Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis   

Inhaltsverzeichnis...............................................................................................   II

Abbildungsverzeichnis.   IV

Tabellenverzeichnis. V   

Abk  ürzungsverzeichnis  VI

1  Einleitung  1

2  Entwicklungsgeschichte der Techniken WiMAX und UMTS  3

2.1  Ursprünge von UMTS  3

2.1.1  Entwicklung der Normen für UMTS  5

2.1.2  Das 3GPP  7

2.2  Ursprünge von WiMAX  10

2.2.1  Entwicklung der Normen für WiMAX  11

2.2.2  Das Komitee 802 und die Standards.  12

3  Technische Grundlagen von WiMAX und UMTS  14

3.1  Konzept von UMTS.  14

3.1.1  Der Node B.  16

3.1.2  Der Radio Network Controller.  16

3.1.3  Die UTRA-Funkschnittstelle  17

3.2  Konzept von WiMAX  18

3.2.1  Mobilität im WiMAX-Konzept  20

3.2.1.1  Phase I: Backhauls und andere Festanschlüsse  21

3.2.1.2  Phase II: Drahtlose Breitbandanschlüsse  21

3.2.1.3  Phase III: Mobile Anschlüsse  21

4  Anwendungsgebiete von WiMAX und UMTS  23

4.1  Endgeräte für die Nutzung von WiMAX und UMTS  23

4.1.1  Endgeräte für UMTS  23

4.1.2  Endgeräte für WiMAX.  25

4.2  Dienste, die per UMTS oder WiMAX realisiert werden können.  27

4.2.1  Dienst-Klassen  27

4.2.1.1  Mehrwertdienste  28

4.2.2  Zugang zum World Wide Web.  31

4.2.2.1  World Wide Web per UMTS-Netz  33

4.2.2.2  World Wide Web per WiMAX-Verbindung  33

5  Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.  35

5.1  Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung  35

5.1.1  Einführung und Übersicht  35

5.2  Der Kriterienkatalog  37

5.2.1  Die vier Wirkungsdimensionen  37

5.2.2  Zusammenfassung der Ergebnisse.  38

5.3  Durchführung der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung  39

5.3.1  Das Szenario.  39

5.3.1.1  Ist-Zustand.  39

5.3.1.2  Soll-Zustand.  40

5.3.2  Kriterienkatalog erarbeiten  41

II

Inhaltsverzeichnis

5.3.2.1  Entwicklungskosten und Entwicklungsnutzen.  41

5.3.2.2  Betriebskosten und Betriebsnutzen  42

5.3.2.3  Dringlichkeitskriterien.  42

5.3.2.4  Qualitativ-strategische Kriterien  44

5.3.2.5  Externe Effekte  45

5.3.3  Zusammenfassung des ausgearbeiteten Kriterienkataloges  46

5.3.4  Berechnung der monetären Wirtschaftlichkeit  47

5.3.5  Ermittlung der erweiterten Wirtschaftlichkeit.  51

5.3.6  Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.  55

6  Schlussbemerkungen und Ausblick  59

Literaturverzeichnis   VI

Online  -Quellen  VII

Anhang   VIII

III

Abbildungsverzeichnis   

Abbildungsverzeichnis   

Abbildung  1: Organigramm des 3GPP  

Abbildung  2: Funkzugangsnetz UTRAN  

Abbildung  3: Uu Interface - Die Funkschnittstelle  

Abbildung  4: Aufbau eines WiMAX-Netzes  

Abbildung  5: UMTS-Mobiltelefon.  

Abbildung  6: Handheld mit UMTS  

Abbildung  7: WLAN-Router mit UMTS-Unterstützung.  

Abbildung  8: WiMAX-Modem mit integriertem Router  

Abbildung  9: Anwendungen und Benutzer drahtloser Dienste  

Abbildung  10: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung im Rahmen eines IT-Konzepts  

