1. Einleitung
2. Definition und Abgrenzung
3. Strategische Bedeutung
4. Infrastrukturen
4.1 Kommunikationsinfrastruktur
4.1.1 Mobile Communication
4.1.1.1 UMTS Long Term Evolution
4.1.1.2 WiMAX mobile
4.1.1.3 Wireless Personal Area Network
4.1.2 Mobile Navigation
4.1.3 Cloud Computing
4.2 Client-Infrastruktur
4.2.1 Mobile Software
4.2.2 Ambient Intelligence
4.2.3 Eingabemethoden
4.3 Limitationen und Lösungsansätze
5. Mobile Anwendungen
6. Softwarearchitektur
7. Potential
7.1 Mobile (Ad-hoc) Grid
7.2 Seamless Mobility
7.3 „Live-“ Navigation & Services
7.4 Mobile Terminal
8. Risikoanalyse
8.1 Standards
8.2 Verfügbarkeit
8.3 Sicherheit
9. Beurteilung und Ausblick
A. Literatur- und Quellenverzeichnis
B. Tabellen- und Abbildungsverzeichnis
C. Abkürzungsverzeichnis
Vor fast 40 Jahren, gegen Ende des Jahres 19691, präsentierte Marcian Edward ("Ted") Hoff Jr. seinem Arbeitgeber, der Intel Corporation (Integrated electronics) den Vorschlag einer neuen Microprozessor-Architektur. Etwa 21 Jahre später erschuf Timothy John Berners-Lee das Hypertext Transfer Protocol (HTTP), die Hypertext Markup Language (HTML) und das Adressierungsschema Universal Resource Identifier (URI).2 Die Kombination dieser Erfindungen haben, neben der Art, wie wir Gedanken und Informationen austauschen, vor allem die Geschäftswelt grundlegend verändert. So existieren heute in den meisten Unternehmen nur noch wenige geschäftliche Aktivitäten, für die Technologien aus dem Bereich der Informationsverarbeitung keinen signifikanten Bestandteil mehr darstellen.
Durch den fortdauernden Ausbau mobiler Infrastrukturen3 konnte die Verbreitungsdichte und die damit verbundenen Fortschritte in der entsprechenden Endgerätetechnologie ebenso wie in den mobilen Anwendungen gesteigert werden. Diese Entwicklung ermöglicht neue und zunehmend effizientere Arbeitsweisen. Für Unternehmen, welche die notwendige Voraussicht und Fähigkeiten besitzen, sich rechtzeitig an derartige Entwick- lungen anzupassen, bietet sich hiermit eine Möglichkeit, erhebliche Wettbewerbsvorteile zu erzielen. Die Motivation für Investitionen in (Geschäfts-) Technologien auf Basis mobiler Infrastrukturen sowie für deren verstärkten Einsatz ergibt sich sowohl aus dem Differenzierungsfaktor als auch aus dem Potential der Technologien. Ein ebenso wichtiger Aspekt sind die strategisch unentbehrlichen Vorteile, welche ein frühzeitiger Aufbau einer breiten Wissensbasis oder das Angebot bzw. die Hinwendung zu diesen „Mobile Business Technologies“ (MBT) bietet. Das Zeitfenster, um einen geschäftsrelevanten Vorteil aus dem Wachstum von Infrastrukturen und technischen Entwicklungen zu erlangen, ist allerdings befristet.
Ein aktueller Grund für die Investition in MBT wurde darüber hinaus durch die Finanzkrise angestoßen beziehungsweise beschleunigt: da sich viele Unternehmen derzeit zu teilweise rigiden Sparmaßnahmen veranlasst sehen, müssen selbst systemrelevante Investitionen strenger auf ihre zu erwartenden Erträge (Return on Investment) hin evaluiert werden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, bei der Suche nach einfacheren und günstigeren Alternativen mit einer höheren Kreativität vorzugehen sowie richtungsweisende Entwicklungen rechtzeitig zu erkennen und zu nutzen.
Die damit offenkundige Aktualität und Relevanz, ebenso wie die gegenwärtige Dynamik der wirtschaftlichen und technischen Entwicklungen, begründen zusammen mit dem Potential von MBT die Motivation für diese wissenschaftliche Thematisierung. Dabei ist diese Bachelorarbeit nicht darauf ausgelegt, den Anspruch auf Vollständigkeit im Bezug auf hardware- und softwaretechnische Details erheben zu können. Sie wurde vielmehr dahingehend konzipiert, um nach einer kurzen Vorstellung der technologischen Grundlagen auf die strategische Relevanz von MBT und einige der aktuellen Anwendungsmöglichkeiten einzugehen. Auf diese Vorstellung der denk- und realisierbaren Entwicklungsrichtungen folgt im Zuge einer wissenschaftlichen Risikoanalyse eine strukturierte Veranschaulichung der relevantesten Risikofaktoren, welche mit diesem Business Technologie (BT) Segment assoziiert werden. In ihrer Gesamtheit soll die vorliegende Arbeit damit das umfangreiche Gebiet der MBT durch die Erklärung und Präsentation einiger der bedeutendsten und interessantesten Aspekte vorstellen, sowie zu einem breiteren Verständnis für die Bedeutung dieser innovativen Entwicklungsrichtung beitragen.
