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1 LTE Turboschnell und überall oder teures Netz mit Löchern?! Status und Perspektiven von 4G in Deutschland! Torsten J. Gerpott* 27. Medientage München München! 18. Oktober 2013 * Univ.-Prof. Dr. Torsten J. Gerpott, Inhaber des Lehrstuhls Unternehmens- und Technologieplanung, Schwerpunkt Telekommunikationswirtschaft, Mercator School of Management Duisburg, Universität Duisburg-Essen, Lotharstr. 65, D Duisburg (Tel.: +49 (0)203/ ), und Gründungsgesellschafter DIALOG CONSULT GmbH, Bismarckstr. 142, D Duisburg (Tel.: +49 (0)179/ ; Fax: +49 (0)203/ ),

2 LTE! Mobilfunknetzbetreiber versprechen, dass die LTE-Technik eine erhebliche Verbesserung der Nutzererfahrungen beim mobilen Zugriff auf das Internet und seine Dienste bewirken kann Maximale Empfangsgeschwindigkeiten verschiedener Mobilfunkstandards! Mbit/s! Leistungsillustration für drei Zugangsnetzalternativen! Sekunden! 326 [86] a! UMTS! DSL-16! 2,5! LTE b! 0,5! 0,5! Empfang Musikdatei (5 MB)! 14! [6]! 28! [11]! 42! [11]! 84! [23]! 50! Spektrum MIMO QAM! HSPA! (Rel. 5&6)! 5 MHz!! 16! HSPA+! (Rel. 7)! 5 MHz! 2 2! 16! HSPA+! (Rel. 8)! 5 MHz! 2 2! 64! HSPA+! (Rel. 9)! 10 MHz! 2 2! 64! LTE! (Rel. 8&9)! 20 MHz! 4 4! 64! Versand Fotodatei! (5 MB)! a)!angabe in Klammern = Maximale Sendegeschwindigkeit.! b)!bei 2 x 5 MHz gepaartem Spektrum im 800 MHz-Bereich. Antwortzeiten (Ping) bei UMTS ca. 300 ms, bei DSL-16 ca. Quelle: ADL/Exane BNP Paribas, Vodafone! 25 ms und bei LTE < 50 ms.! 1 7,5! 4! Medientage/131018/01/MB

3 LTE! Dennoch greift inzwischen in Deutschland ein großer Teil der Privatkunden auf mobile Datennetze zurück, ohne von LTE oder 4G gehört zu haben oder den Standard einzusetzen Marktforschungsergebnisse zur Nutzung mobiler Datendienste a! Nutzen Sie derzeit persönlich aus beruflichen/ privaten Gründen das Internet auch über das Datennetz eines Mobilfunkanbieters?! Kennen Sie den Begriff LTE 4G?! Januar 2013! Alle Befragten! Stationäre! Internetnutzer! 73%! Nein! 27%! Nein! 73%! 60%! 65%! 47%! Ja! Nutzen Sie bereits den LTE 4G Standard?! Ja! 27%! Januar! 2012! 40%! Januar! 2013! 35%! Januar! 2012! 53%! Januar! 2013! Nein, plane auch! keine Nutzung! 74%! 19%! 7% Ja! Nein, plane aber! Nutzung! a)!telefonische Befragung von jeweils rund deutschsprachigen Personen ab 14 Jahren im Januar 2012 bzw. Januar 2013 durch TNS Infratest.! Quelle: Initiative D21, Prof. Gerpott Analysen! 2 Medientage/131018/02/MB

4 LTE! Insgesamt kann bislang keine Rede davon sein, dass der Datenverkehr von Mobilfunkanschlüssen den Verkehr von Festnetzanschlüssen in nennenswertem Ausmaß substituiert Von Mobilfunkanschlüssen abgehender Datenverkehr relativ zum Datenverkehr, der von Festnetzanschlüssen in Deutschland abgeht! 2008! 0,48%! Indizien für LTE-Nutzungslücke! Während mittlerweile über die Hälfte der Haushalte an ihrem Wohnort über eine LTE-Netzabdeckung verfügt, beträgt die Zahl der LTE-Kunden gerade einmal 1,12 Mill. Bei aktuell 40 Mill. Benutzern von mobilen Datendiensten erscheint der Anteil von unter 3% überraschend gering.! (Falck et al., in: ifoschnelldienst, )! 2010! 1,91%! LANCOM Systems nicht-repräsentative Befragung von 374 Personen in Deutschland im Juni 2013! Nutzen Sie bereits LTE?! Ja (beruflich oder/und privat)! 2012! 3,26%! Nein (weder beruflich! noch privat)! 65%! 35%! Quelle: Bundesnetzagentur, Prof. Gerpott Analysen! Quelle: Falck et al. 2013, LANCOM, Prof. Gerpott Analysen! 3 Medientage/131018/03/MB