IV

Tabellenverzeichnis   

Tabellenverzeichnis   

Tabelle 1:  Entwürfe für die Funktechnik der 3. Generation  6

Tabelle 2:  ausgearbeiteter Kriterienkatalog für die Wibe.  46

Tabelle 3:  Anschaffungskosten, Teil 1.  48

Tabelle 4:  Anschaffungskosten, Teil 2.  49

Tabelle 5:  Laufende Kosten.  50

Tabelle 6:  Die monetäre Wirtschaftlichkeit  55

Tabelle 7:  Dei erweiterte Wirtschaftlichkeit.  56

V

Abkürzungsverzeichnis 3GPP

ARPA

ATM

GERAN

GPRS

GSM

IEEE

IETF

IP

ISP

ITU

LAN

MAN

OSI

PCG

PCMCIA

PDA

RAN

RegTP

RNC

RNS

TSG

UE

UMTS

UTRAN

VoIP

WAP

WiMAX

W-LAN

WTO

WWW

1 Einleitung

Kommunikation ist ein Schlagwort des alltäglichen Lebens. Jeder kommuniziert tagtäglich auf unterschiedliche Weise mit verschiedenen Kommunikationspartnern. In der Regel findet die Kommunikation verbal, also mündlich, statt. Dabei tauschen die Kommunikationsteilnehmer Gedanken, Gefühle, Meinungen u.v.m. aus. Sehr häufig sind die Teilnehmer dabei persönlich anwesend und kommunizieren direkt miteinander. So kommunizieren wir beispielsweise mit der Verkäuferin im Supermarkt, mit dem Bankangestellten oder auch mit der Kollegin bei der gemeinsamen Mittagspause.

Jedoch ist eine persönliche Kommunikation vor Ort nicht immer möglich, da zum Beispiel der Bekannte, dem man einen Geburtstagsgruß zukommen lassen möchte, in einer anderen Stadt wohnt. Eine bereits viele hundert Jahre bekannte und bewährte Technik ist in diesem Fall die schriftliche Kommunikation per Brief. Leider ist dieser Kommunikationsweg oft sehr langwierig und den heutigen Anforderungen nicht mehr gewachsen.

In der heutigen Zeit ist die Kommunikation sehr facettenreich. Zwar wird noch immer mündlich und schriftlich kommuniziert, jedoch sind die Anforderungen an die Übermittlung der Botschaften gestiegen. Während der Sender des erwähnten Geburtstagsgrußes vor zwei Jahrzehnten mit einigen Tagen für dessen Übermittlung gerechnet hat, so wünscht er heute meist dessen sofortige Transferierung an den Empfänger.

Neben der Kommunikation des zwischenmenschlichen Miteinanders haben insbesondere Unternehmen einen hohen Kommunikationsbedarf. Hier müssen beispielsweise die beteiligten Parteien Großhändler, Lieferant und Einzelhändler in enger Verbindung stehen, um ihrerseits den Marktanforderungen gewachsen zu sein. Hier dient die Kommunikation meist auch vielmehr dem Austausch purer Daten, zum Beispiel Preislisten beziehungsweise Artikeldaten und bezieht sich überwiegend auf den Informationsaustausch zwischen Computer-Systemen. Ohne die technischen Entwicklungen der letzten Jahre und vor allem die rasante Entwicklung der Computertechnik seit Anfang der 80er Jahre sowie die explosionsartige Verbreitung und Nutzung des Internets seit spätestens 2001, wären die gestiegenen Anforderungen an die Kommunikation vermutlich nicht umsetzbar. Erst diese Innovationen machen eine schnelle, unkomplizierte Kommunikation

möglich, die nicht persönlich erfolgt. Dies ist aber auch nur möglich, da die neuen Techniken bisher unbekannte Formen der Kommunikation hervorgebracht haben. Die elektronische Post in Form von E-Mails, die in sekundenschnelle den Empfänger erreicht, ist hier nur ein kleines Beispiel.

Der vermutlich größere technische Durchbruch der letzten Jahre ist die Entwicklung im Bereich der mobilen Kommunikation. Durch die Mobiltelefonie per Handy ist jederman nahezu jederzeit an fast jedem Ort der Welt erreichbar. Darüber hinaus ist auch der unkomplizierte und mobile Datenaustausch über Notebooks, PDAs und andere mobile Endgeräte möglich geworden. Alle modernen Kommunikationswege wären aber nicht entstanden, wenn man nicht die technischen Grundlagen beziehungsweise Voraussetzungen geschaffen hätte.

Für die mobile Kommunikation per Handy oder Notebook waren das die Schaffung einer geeigneten Infrastruktur und die Einführung von Kommunikationsstandards und Übertragungsprotokollen. So benötigen Mobiltelefone Sende- und Empfangsmasten, die ein flächendeckendes Funknetz bereitstellen, andererseits müssen auch Notebooks die zur drahtlosen Datenübertragung erforderlichen Hard-warevoraussetzungen erfüllen und ebenfalls einem gemeinsamen Protokoll folgen. Im Bereich der Mobiltelefonie wird nun die Funktechnik UMTS eingeführt, die neue Dienste auf dem Handy verfügbar machen soll. Auf den Einsatz in Notebooks und anderen mobilen Endgeräten zielt die ebenfalls funkbasierte Technik WiMAX, die besonders den schnellen Datenaustausch allerorts realisieren soll. Beide Techniken könnten ähnliche Dienste zur Verfügung stellen und stehen damit in Konkurrenz zueinander.