Mit dem hier eingeführten Begriff “Mobile Business Technologies” sollen über die Vorstellung der damit eingegrenzten Technologien, Anwendungen, Methoden und Inhalte hinaus auch eine Etablierung des Ausdrucks angestoßen und die Identifikation von MBT als eigenständiger IT/BT-Bereich und -Wachstumsmarkt in die Diskussion gebracht werden.
Der Begriff „Business Technologies” umfasst sowohl die technologischen Grundlagen als auch die damit zusammenhängenden Management-Ansätze, welche für eine enge Verzahnung von Business und IT und folglich für eine erfolgreiche synergetische Zu- sammenarbeit elementar sind. Das mit BT verfolgte Ziel ist die notwendige Befähigung, erfolgreich und zeitnah auf Veränderungen im geschäftlichen Umfeld reagieren zu können. Durch eine Optimierung von bestehenden Prozessketten, IT-Architekturen und -Infra- strukturen, mit einem besonderen Fokus auf Flexibilität, soll außerdem der Weg für neue Geschäftsmodelle geebnet werden, um „die finanzielle und operative Effizienz eines Unternehmens zu erhöhen sowie schnell und effizient auf geänderte Anforderungen reagieren zu können (Real Time Enterprise).“4
Bislang waren demnach die Einsatzgebiete und Vorgehensweisen von BT größtenteils auf lokale Technologien und Infrastrukturen beschränkt. Der zwischenzeitliche Fortschritt in der Entwicklung mobiler Technologien und der Ausbau ortsungebundener Infrastrukturen ermöglichen nunmehr eine Ausdehnung der BT um eben diesen Aspekt. Der Ausdruck MBT beinhaltet sowohl die relevanten mobilen Technologien, als auch die Methoden und Vorgehensweisen für eine optimierte (mobile) Koordination von Business und IT. Die bereits aus dem Business Process Management (Geschäftsprozessmanagement) bekannten und den BT zugrunde liegenden Management-Ansätze, können dabei nahezu unverändert auf den mobilen Bereich angewandt werden. Das BPM selbst ist laut Definition ein integriertes Konzept von Führung, Organisation und Controlling, um eine zielgerichtete Steuerung der Geschäftsprozesse zu ermöglichen.5
Somit werden Unternehmen auch, beziehungsweise gerade durch Mobile BT befähigt, ihre Reaktionsfähigkeit erheblich zu beschleunigen und zu verbessern. Der vermehrte Einsatz und die optimierte Einpassung mobiler IT-Komponenten in die bestehende System- landschaft ermöglichen dabei unter anderem die örtliche und zeitliche Flexibilisierung in der Informations- und Entscheidungsfindung. Die technologische Grundlage dafür bildet eine individualisierte Vernetzung unternehmenseigener IT-Ressourcen mit den Möglich- keiten neuer mobiler Infrastrukturen. Dabei ist eine Neudefinition der Business-IT- Interaktion6 erforderlich, um die Weiterentwicklungen der innerbetrieblichen Infrastrukt- uren, d.h. die relevanten betrieblichen und technologischen Anpassungen realisieren zu können. Aufbauend auf diesen Voraussetzungen sind effektive Verbesserungen durch den Einsatz mobiler Hilfsmittel erreichbar.
Aus dem weitläufigen Themengebiet der MBT werden nachfolgend nur diejenigen Technologien sowie eine Auswahl an Anwendungs- und Kombinationsmöglichkeiten vorgestellt und ausgearbeitet, welche nach Auffassung des Autors technisch und wirtschaftlich sinnvolle Innovationen darstellen. Als notwendige Bedingung für ein zumindest hinreichendes Verständnis dieser Arbeit müssen jedoch umfassende Kenntnisse über die Grundlagen mobiler Kommunikationsinfrastrukturen und der elektronischen Datenverarbeitung vorausgesetzt werden. Diese umfassen beispielsweise die elementaren, technischen als auch physischen Voraussetzungen und Methoden ebenso wie die bekannten Sicherheitsrisiken der kabellosen Übertragung von
Informationen. Explizit wird daher beispielsweise auf die Beschreibung bzw. die detaillierte Ausführung der Funktionsweisen bestimmter Modulationsverfahren verzichtet. Ebenfalls ausgegrenzt werden müssen die technologischen Details verschiedener Batterie- technologien und die Grundlagen der konventionellen mobilen Telephonie. Namentlich beinhalten letztere den auf TDMA (Time Division Multiple Access) basierenden GSM- Standard7 und dessen Erweiterungen EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), GPRS (General Packet Radio Service) und HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) zur Datenübertragung.