5 LTE! Ein Grund für die schleppende Marktakzeptanz kann darin liegen, dass LTE in Deutschland bislang primär von zwei Netzbetreibern und bei weitem nicht flächendeckend vermarktet wird Anteil der Basisstationsstandorte in Deutschland,! an denen von mindestens einem Mobilfunknetzbetreiber LTE-Technik a in Betrieb ist !!1.!Hamburg! 88%!!9.!Hessen! 58%!!2.!Berlin! 84%!!10.!Niedersachsen! 57%!!3.!Bremen! 83%!!11.!NRW! 55%!!4.!Sachsen! 73%!!12.!Rheinland- Pfalz! 54%!!5.!Thüringen! 70%!!13.!MVP! 48%!!6.!Sachsen- Anhalt! 68%!!7.!Bayern! 62%!!14.!Brandenburg! 46%!!15.!Baden- Württemberg! 40%!!8.!Schleswig- Holstein! 60%!!16.!Saarland! 35%! LTE-Ausbau in Deutschland!!Ausbaustart!!!Vodafone: Dezember!2010!!!Telekom: April 2011!!!Telefónica: Juli 2011!!!E-Plus: 4. Quartal 2013!(geplant)!!Ausbaustand!!!Vodafone März 2013: >!5.000 Standorte, 26 Mio.!bzw. 65% der Haushalte,!81 größte Städte, > 60%!der Fläche!!!Telekom März 2013: >!100 Städte, Ziel bis 2016:!86% der Bevölkerung!!!Telefónica Ende 2012:!15% der Bevölkerung! a)!mindestens UMTS/3GPP Release 9.! Quelle: 4G.de, Prof. Gerpott Analysen! 4 Medientage/131018/04/MB

6 LTE! Im internationalen Vergleich nehmen die Netzbetreiber in Deutschland bei der LTE-Abdeckung keine Spitzenposition ein LTE-Netzabdeckung in Prozent der Bevölkerung Ende 2012!!1.!Schweden: Tele2! 99%!!2.!Schweden: Telenor! 99%!!3.!Portugal: TMN! 90%!!4.!USA: Verizon! 89%!!5.!Dänemark: Telia Sonera! 75%!!6.!Schweden: Telia Sonera! 61%!!7.!USA: AT&T! 55%!!8.!Deutschland: Vodafone! 53%!!9.!Dänemark: H3G! 50%!!10.!Deutschland: Telekom! 38%! Quelle: ADL/Exane BNP Paribas! 5 Medientage/131018/05/MB

7 LTE! Eine zweite Ursache für die verhaltene Kundenakzeptanz von LTE in Deutschland kann darin gesehen werden, dass Bandbreitenversprechen unter Alltagsbedingungen oft bei weitem nicht eingehalten werden Anteil der Kunden, die mindestens 80% der vermarkteten maximalen Datenübertragungsrate erhalten a! 2 8 Mbit/s! Mbit/s! Mbit/s! 45,8%! 58,0%! 51,1%! 66,9%! 59,4%! 55,9%! 47,2%! 27,2%! 5,8%! Legende! DSL! Kabel! LTE! a)!messzeitraum: bis ! Quelle: zafaco/bundesnetzagentur, Prof. Gerpott Analysen! 6 Medientage/131018/06/MB

8 LTE! Schließlich lassen die bisherigen LTE-Preise in Deutschland einen Breitbandanschluss per Mobilfunk nur attraktiv werden, wenn keine drahtgebundene Anschlussalternative zur Verfügung steht Ausgewählte LTE-Tarife in Deutschland! Stand: ! Anbieter! Telekom! Vodafone! Telefónica! Tarif! Call & Surf Comfort! via Funk! LTE Zuhause! Telefon & Internet! O 2 Go + Surf Flat XXL! Empfangsgeschwindigkeit! Bis zu 50 Mbit/s! Bis zu 50 Mbit/s! Bis zu 50 Mbit/s! Inklusivvolumen! 15 GB! 30 GB! 10 GB! Ab 39,95 EUR! 47,49 EUR a! 44,99 EUR! a)!inklusive 2,50 EUR für Hardware.! Quelle: Anbieterangaben, Prof. Gerpott Analysen! 7 Medientage/131018/07/MB