Die folgende Ausarbeitung wird sich zunächst grundsätzlich beiden Techniken zuwenden und deren Grundlagen, Entwicklungsgeschichte und technische Voraussetzungen erläutern. Weiterhin soll im Verlauf eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt werden, um zu ermitteln, welche der beiden Techniken für den Einsatz in einem Unternehmen geeigneter scheint. Dazu werden einerseits qualitative Kriterien betrachtet, andererseits wird ein Kostenvergleich gezogen. Abschließend soll ein Ausblick auf die Entwicklungstendenzen der beiden Funktechniken gegeben werden.

2 Entwicklungsgeschichte der Techniken WiMAX und UMTS

Im Bereich der mobilen Kommunikation sind Techniken zur drahtlosen Datenübertragung am besten geeignet, da diese keine Ortsgebundenheit des Nutzers voraussetzen. Besonders diese Freiheit macht die Mobiltelefonie überhaupt erst möglich. Die mobile Kommunikation dient aber nicht nur zur verbalen zwischenmenschlichen Kommunikation, sondern auch zur Übermittlung von EDV-Daten. Da die Masse der anfallenden und zu verarbeitenden Daten im Zuge mit neuen Einsatzbereichen und Anwendungsgebieten der Computertechnik in den letzten Jahren stark angewachsen ist, gehören die entwickelten Techniken WiMAX und UMTS zu den modernsten in diesem Bereich. Jedoch gab es bereits vor der Entwicklung von WiMAX und UMTS Möglichkeiten zur funkbasierten Übertragung von Telefongesprächen und reinen Daten. Die Evolution von WiMAX und UMTS soll im Folgenden kurz umrissen und die Ursprünge dargestellt werden.

2.1 Ursprünge von UMTS

Das Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) hat seinen Ursprung in der Mobiltelefonie. Während der Entwicklung dieses Standards ist es für genau diesen Einsatzbereich optimiert worden.

Die Entwicklung dieses Standards wurde hauptsächlich vorangetrieben, da es seit dem Durchbruch der Mobiltelefonie Anfang der 90er Jahre und den damit verbundenen extrem gestiegenen Nutzerzahlen zu einem schnellen Wandel des gesamten Marktes kam. Damals sorgte GSM (Global System for Mobile Communication) als Standard des Mobilfunks für die extreme Marktakzeptanz und die schnelle Verbreitung. So nutzten 2004 bereits 50 Millionen deutsche Mobilfunk-Teilnehmer ein GSM-Netz. ¹ GSM - das Ende der 80er Jahre entworfen wurde - war deswegen so erfolgreich, weil es ein relativ offener Standard mit zukunftsorientiertem Konzept und Offenheit für Erweiterungen war. Die damit verbundene frühe Einführung in Europa führte zu einem großflächigen Einsatz und einer guten Netzabdeckung. Dadurch erhöhte sich die Attraktivität für Hersteller entsprechender Endgeräte diesen Standard zu unterstützen. Mit steigenden Produktions- und Nutzerzahlen sanken im Laufe der Jahre die Kosten enorm, wodurch es zu einer relativ schnellen Überwindung des „kritischen Punktes“ kam. ² Weiterhin verhalf die kontinuierliche ¹ Vgl.: Sauter, Martin: Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme.Von UMTS, GSM und GPRS zu Wire-

less Lan und Bluetooth Piconetzen, Wiesbaden 2004, S. 1.

² Vgl.: Althoff, Marc Peter / Seidenberg, Peter / Walke, Berhard: UMTS - Ein Kurs. Universal Mobile Tele-

communication System, 2. Aufl., Karlsruhe 2002, S. 30.

Verbesserung und Weiterentwicklung von GSM zu dessen anhaltendem Erfolg. So wurden beispielsweise Verfahren zur Kapazitätssteigerung bzw. Verbesserung der Sprachqualität entwickelt und eingeführt. 3

Durch die Entwicklungen im Bereich der Computertechnik, den Ausbau des Internets und den damit verbundenen erweiterten Möglichkeiten für Anwender, veränderte sich auch der Mobilfunk-Bereich. Neue Dienste, die durch aktuellere Technik im Internet möglich gemacht wurden, sollten auch mobil verfügbar sein. Somit mußte GSM um Komponenten erweitert werden. Eine dieser Komponenten ist der General Packet Radio Service (GPRS), der eine paketorientierte Datenübermittlung ermöglicht, wie sie auch im Internet stattfindet. Damit bildet er die Grundlage für multimediale Dienste wie beispielsweise WAP. ⁴ WAP ist eine Technik, die Internetseiten strukturell und layouttechnisch vereinfacht auf den - in der Regel sehr kleinen - Displays der Mobilfunkgeräte darstellt.