Wie bereits eingangs dargelegt, stellt die IT einen zunehmend signifikanten Faktor für die Erwirtschaftung eines langfristigen Wettbewerbsvorteils dar. Im geschäftlichen Umfeld erhält man ein grobes Verständnis ihres aktuellen Stellenwerts, wenn man die Entwicklung des finanziellen Fokus, d.h. der IT-bezogenen Ausgaben betrachtet. Diese werden für das Jahr 2008 weltweit einen geschätzten Zuwachs von 8% gegenüber dem Vorjahr und damit ein Volumen von circa 2,65 Billionen Euro erreichen. Die Steigerung verteilt sich dabei mit circa 10 Prozent am stärksten auf die Ausgaben für Software, dicht gefolgt von IT-Diensten mit 9,4 Prozent, Telekommunikations-Services mit 8 Prozent und Computer-Hardware mit rund 7 Prozent.8 Generell kann daraus ein Trend weg vom Produktkauf und hin zur Inanspruchnahme von Diensten abgeleitet werden, was wiederum eine zunehmende Verbreitung nutzungsbasierter Zahlungsmodelle für Hard- und Software zur Folge haben kann.
Um sowohl vor diesem Hintergrund wie auch allgemein die IT als Faktor für die Erwirtschaftung nachhaltiger wirtschaftlicher Erfolge zu verstehen, bedarf es im Folgenden einer Definition des Strategie-Begriffs, einer Abgrenzung gegenüber dem Ausdruck der operativen Effizienz (OE) sowie der Einordnung von IT in diese Begriffswelt. Dabei muss allerdings beachtet werden, dass es für den Begriff der Strategie als ein Feld, welches beständigem Wandel unterzogen ist, keine universal akzeptierte Definition gibt.9
Eine der für die Wirtschaft relevanten Definitionen sieht die Strategie als „the pattern or plan that integrates an organization’s major goals, policies, and action sequences into a cohesive whole“10. Sie bezeichnet also eine strukturierte Vorgehensweise, welche die wichtigsten Ziele, Richtlinien und Sequenzen von Aktivitäten als geschlossene Gesamtheit integriert. Einfacher ausgedrückt, ist damit das längerfristig ausgerichtete, planvolle Anstreben einer vorteilhaften Lage oder eines Ziels charakterisiert.11 Die Strategie ist somit ein Mittel zur Zielerreichung. Dabei können die Gewinnoptimierung sowie ein überlegener Return on Investment als das fundamentale Ziel eines jeden Unternehmens identifiziert werden.
Die wohl bekannteste Definition einer (Wettbewerbs-) Strategie stammt aus dem Werk „Competitive Advantege“12 von Michael Eugene Porter13, einer der führenden Autoritäten auf dem Gebiet des strategischen Managements. Seiner Meinung nach ist die strategische Positionierung immer noch, bzw. gerade aufgrund der heutigen Dynamik in den Märkten und der teilweise revolutionären technologischen Fortschritte, wie z.B. dem Internet, von höchster Bedeutung.14 Als grundlegende Elemente von Wettbewerbsvorteilen sieht Porter die Aktivitäten eines Unternehmens. Dabei ist Strategie für ihn die „Schaffung einer einzigartigen und wertvollen Position beruhend auf einer sich unterscheidenden Menge von Aktivitäten“.15 Die Essenz der strategischen Positionierung liegt damit in der (Aus-) Wahl von Aktivitäten, welche sich von denen der Mitbewerber auf dem Markt absetzen. Bei der Wahl bestimmter, für die strategische Richtung relevanter Aktivitäten muss zwangsweise auf andere, entgegenstehende oder irrelevante Aktivitäten verzichtet werden. Die daraus entstehenden Trade-Offs, d.h. der Verlust von bestimmten Aspekten aus dieser Selektion, werden als Teil der strategischen Ausrichtung in Kauf genommen. Als Beispiel hierfür sei die Konzentration von Apple Inc. auf Privatkunden angebracht. Hier wurde bewusst auf einen Anteil am Markt für Geschäftskunden verzichtet um eine heraus- ragende und wertvolle Position im Konsumentenmarkt einzunehmen.
Auf diese Entscheidungen folgend plädiert Porter für eine in sich stimmige Anordnung der Aktivitäten. Für die Entwicklung eines solchen Systems, mit Hilfe dessen sich ein Unternehmen von seinen Konkurrenten absetzen kann, verwendet er den Ausdruck „fit among activities“. Damit beschreibt er die Notwendigkeit, eine optimale Passform entlang aller Unternehmensaktivitäten zu generieren. Dabei können derart untereinander integrierte Aktivitäten ein Netz bzw. ein System von Aktivitäten und Abläufen bilden, welches die Nachhaltigkeit der Positionierung besser zu gewährleisten vermag und es den Mitbewerbern erschwert, diese und die daraus resultierenden Wettbewerbsvorteile eines Unternehmens zu kopieren. Die Erzielung dauerhafter Wettbewerbsvorteile kann damit von dem resultierenden „spezifischen Aktivitätenprofil“ eines Unternehmens abhängig gemacht werden, welches in drei grundsätzliche Ausrichtungen unterschieden werden kann. Diese werden gemeinhin auch als „Normstrategien auf Geschäftsfeldebene“ oder „generische Strategien“ bezeichnet und umfassen die Kostenführerschaft, die Fokussierung und die Differenzierung. Die Kostenführerschaft setzt auf eine Preis- Mengen-Strategie, beispielsweise basierend auf Skaleneffekten. Die Besetzung tragfähiger Nischen ist als Fokussierung bekannt und die Betonung von Unterschiedsmerkmalen und der Unverwechselbarkeit eines Angebots definiert die Differenzierung.