9 LTE! Im internationalen Vergleich sind die Preise für den Datentransport von Mobilfunkanschlüssen in Deutschland überdurchschnittlich hoch Monatlicher Preis für ein kleines, mobiles Datenpaket ( MB) in 10 europäischen Ländern im März 2013! 10! EUR! 9! 8! 7! 6! 5! 4! 3! 2! 1! 14! 12! 10! Impliziter Preis pro GB für ein größeres, mobiles Datenpaket ( 1 GB) in 10 europäischen Ländern im März 2013! EUR! 8! 6! 4! 2! 0! DE! UK! SP! FR! NL! BE! AT! IT! SE! DK! 0! DE! SP! FR! BE! UK! NL! IT! AT! SE! DK! Quelle: ADL/Exane BNP Paribas! 8 Medientage/131018/08/MB

10 LTE! Die weitere LTE-Diffusion in Deutschland wird stark durch neun Faktoren beeinflusst Treiber der weiteren LTE-Diffusion!!Flächendeckung und Inhouse-Versorgung!!Attraktive Endgeräte (insbesondere Tablets)!!Attraktive Medieninhalte und mobile Cloudanwendungen!!Realistische Leistungskommunikation!!Praxisrelevante Inklusivvolumina!!Keine Preisaufschläge LTE/4G gegenüber UMTS/3G!!Nahtloser Übergang zwischen Netzen aller Digitalgenerationen!!Hinreichende Menge an Spektrum!!Geeignete Lage des Spektrums (Digitale Dividende II)! 9 Medientage/131018/09/MB

11 LTE! Hintergrundinformationen!

12 LTE Hintergrundinformationen! Übersicht über internationale Entwicklungsstandards und -linien drahtloser Zugangstechnologien EDGE! UMTS! CDMA! WiMAX! EDGE! DL: 474 kbit/s UL: 474 kbit/s EDGE Evolution DL: 1,89 Mbit/s UL: 947 kbit/s HSDPA/R5! DL: 14,4 Mbit/s HSPUA/R6! UL: 5,76 Mbit/s HSPA+/R7! DL: 28 Mbit/s UL: 11,5 Mbit/s HSPA+/R8! DL: 42 Mbit/s UL: 11,5 Mbit/s LTE/R8! DL: 326 Mbit/s UL: 86 Mbit/s LTE/R9! LTE/R10! DL: > 1Gbit/s EV-DO/RevA! DL: 3,1 Mbit/s UL: 1,8 Mbit/s EV-DO/RevB! DL: 14,7 Mbit/s UL: 5,4 Mbit/s Fixed! Mobile/R1.0! DL: 46 Mbit/s UL: 4 Mbit/s R1.5! IEEE m! HSPA+/R9! DL: 84 Mbit/s UL: 23 Mbit/s Quelle: HSPA+/R10! DL: 84 Mbit/s UL: 23 Mbit/s 10 Medientage/131018/10/MB

13 LTE Hintergrundinformationen!!Long Term Evolution (LTE) ist, anders als die in 3GPP Releases 6 und 7 spezifizierten High Speed Packet Access-(HSPA-)Systeme, keine adaptive Evolution der UMTS-Infrastruktur!!3GPP Releases 8 und 9 beinhalten völlig neue Luftschnittstellentechnik, die erhebliche Investitionen der Mobilfunknetzbetreiber erfordert!!erwartete LTE-Vorteile gegenüber HSPA-Systemen!!!Erhöhung der Datenübertragungsgeschwindigkeit pro Dienst um maximal den Faktor 10!!!Reduzierung von Latenzzeiten um den Faktor 2 3 (Verbindungszeiten unter 10 ms, Zugriffsverzöge-!rung unter 300 ms)!!!verbesserte Spektrumsnutzung durch neue Modulationsverfahren und Einsatz von Multiple-Input-!Multiple-Output-(MIMO-)Systemen (mehrere Antennen beim Sender und Empfänger)!!!Flexible Nutzung von Frequenzbändern unterschiedlicher Breite von 1,25 MHz bis 20 MHz (im Be-!reich 698 MHz bis 2690 MHz), je größer ein Frequenzband, desto höher die!erreichbare Datenüber-!tragungsrate!!!Komplette Packet-/IP-Orientierung!!!Verringerung der Zahl der Netzknoten (Kostenreduktion)!!!Möglichkeit zur Anbindung verschiedener Funkzugangsplattformen (GSM, UMTS) an Kernnetz!!LTE wird auch als 3,9G-Mobilfunknetz bezeichnet, da es die ITU-Vorgaben für 4G nicht vollständig umsetzt; mit der Spezifikation von 3GPP Release 10 (= LTE Advanced) werden die ITU-Vorgaben für 4G erfüllt Quelle: Tanner/Hofstetter 2008; Siegmund 2010: Medientage/131018/11/MB