Da die Technik und die Ansprüche der Nutzer sich weiter sehr schnell entwickelt haben beziehungsweise angestiegen sind, konnte GSM samt seiner Offenheit für Erweiterungen den Anforderungen bald nicht mehr gerecht werden. Deshalb sollte für das System der so genannten „2. Generation“ ein Nachfolgekonzept entwickelt werden. Um Inkompatibilitäten vorzubeugen und Nutzern Unannehmlichkeiten zu ersparen, wurde die Verantwortung hierfür - um zu einer idealerweise weltweit standardisierten und homogenen Norm zu finden - an eine allgemein anerkannte und unabhängige Organisation übertragen: die ITU (International Telecommunication Union: Internationale Fernmeldeunion). Diese beschäftigt sich als Unterorganisation der UNO (United Nations Organisation: Vereinte Nationen) mit technischen Aspekten der Telekommunikation. Die Fernmeldeunion stellte daraufhin bestimmte Anforderungen an den neuen Standard auf. Diese Anforderungen wurden von der ITU unter der Bezeichnung IMT-2000 (International Mobile Telecommunications at 2000MHz) zusammengefasst. 5

Die wesentlichsten Ziele des Anforderungskatalogs waren dabei N hohe Sprachqualität

³ Vgl.: Althoff, Marc Peter / Seidenberg, Peter / Walke, Berhard: UMTS - Ein Kurs. Universal Mobile Tele-

communication System, 2. Aufl., Karlsruhe 2002, S. 31.

⁴ Vgl.: Althoff / Seidenberg / Walke: UMTS - Ein Kurs, S. 31f.

⁵ Vgl.: Lescuyer, Pierre: UMTS. Grundlagen, Architektur und Standard, Heidelberg 2002, S. 4ff.

N die Unterstützung von hohen Übertragungsraten (bis 2Mbit/s) N symmetrische und asymmetrische Datenübertragung N leitungsvermittelte und paketvermittelte Übertragung N nahtloser Übergang von Systemen der 2.Generation N globale Erreichbarkeit in allen IMT-2000-Netzen. 6

Der globalen Erreichbarkeit in allen IMT-2000-Netzten kam dabei eine besondere Bedeutung zu, denn man wollte eine Familie von zueinander kompatiblen Systemen erschaffen, um eine Zersplitterung in viele verschiedene zueinander inkompatible Systeme zu vermeiden. 7

2.1.1 Entwicklung der Normen für UMTS

Eine gemeinsame Norm für eine neue Technik bringt Vorteile für Nutzer und Betreiber mit sich. Einerseits können beispielsweise Geschäftsreisende ihr Mobiltelefon nur in den Gebieten nutzen, in denen die Technik ihres Gerätes unterstützt wird und andererseits können Dienstanbieter nur die Menschen als potentielle Kunden betrachten, die sich überhaupt mit dem entsprechenden Netz verbinden können. Darüber hinaus schlägt sich eine normierte Technik positiv auf die Kosten von Geräten und Dienstleistungen nieder. Deswegen begrüßten Hersteller und Normierungsorganisationen weltweit die Schaffung eines gemeinsamen Standards.

Die erste Phase von IMT-2000 sah die Vorlage von Entwürfen für den neuen Standard bei der Internationalen Fernmeldeunion vor. Dieser erste Abschnitt gilt als der sensibelste innerhalb des gesamten Entwicklungsweges der neuen einheitlichen Norm. Die nachfolgenden Phasen sahen zunächst die Ableitung einer einheitlichen Spezifikation aus den Entwürfen und danach die Entwicklung von Prototypen vor.

So legten im Jahr 1998 zwölf internationale Normierungsorganisationen insgesamt fünfzehn Vorschläge der ITU vor. Die Entwürfe, die überwiegend terrestrische,

⁶ Vgl.: Althoff, Marc Peter / Seidenberg, Peter / Walke, Berhard: UMTS - Ein Kurs. Universal Mobile Tele-

communication System, 2. Aufl., Karlsruhe 2002, S. 34f.

⁷ Vgl.: Althoff / Seidenberg / Walke: UMTS - Ein Kurs, S. 33.

aber auch satellitengestützte Verfahren vorsahen, sind in Tabelle 1 kurz dargestellt. 8

Tabelle 1: Entwürfe für die Funktechnik der 3. Generation

⁸ Vgl.: Lescuyer, Pierre: UMTS. Grundlagen, Architektur und Standard, Heidelberg 2002, S. 5.