Porter differenziert ferner die Begriffe Strategie und „Operational Effectiveness“ (OE). Wie inzwischen bekannt, versteht er unter einer Strategie die Verrichtung von Aktivitäten, welche sich von denen der Konkurrenz unterscheiden oder aber die andersartige Verrichtung vergleichbarer Aktivitäten. Weitgefasst beschreibt er mit ersterem die Effektivität. Im zweiten Teil seiner Aussage kann in der besseren bzw. ü berlegenen Verrichtung vergleichbarer Aktivitäten die operative Effizienz identifiziert werden.
Mit Hilfe der bisher aufgeführten Informationen kann die IT, als Teil der geschäftlichen Ausstattung von Unternehmen, nunmehr eindeutig in den Bereich der OE eingegliedert werden. Die strategische Bedeutung der IT ergibt sich damit aus IT-bezogenen Prozessen, Aktivitäten und (technologischen) Fähigkeiten, welche sich von denen der Konkurrenz absetzen und in ihrer Ausführung zu einer Festigung der individuellen strategischen Positionierung sowie zu einer stetigen Optimierung der operativen Effizienz befähigen.
Während die konstante Verbesserung der OE unabdingbar für die Erreichung überdurch- schnittlicher Wirtschaftlichkeit (Profitability) ist, so ist sie allein für einen strategischen Vorteil dennoch unzureichend.16 Der Grund dafür ist, dass die IT bereits weitläufig als geschäftliche Ressource eingeführt ist und ihre Verbreitung, nach Moores Prophezeiung17, nur noch schneller voranschreiten wird. Dazu kommt, dass Hersteller von Standard- software vermehrt Geschäftsprozesse, -aktivitäten und -abläufe sowie Best-Practice- Lösungen in ihre Softwareprodukte integrieren. Damit wird ein erheblich größerer Teil des sogenannten „Aktivitätennetzes“ deutlich weiter verbreitet und zudem einfacher replizierbar. Zuletzt droht allen strategischen Ausrichtungen laut Porter die kompetitive Konvergenz („competitive convergance“). Diese Gefahr ergibt sich aus dem konstanten Vortrieb der so genannten „Productivity Frontier“18 durch das Aufkommen und die Adaption neuer Technologien, Management-Ansätze und Vorgaben.
Vor diesem Hintergrund unterliegt die Normstrategie der Differenzierung dem Risiko, dass Imitationen beinahe jeglichen Differenzierungsfaktor eliminieren oder zumindest mindern können. Die Kostenführerschaft ist aufgrund der notwendigen kritischen Masse eines Unternehmens, um Skalen- und Verbundeffekte erzielen zu können, besonders von technologischen Innovationen, neuen Produktionstechniken und -Veränderungen bedroht. Sie steht daher unter permanentem Anpassungsdruck. Zuletzt steht die Strategie der Fokussierung besonders unter dem Druck von Imitatoren und Produktplagiaten. Dabei kann es sich um Nachahmer in der gleichen Nische oder einem Teilbereich davon handeln, oder um ein größeres, breiter aufgestelltes Unternehmen, welches sein Produktportfolio auf diese Nische durch Akquisition oder Innovationen ausgeweitet hat.
Der standardmäßige Einsatz von IT ist deshalb für keine der von Porter kategorisierten strategischen Ausrichtungen direkt als strategischer Vorteil klassifizierbar. Tatsächlich stellt die IT vor dem Hintergrund seiner Theorien eher einen Risikofaktor dar, nachdem sie die Möglichkeit bietet, gesamte Aktivitätenprofile vollständig und mit vergleichsweise geringem Aufwand zu kopieren. Um einen nachhaltigen Wettbewerbsvorteil erzielen zu können, muss die IT daher als wesentlicher Faktor für die operative Effizienz verstanden und entsprechend geplant, finanziert und eingesetzt werden. Der strategisch wichtige Vorsprung im Bereich der operativen Effizienz lässt sich durch frühere, teilweise auch umfangreichere Investitionen in neue und innovative Technologien bzw. Entwicklungen sowie deren schnellere oder bessere Adaption, Anpassung und Implementierung in die eigene Systemlandschaft erreichen.