14 LTE Hintergrundinformationen! LTE-Architektur a enode B Serving SAE Gateway PDN SAE Gateway Packet Data Network/Internet, IMS PCRF enode B HSS (HLR) MME SGSN WCDMA/ UMTS Radio Access Network/ Evolved UTRAN Core Network/ Evolved Packet System/Core (EPS/EPC) a)!enode B = Enhanced Node B. HSS = Home Subscriber Server. IMS = IP Multimedia Subsystem. MME = Mobility Management Entity. PCRF = Policy & Charging Rule Function. PDN = Packet/Public Data Network. SAE = Service/System Architecture Evolution. SGSN = Serving GPRS Support Node.! Quelle: Tanner/Hofstetter 2008: Medientage/131018/12/MB

15 LTE Hintergrundinformationen! Quelle: Siegmund 2010: LTE-Architekturelemente!eNode B beinhaltet neben UMTS-Basisstation die Einheiten Medium Access Control (MAC), Radio Link Control (RLC) und Packet Data Convergence Protocol (PDCP), die zuvor im Radio Network Controller untergebracht waren!!verbindungen zwischen enode B und Serving SAE Gateway sowie MME basieren auf IP und unterstützen Mechanismen zur Selbstkonfiguration sowie Quality of Service!!MME verarbeitet nur Signalisierungs- und keine Nutzdaten!!!Speicherung Terminalinformationen und Erzeugung temporärer Identitäten!!!Authentifizierung und Autorisierung der Terminals!!!Aufenthaltsverwaltung!!HSS speichert Nutzungsprofile der Teilnehmer, Terminaleigenschaften, Teilnehmererreichbarkeit und Diensteinformation in Datenbank!!Serving SAE Gateway nimmt Nutzdaten auf und steuert sie zum SGSN!!PDN SAE Gateway bildet Schnittstelle zwischen LTE-Kernnetz und anderen/externen Netzen, es verarbeitet sowohl Nutzdaten (von enode B und Serving SAE Gateway) als auch Steuerdaten (von MME)!!Policy & Charging Rule Function koordiniert Quality of Service-Anforderungen zwischen dem (LTE-)Kernnetz und externen Netzen, aus denen sich die notwendigen LTE-Nutzkanaleigenschaften ergeben, was wiederum eine Tarifierungsgrundlage (Charging) schafft 13 Medientage/131018/13/MB

16 LTE Hintergrundinformationen! Quelle: Tanner/Hofstetter 2008 LTE-Luftschnittstelle!Zur Erhöhung der Datenraten an der Luftschnittstelle steht LTE im Downlink Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) ein!!!systembandbreite wird in mehrere Untercarrier im Abstand von 15 khz gegliedert, die unabhängig!voneinander (= orthogonal) sind!!!erreichbare Datenrate hängt von verfügbarer Frequenzmenge ab, als theoretische Downstream-!Bandbreiten werden bei 20 MHz Frequenzverfügbarkeit über 300 Mbit/s (1 Gbit/s) für LTE Release!9 (10) genannt!!!bandbreite ist flexibel skalierbar!!im Uplink greift LTE auf das Single Carrier Frequency Division Multiple Access-(SC-FDMA-)Verfahren zurück, das bei 20 MHz Frequenzverfügbarkeit über 80 Mbit/s (500 Mbit/s) im LTE Release 9 (10) ermöglichen soll!!lte-luftschnittstelle ist für Bewegungsgeschwindigkeiten von 15 bis 120 km/h optimiert!!realisierung hoher Bandbreiten an der Luftschnittstelle setzt i.d.r. Glasfaseranbindung der enode B voraus!!lte verwendet für die Übertragung neue Antennenkonfigurationen ( 1 Antenne jeweils beim Sender und Empfänger), die als Multiple Input Multiple Output-(MIMO-)Systeme bezeichnet werden (Raummultiplex)!!!Übertragung der Daten über mehrere Wege der Luftschnittstelle!!!Parallele Entgegennahme der Signale durch mehrere Antennen im Endgerät des Empfängers!!Langfristig könnte LTE in Konkurrenz zu etablierten leitungsgebundenen Netzen (Kupferdoppelader, Koaxialkabel) im Internetzugangsgeschäft treten, also diese Netze substituieren 14 Medientage/131018/14/MB

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