimeren tegelijkertijd de signaalsterkte voor mensen, die geen signaal willen. Verder durf ik de impact van de straling niet te duiden omdat dat mijn vakgebied niet is.”
Wat betreft kritiek op straling geven Hoeben en Geurts van NXP aan dat dit niet hun expertisegebied is. “De overheid bepaalt de kaders van wat veilig is en wij maken componenten die aan de wet voldoen. Binnen FNS hebben we ook een ethiek-expert die zich wel meer met dit stuk bezig houdt.”
Meer basisstations en satellietverbindingen
Johannsen wijst naar gebouw Gemini. “Daar zie je een mast, net als op veel snelwegen. Maar in de lucht of op zee heb je die niet. Satellietverbinding is daarentegen overal een optie.”
“Satellietgebruik bestaat al in 5G-netwerken”, weet Gustavsson. “Maar voor al deze ambitieuze plannen is het niet genoeg. Dus we kijken naar kleine basisstations om de paar meter. Waar je ook zult gaan in een stad, je vindt er om de vijf tot zes meter een basisstation. In landelijke gebieden heb je er minder nodig, misschien om de paar honderd meter of met zelfs een kilometer ertussen.”
Lundsjö voegt toe dat dit niet betekent dat de hele huidige data-infrastructuur zal worden vervangen. “We zullen gewoon stations toevoegen in sommige gebieden. En we zullen ons richten op satellietnetwerken om mensen beter te verbinden op zee, in de lucht en in zeer afgelegen gebieden. De toekomst bestaat uit 3D-dekking om alle verschillende plaatsen, mensen en soorten gebruik te verbinden.”
Gustavsson knikt. “Als we basisstations op satellieten plaatsen, bewegen ze met hoge snelheid, dus we hebben 6G nodig om die te verbinden. En denk aan dronezwermen, die bewegen veel en kunnen voor allerlei toepassingen worden gebruikt, maar hebben ook een heel sterk netwerk nodig om succesvol te zijn.”
Duurzaamheid
Veel datagebruik is niet per se duurzaam. Johannsen is zich daar terdege van bewust. “ICT-infrastructuur gebruikt veel energie, dat is een belangrijk punt. Mensen denken vaak dat ze duurzaam bezig zijn door minder naar het werk te reizen, maar het vaak in de plaats daarvan gebruikte beeldbellen heeft ook een effect op het milieu. Daarom kijken we ook hoe we 6G energiezuiniger kunnen maken dan 5G. Dan hebben we straks sneller internet met meer opties maar met minder energieverbruik. Verder is onze autonomie als land ook belangrijk: we moeten meer dingen in Europa maken om minder afhankelijk te zijn van geopolitieke schommelingen.”
Johan Lundsjö, Strategic Research Communications Director bij Ericsson zegt dat er tegenwoordig meer aandacht is voor duurzaamheid in de ontwikkeling van technologie. “In het geval van 6G is het bijvoorbeeld erg belangrijk om naar het energieverbruik te kijken. Maar ook geopolitiek en natuurrampen hebben de ontwikkeling beïnvloed. We moeten een netwerk hebben dat op alle niveaus veilig is. 4G en 5G zijn ook al erg sterk, maar er komen altijd nieuwe bedreigingen. Maar dit onderwerp is een onderzoeksgebied op zich.”
“We ontwerpen het 6G-systeem zo dat het systeem zelf niet te veel energie verbruikt” zegt Lundsjö. “Het is het doel dat het systeem het energieverbruik als geheel in de maatschappij kan verminderen. Als 6G meer energieverbruik vermindert dan het zelf gebruikt, dan hebben we pas echt winst. Daar zetten we ons voor in.”
Talent aantrekken
Hoeben is blij met de samenwerkingen tussen de overheid, academia en bedrijfsleven. “Ik denk dat het belangrijk is dat die goed blijft, want dat maakt ons ecosysteem hier zo krachtig. We kunnen trots zijn op ons halfgeleider en elektrotechnische ecosysteem. Dat is breder dan ASML, die natuurlijk in Nederland de grootste speler is.” Maar er blijft werk aan de winkel om dit in de toekomst zo te houden, erkennen de heren.
“Op meerdere manieren vraagt het systeem onderhoud, maar vooral op basis van talent”, weet Hoeben. “Bij de selectie is het niet alleen belangrijk dat iemand goede cijfers had voor natuurkunde en de halfgeleiderskennis op orde. Juist coöperatieve eigenschappen zijn belangrijk omdat hier zoveel wordt samengewerkt.”
Zijn collega Geurts valt hem bij: “Die eigenschappen zijn minder eenvoudig uit een cijferlijst te halen. Slimme mensen hier krijgen lukt nog wel, maar ze goed samen laten werken is echt nog wel een uitdaging. Er werken 33.000 mensen bij ons. Dat vraagt een hoop organisatie en matching.”
Hoeben: “Maar meer Nederlands talent – zowel op cijfers als op samenwerkingsvaardigheden – is nodig. Hoe krijgen we meer mensen richting de bètastudies hier? En dan vooral vrouwen? In Zuid-Europa zijn veel meer vrouwen ingenieur dan in Nederland. Vrouwen zijn hier echt niet minder slim.” Geurts: “Het lijkt cultureel gebonden. In landen waar meer vrouwen voor bètastudies kiezen zie je ook dat dat al veel vroeger sterk gestimuleerd wordt, op de basisschool al. Hier moet dat dus ook veel vroeger en intensiever.”
Discussie