Gerade in einer Rezession, in der die Mehrheit der Unternehmen IT-Investitionen, Forschung und Entwicklung (F&E) drosselt, kann es einem finanziell gefestigten Unternehmen zu einem strategischen Vorteil gereichen, wenn es derartige Investitionen aufrecht erhält. Durch den so erreichbaren Vorsprung in OE ist eine höhere Überlebenswahrscheinlichkeit während einer Rezession und eine bessere Konkurrenz- fähigkeit nach derselben möglich. Gleichzeitig bietet sich eine Anpassung der strate- gischen Positionierung oder eine (Neu-) Ausrichtung an. Der Befund aus diesem Kapitel
ist, dass es eine hinreichend bedeutsame technologische Entwicklung für Unternehmen sinnvoll bis notwendig machen kann, ihre strategische Ausrichtung zu überdenken und gegebenenfalls anzupassen. In einem solchen Fall gilt es die erforderlichen Maßnahmen und die obligatorischen technologischen Investitionsgüter zu ermitteln, um die fortdauernde Konkurrenzfähigkeit mit einer ausreichenden operativen Effizienz gewährleisten zu können. Hierbei können MBT aktuell als die maßgeblich wegweisende Entwicklung seit den in der Einleitung erwähnten Erfindungen betrachtet werden. Die zugrunde liegenden Technologien, das durch die möglichen Anwendungen realisierbare Potential sowie die inhärenten Risiken werden in den folgenden Kapiteln dargestellt.
Der Begriff der Infrastruktur leitet sich aus dem lateinischen Wort infra (Akk. der, die, das Untere; unterhalb) ab und gilt im gängigen Sprachgebrauch als Bezeichnung der not- wendigen Grundeinrichtungen für darauf aufsetzende Verwendungsmöglichkeiten. Die IT- Infrastruktur umfasst damit alle zur elektronischen Datenverarbeitung (EDV) eingesetzten Elemente und folglich die baulichen Voraussetzungen (Gebäude, Klima- und Schutzraum, etc.), sämtliche Hardware (Server, Netzwerk, etc.) sowie die Software (Betriebssysteme, Treiber, etc.), welche die Grundlagen für darauf basierende Anwendungen darstellen.19 Die Infrastrukturen, welche den Mobile Business Technologies als so genannte „Core Enabling Technologies“ zugrunde liegen, können in eine client-externe und eine client- interne Infrastruktur separiert werden. Diese werden in den nachstehenden Kapiteln vorgestellt.
Die technologischen Grundlagen der Informationsübertragung, also der client-externe Datenaustausch mit Servern, Satelliten, Access-Points, Peripherie und anderer Hardware, können unter dem Begriff Kommunikations-Infrastruktur in mehrere aktuell relevante Bereiche unterteilt werden. Diese umfassen die bekannten mobilen Kommunikations- möglichkeiten, die Mobile Navigation sowie die Bereiche Grid, Cluster und Cloud Computing.
In den Bereich Mobile Communication sind alle mobilen, kommunikationsorientierten Anwendungen einzuordnen. Dazu gehören nach der eigentlichen Hauptfunktion eines tragbaren Telefons (dem Telefonieren) auch die inzwischen verfügbare Video- oder VoIP- Telefonie (Voice over Internet Protocol) sowie der Austausch von E-Mails und Kurznachrichten. Mit den Möglichkeiten von E-Mail und VoIP ist natürlich auch der mobile Zugriff auf Internet-Seiten und damit der Bereich Mobile Internet in die Kategorie Mobile Communications einzuordnen. Als Hilfsmittel für eine eindeutige Kategorisierung der verschiedenen Technologiestandards und Entwicklungsstufen hat sich die Zuordnung von Generationsstufen durchgesetzt (Tabelle 1). Aktuell befinden sich Technologien bis zu der dritten Generation im Einsatz. Einige der darauf folgenden Standards werden in den nachstehenden Kapiteln aufgezeigt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
(Tabelle 1: Generationen mobiler Standards)
Die Fähigkeiten eines typischen Mobiltelefons gehen inzwischen weit über die bisherige Definition hinaus und beinhaltet neben den Funktionalitäten eines PDAs (Personal Digital Assistant) noch weitere, später beschriebene Einsatzmöglichkeiten. Nachdem somit ein aktuelles Handy u.a. als Messaging-System, Kamera, Internet-Browser, E-Mail- und News-Reader sowie als Fernseh-Gerät verwendbar ist, werden höhere Geschwindigkeiten in der Datenübertragung und Bandbreiten dringend benötigt. Laut einer TNS Infratest Studie verwenden zudem bereits ca. 10,4 Millionen Menschen und damit etwa 16% der Deutschen das mobile Internet. Aus diesen Zahlen und Anforderungen wurde als Lösung für die aktuellen und kommenden Generationen von Anwendungen der Mobilfunkstandard UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) geboren.