Quelle: Lescuyer, Pierre: UMTS. Grundlagen, Architektur und Standard, Heidelberg 2002, S. 5f.

Nachdem sämtliche Vorschläge einer gründlichen Prüfung durch die Internationale Fernmeldeunion unterzogen wurden, entschied man sich zur Aufnahme von sechs Systemen in die IMT-2000-Familie.

2.1.2 Das 3GPP

Ausgehend von den Rahmenbedingungen der ITU schlossen sich 1998 die verschiedenen Standardisierungsorganisationen der Regionen Europa, Japan, China, USA und Korea zum 3rd Generation Partnership Project (3GPP) zusammen und übernehmen seitdem die Standardisierung des UMTS Systems. ⁹ Jede einzelne regionale Standardisierungsorganisation setzt sich wiederum aus diversen Unternehmen zusammen, die an gemeinsamen Standards interessiert sind und solche erarbeiten. Im Unterschied zu den meisten traditionellen Normungsverbänden bietet das 3rd Generation Partnership Project allen beteiligten Parteien - unabhängig davon, ob es sich um Hersteller oder Netzbetreiber handelt - ein gleichberechtigtes Stimmrecht. Darüber hinaus bedarf jede Entscheidung innerhalb einer Ver-handlung der Zustimmung aller Betroffenen. 10

Um neu entwickelte Standards mit vorhandenen Standards abzustimmen und weitestgehende Kompatibilität gewährleisten zu können, arbeitet das 3GPP mit vielen politischen Gremien zusammen. Hierzu zählen beispielsweise die WTO (World Trade Organisation: Welthandelsorganisation), die Europäische Kommission und regionale Behörden wie die deutsche RegTP (Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post). Darüber hinaus hält man engen Kontakt mit den Betreuern anderer Standards, die ebenfalls von Systemen der 3. Generation genutzt werden. Beispielhaft sind hier die IETF (Internet Engineering Task Force) und das ATM Forum zu nennen. Dabei übernimmt die IETF die Überwachung und Einführung neuer Standards im Bereich des Internets und das ATM Forum befasst sich mit

⁹ Vgl.: Althoff, Marc Peter / Seidenberg, Peter / Walke, Berhard: UMTS - Ein Kurs. Universal Mobile Tele-

communication System, 2. Aufl., Karlsruhe 2002, S. 38.

¹⁰ Vgl.: Lescuyer, Pierre: UMTS. Grundlagen, Architektur und Standard, Heidelberg 2002, S. 8.

der Ausweitung der Datenübertragungstechnik ATM (Asynchronous Transfer Mode).

Mittlerweile werden durch die 3GPP auch die Standards der zweiten Generation des Mobilfunks betreut. Dazu zählen die Standards für GSM (Global System for Mobile Communications), GPRS (General Packet Radio Service) und EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution). Da UMTS abwärtskompatibel zu GSM ist, bietet diese Zusammenführung der Verantwortlichkeiten einen enormen Vorteil für kommende Entwicklungen im UMTS-Bereich. Innerhalb der 3GPP verteilt die Project Coordination Group (PCG) als übergeordnete Instanz die Aufgaben und Ressourcen auf die Technical Specification Groups (TSG). Jede Technical Specification Group besteht aus mehreren Working Groups (WG), die Ergebnisse erarbeiten und als Technical Specification (TS) definieren. Die Technical Specification Group GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network) ist mit der Pflege und Standardisierung von GSM und EDGE betraut. Für das Funkzugangsnetz und die entsprechenden Funkschnittstellen ist die TSG RAN (Radio Access Networks) verantwortlich. Um realisierbare Dienste und die generelle Systemarchitektur kümmert sich die Gruppe SA (System Aspects). Die vierte Gruppe, die den Namen CT (Core Network & Terminals) erhalten hat, übernimmt die Verantwortung für das Festnetz und erarbeitet dessen Protokolle und definiert die Aufgabenverteilung zwischen den Knoten des Netzes. 11

¹¹ Vgl.: Althoff, Marc Peter / Seidenberg, Peter / Walke, Berhard: UMTS - Ein Kurs. Universal Mobile Tele-

communication System, 2. Aufl., Karlsruhe 2002, S. 39.

Abbildung 1: Organigramm des 3GPP

Quelle: structure of 3gpp - the Third Generation Partnership Project, Stand: 24.06.2006, URL:

http://www.3gpp.org/tb/home.htm (abgerufen am 02.10.2006).

Abbildung 1 zeigt in einem Organigramm die Struktur des 3GPP.