Dieser wurde vom Europäischen Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI) standardisiert und wird aktuell von dem 3rd Generation Partnership Project (3GPP), einer weltweiten Kooperation von Standardisierungsgremien gepflegt. UMTS wurde dafür geschaffen, um als Mobilfunkstandard der dritten Generation (3G)20 deutlich höhere Übertragungsraten (384 kbit/s bis 7,2 Mbit/s) als bisher zu ermöglichen. Die Übertragung von Daten funktioniert dabei auf einer festen Bandbreite über satelliten- oder erdgestützte Sendeanlagen unter Verwendung des WCDMA Übertragungsverfahrens (Wideband Code Division Multiple Access) im Frequency Division Multiplex-Modus.21 Eine der aktuellen Erweiterungen des Standards ist HSDPA (High Speed Downlink Packet Access). Hinter dieser Bezeichnung versteckt sich ein Übertragungsverfahren, welches im Idealfall Über- tragungsgeschwindigkeiten von bis zu 14,4 MBit/s im Downlink ermöglicht.22 Die aktuell am weitesten verbreitete Anschlusstechnik von kabelgebundenen Breitbandanschlüssen ist DSL (Digital Subscriber Line). Sie existiert in den Varianten ADSL23 und ADSL2+24 mit durchschnittlichen Geschwindigkeiten zwischen 6 und 20 Mbit/s. Somit kann UMTS grundsätzlich eine mobile Alternative für diese stationäre Technologie darstellen. Mittels der Erweiterung HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) können zudem theoretisch bis zu 5,8 MBit/s25 im Uplink erreicht werden. Im Kern liegt den Verfahren HSDPA und HSUPA ein in der Basisstation implementierter, verbesserter Scheduler zugrunde, welcher die auftretende Datenlast effizienter verteilt. Darüber hinaus wird abhängig von der Qualität der Verbindung, die Kanalkodierung sowie das Modulationsverfahren entsprechend angepasst. Für letzteres stehen unter anderem die Quadraturphasen- umtastung oder Vierphasen-Modulation (QPSK) und die Quadraturamplitudenmodulation (16-QAM) zur Verfügung.
Aufgrund der technischen Beschränkung des WCDMA-Verfahrens werden bei der Verwendung von HSDPA oder HSUPA zum Erreichen der maximalen Datenraten allerdings 15 von 16 CDMA-Codes der Spreizcodelänge der Basisstation verwendet, womit der genutzte Codeblock der Zelle ausgelastet ist.26 Da sich die Benutzer einer Funkzelle die von ihr zur Verfügung gestellte Bandbreite teilen müssen, sind bei einer breiteren Anwendung dieser Technologie demnach spürbare Einbußen in der individuell erreichbaren Geschwindigkeit unvermeidlich.
In Erwartung einer steigenden Benutzerzahl und der Notwendigkeit höherer Bandbreiten existieren deshalb bereits Pläne für die kommenden Generationen von Mobilfunkstandards. So soll bereits bis zum Jahr 2010 der vom 3GPP definierte Standard „Long Term Evolution“ (LTE) als Nachfolgekonzept des von Nortel Networks vorgeschlagenen HSOPA (High Speed OFDM27 Packet Access) eingeführt werden.28 Dieses Konzept, welches auch unter den Namen E-UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), Evolved UTRAN, Super-3G und 3.9G bekannt ist, soll es den Mobilfunkanbietern ermöglichen, ihre Ressourcen evolutionär von UMTS über HSPA (High Speed Packet Access, umfasst HSDPA und HSUPA) hin zu LTE zu migrieren.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
(Abbildung 1: Roadmap - Whitepaper NGMN „ Beyond HSPA and EVDO “ )
Die reibungslose Migration soll über die Kompatibilität von LTE zu älteren 3GPP Funktechnologien erleichtert werden, wobei zumindest die Unterstützung der Duplex- verfahren FDD (Frequency Division Duplexing) und TDD (Time Division Duplexing) geplant ist.
Die Geburtsstunde des LTE markierte 2004 der RAN Evolution Workshop29 im Zuge dessen über 40 Kontributoren unter anderem die Ziele des Standards festlegten. Die wichtigsten Eckdaten des LTE-Standards sind:30
- reduzierte Kosten pro übertragenem Bit
- Erhöhung der Service-Bereitstellung - mehr Dienstleistungen zu niedrigeren Kosten mit einer optimierten User Experience
- Flexibilität für die Verwendung bestehender und neuer Frequenzbänder
- vereinfachte Architektur und offene Schnittstellen
- angemessener Stromverbrauch von Endgeräten
Die Wahl des Modulationsformats für LTE fiel aufgrund der relativen Immunität zu Interferenzen auf OFDM, welches auch bei den Standards ADLS/2+, WLAN, DAB und DVB zum Einsatz kommt. Durch die damit gegebene Unterstützung einer hohen Anzahl von Unterträgern (maximal 2048 mit einem Abstand von 15 kHz) bietet LTE eine effektive Skalierbarkeit der Bandbreite.31 Innerhalb eines 20MHz Spektrums sind damit bis zu 50Mbit/s (2,5 bps/Hz) im Uplink und mindestens 100Mbit/s (5 bps/Hz) in den Downlink Data Rates erreichbar. Eine weitere Innovation ist die Multiple Input / Multiple Output (MIMO) Antennentechnologie. Durch sie können mehrere Datenströme auf demselben Kanal aufgesetzt werden um die Datenkapazität des Kanals zu erhöhen. Mit der Implementierung dieser Technologie und dem Modulationsschema 64 QAM können die erreichbaren Geschwindigkeiten von LTE auf bis zu 326,4 Mbit/s (Downlink) beziehungsweise 86,4 Mbit/s (Uplink) steigen.32 Die gegenüber UMTS optimierte spektrale Effizienz, kombiniert mit den Vorteilen eines vollständig IP-basierten Netzwerks, ermöglicht darüber hinaus eine deutliche Reduktion der Kosten pro übertragenem Bit.33
Die für den Einsatz von LTE notwendigen Änderungen an der Infrastruktur-Technologie werden in der System Architecture Evolution (SAE) des zukünftigen LTE Wireless Communication Standards beschrieben. Besonders im Bezug auf die IP-basierte Datenkommunikation gilt es das aktuell verbreitete System zu vereinfachen. Ebenso müssen die eingangs aufgezählten Anforderungen, inklusive der Bedingungen für Latenzzeiten, spektraler Effizienz und Flexibilität, Mobilität34, Abdeckung, Kompatibilität mit anderen 3GPP Radio Access Technologien (RAT) sowie der Komplexität bestmöglich erfüllt werden. Diese Erwartungen sind auch aus den Zielvorstellungen der Architektur ersichtlich: „The Objective of the System Architecture Evolution (SAE) is to develop a framework for an evolution or migration of the 3GPP system to a higher-data-rate, lower- latency, packet-optimized system that supports, multiple RATs. The focus of this work [is] on the PS domain with the assumption that voice services are supported in this domain."35
Die 3G- und ihre direkten Nachfolge-Technologien schaffen bereits die Grundlage dafür, reine Mobiltelefone in internet-fähige UMPCs, Video-Telefone und Streaming-TV- Empfänger zu überführen. Allerdings werden sich ihre Reifephasen bald im Wettbewerb mit Wireless-VoIP-Telefon-Diensten über Wi-Fi, WiMAX, WiTV und dem geplanten Wireless Mobilfunkstandard 802.20 (Mobile Broadband Wireless Access) wiederfinden.
Das weitläufig als Wi-Fi bezeichnete WLAN (Wireless Local Area Network) wird in dieser Arbeit als bekannt vorausgesetzt.36 Die Abkürzung WiMAX steht dagegen für Worldwide Interoperability for Microwave Access und ist ein von Intel vorangetriebener und von dem sogenannten WiMAX-Forum, einem Verbund aus aktuell 532 Unternehmen, unterstützter Standard für regionale Funknetze mit der IEEE-Kennung 802.16.37 WiMAX gehört damit, wie auch das Wireless LAN (802.11), Ethernet (802.3) oder Token Ring (802.5) zur Familie der 802-Standards. Im Gegensatz zu diesen befindet sich WiMAX momentan allerdings noch in der Testphase. Dabei ist vor allem die Ergänzung IEEE 802.16e dieses Entwurfs interessant. Aktuell WiMAX mobile und anfangs WiBro (Wireless Broadband) genannt, ermöglicht dieser Standard den Wechsel einer Funkzelle im laufenden Betrieb und kann in mehreren Frequenzbändern (2,3; 2,5; 3,3 und 3,4 bis 3,8 GHz) mit Kanalgrößen von 3,5 bis 10 MHz eingesetzt werden.38 Die Reichweite einer Basisstation wird dabei voraussichtlich zwischen 3 und 5 km betragen.39
Um die Performanz der Datenübertragung in einer Umgebung zu gewährleisten, welche keine direkte „Line-Of-Sight“ zwischen Datenquelle und -Senke bietet, setzt das Mobile WiMAX Interface auf OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). OFDMA ist ein auf der Mehrträgermodulation OFDM basierendes Zugangsverfahren, welches um die Mehrfachzugangsverfahren FDMA (Flexible Time Division Multiple Access) und das zugrundeliegende TDMA erweitert wurde. Um die Skalierbarkeit der Kanalbandbreiten zwischen 1,25 und 20 MHz zu ermöglichen, wurde dieser Ansatz als Scalable OFDMA (SOFDMA) implementiert.40
Durch die mit diesem Ausdruck implizierte adaptive Modulation und Codierung (AMC), werden die auf der folgenden Seite in Abbildung 2 gezeigten Teilkanäle an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst. So werden sie unter guten Signal-Bedingungen mit dem hocheffizienten 64 QAM und bei schlechtem Empfang mit dem robusteren BPSK (Binary Phase Shifting Key) moduliert. In Übergangssituationen können auch 16 QAM oder QPSK eingesetzt werden. Damit kann folglich beispielsweise die Verbindungsqualität zu Lasten der Übertragungsgeschwindigkeit erhöht werden - eine Fähigkeit, die etwa für die VideoTelephonie oder Streaming-Video äußerst sinnvoll ist.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: OFDM versus OFDMA
Zusammen mit MIMO sowie einer Implementierung der schnellen Fehlerkorrekturmethode Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ), bietet WiMAX mobile Datenübertragungsraten von bis zu 63 Mbit/s per Sektor und einen maximalen Uplink von 28 Mbit/s per Sektor in einem 10 MHz Kanal.41 Somit liegt die spektrale Effizienz (Bandbreiteneffizienz) deutlich höher als beispielsweise bei der UMTS-Erweiterung HSDPA. Da bisher keine genauen Angaben für diesen Standard existieren, lässt sich dessen Performanz jedoch lediglich aus den vom 802.16e bekannten Daten ableiten:42
- WiMAX und LTE verwenden flexible Kanalbandbreiten zwischen 1,25 und 20 MHz, wobei WiMAX aktuell mit einer Bandbreite von 10 MHz getestet wird. Der Einsatz eines breiteren Spektrums von beispielsweise 100 MHz ermöglicht folglich eine bis zu zehnfach höhere Geschwindigkeit.
- Die MIMO Antennentechnologie bietet weiteres Optimierungspotential. So können die bisher vorgesehenen, doppelt ausgelegten übermittelnden und empfangenden Antennen (2x2 MIMO) um weitere Antennen auf beiden Seiten ausgebaut werden.
- Eine weitere Möglichkeit stellt der Einsatz einer Modulation höherer Ordnung, wie z.B. 64 QAM anstelle von 16 QAM dar. Interessant ist in diesem Zusammenhang auch der Austausch des Modulationsschemas OFDM gegen eine Kombination von Schemata. Ein Vorbild hierfür sind die in einem 4G-Feldversuch des japanischen Marktführers NTT Docomo eingesetzten Technologien VSF-OFCDM (Variable Spreading Factor Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing) und VSF- CDMA (Variable Spreading Factor Code Division Multiple Access).
[...]
1Vgl. [Bell08]
2Vgl. [Griff08]
3 Siehe [Anon08a] Seite 1
4[Anon08b]
5 Vgl. [ScSe08, S.4]
6 Dies schließt die Bereiche Soft- und Hardware-Architektur, Anbindungsmöglichkeiten (Application Programming Interface - API), Konnektivität und Anwenderschnittstelle (User Interface) ein.
7Global System for Mobile Communications - früher Groupe Spécial
8Mobile Siehe [PeGo08]
9 Vgl. [Stac07, S.5]
10 Vgl. [MLQ+03, S.3]
11 Siehe [Burn04, S.207ff]
12 Siehe [Port85]
13 Michael Eugene Porter ist Professor für Wirtschaftswissenschaft an der Harvard Business School und Leiter des „Institute for Strategy and Competitiveness“.
14 Siehe [Port96]
15 Vgl. [Port96, S.10]
16 Vgl. [Port96, S.5]
17 Gordon Moore (1965): „Die Komplexität integrierter Schaltkreise verdoppelt sich mit minimalen Komponentenkosten etwa alle zwei Jahre.“
18 Gemäß M. E. Porter [Port96, S.6] bezeichnet die Produktivitätsgrenze die Summe aller existierenden Best-Practices zu jedem gegebenen Zeitpunkt.
19 Absatz vgl. [GrSc08, S.4]
20 Der 3G-Standard gilt als Nachfolger von GSM (2G) dem digitalen Nachfolger des analogen (1G) Mobilfunkstandards AMPS (Analog Mobile Phone Service) aus dem Jahr 1981.
21 Vgl. [Lehn03, S.61-63]
22 Siehe [DJM+06, S.3]
23 Die Asymmetric Digital Subscriber Line bietet eine hohe Download- und eine niedrige Upload-Datenrate.
24 Die Extended bandwidth Asymmetric Digital Subscriber Line 2 bietet eine verbesserte Signalverarbeitung und Kodierung.
25 Siehe [DJM+06, S.4]
26 Vgl. [Frey08, S.19]
27 Das Orthogonal Frequency Division Multiplex ist ein auch als Multicarrier Modulation bezeichnetes Modulationsverfahren welches orthogonale Trägersignale verwendet
28 Siehe [Anon09m]
29 Der Radio Access Network Evolution Workshop fand vom 2. bis 3. November 2004 in Toronto statt.
30 Vgl. [Anon08e]
31 Vgl. [Anon08d]
32 Siehe [Rumn08]
33 Absatz siehe [Anon06a]
34 Die Mobilität steht hier für die Verfügbarkeit von Datendiensten bei bestimmten Geschwindigkeiten.
35 [Anon08f]
36 Die Bezeichnung Wi-Fi für WLAN findet sich u.a. in den USA, Frankreich, Italien und Spanien.
37 Siehe [Anon08g]
38 Vgl. [Anon06c, S.6]
39 Vgl. [Anon06d, S.4]
40 Vgl. [Anon06b, S.9]
41 Vgl. [Anon06b, S.10]
42 Siehe [Anon07b]
