Abstract

Radio spectrum is a scarce natural resource whose efficient management has been the source of contentious debate for over a century. The mobile communication ecosystem has created a tremendous business that is reliant on the availability of spectrum for wireless networks. The growth of mobile communications has increased the rivalry between the different wireless ecosystems that compete over gaining access rights to radio spectrum. Due to the scarcity of unallocated spectrum bands without incumbent users, sharing-based governance models for spectrum management have gained increasing attention in regulation, industry and academia. Spectrum sharing allows two or more wireless systems to operate in the same spectrum band. These systems often come from different wireless ecosystems that have conflicting goals. Spectrum sharing, and specifically the development of new sharing-based governance models for more efficient management of the scarce resource, is a strategic management topic that calls for the development of rules and conditions by regulators that are agreeable to all involved stakeholders. This thesis presents a novel framework for the development of upcoming sharing-based spectrum governance models that bring together stakeholders from different wireless business ecosystems with conflicting goals. The framework is built upon the theoretical basis of governance models, stakeholder analysis, and business ecosystems. Spectrum management is here seen as governance of common pool resources, and the tool of stakeholder analysis from strategic management is formally introduced into the development of new sharing-based spectrum governance models where different business ecosystems collide. The developed three-step stakeholder analysis is applied to two case studies for mobile communications including the future use of the ultra-high frequency (UHF) band, and the licensed shared access (LSA) concept. For the UHF band case study, the thesis identifies the stakeholders, analyses their relations and saliences to reach long-term compromises between broadcasting and mobile communication ecosystems. For the LSA case study, the thesis identifies the stakeholders and their relations, and develops management actions through a work flow for the main phases and stakeholders’ tasks. It then presents the world’s first live field trial with mobile communication systems, where the conflicting requirements of all stakeholders were considered. The developed stakeholder analysis model formally introduces the strategic management of stakeholders into the spectrum management domain, and it provides regulators, industry and academia a new tool for reaching long-term compromises in spectrum management through sharing.

Tiivistelmä

Radiotaajuudet muodostavat rajallisen luonnonvaran, jonka tehokas hallinta on ollut vuosikymmenten ajan kiistanalainen keskustelunaihe. Matkaviestinnän ekosysteemi on luonut suurta liiketoimintaa saamalla käyttöönsä radiotaajuuksia, joilla matkaviestinverkot voivat toimia. Matkaviestinnän kasvu on lisännyt eri langattomien järjestelmien ekosysteemien välistä kilpailua radiotaajuuksien saatavuudesta. Taajuuksien yhteiskäyttöön perustuvat hallintamallit ovat herättäneet kasvavaa kiinnostusta taajuushallinnoissa, teollisuudessa ja tutkimusmaailmassa, koska lähes kaikki radiotaajuudet on jo annettu erilaisten langattomien järjestelmien käyttöön. Taajuuksien yhteiskäyttö mahdollistaa kahden tai useamman radiojärjestelmän toiminnan samalla taajuusalueella. Usein nämä järjestelmät edustavat erilaisia langattomia ekosysteemejä, joilla on ristiriitaiset tavoitteet. Taajuuksien yhteiskäyttö ja siihen liittyvien hallintamallien kehittäminen rajallisen luonnonvaran tehokkaamman käytön mahdollistamiseksi on strategisen johtamisen aihealue, joka edellyttää, että taajuushallinnot kehittävät säännöt ja ehdot, jotka ovat hyväksyttäviä sidosryhmille. Tämä väitöskirja esittelee uuden viitekehityksen taajuuksien yhteiskäyttöön perustuvien taajuuksien hallintamallien kehittämiselle tuomalla yhteen eri sidosryhmät, jotka edustavat erilaisia langattomia liiketoimintaekosysteemejä, joilla on ristiriitaiset tavoitteet. Kehitetyn viitekehyksen teoriapohja koostuu hallintomalleista, sidosryhmäanalyysistä sekä liiketoiminnan ekosysteemeistä. Tässä työssä taajuuksien hallinta nähdään yhteisresurssien (common pool resource, CPR) hallintana, ja strategisen johtamisen työkaluista sidosryhmäanalyysi on valittu taajuuksien yhteiskäyttömallien kehittämiseen erilaisten liiketoiminta-ekosysteemien kohtauspisteessä. Työssä kehitettyä kolmiaskelista sidosryhmäanalyysiä sovelletaan kahteen matkaviestinnän tapaustutkimukseen sisältäen UHF-taajuuden tulevaisuuden käytön sekä taajuuksien lisensioidun yhteiskäytön (licensed shared access, LSA). UHF-taajuuden tapaustutkimuksessa väitöskirjassa tunnistetaan sidosryhmät ja analysoidaan niiden riippuvuuksia ja painoarvoja pitkän tähtäimen kompromissin löytämiseksi yleisradioliikenteen ja matkaviestinnän ekosysteemien välille. LSA-tapaustutkimukselle väitöskirjassa tunnistetaan sidosryhmät ja niiden riippuvuudet sekä kehitetään johtamismalleja työnkulkukaavion avulla. Lisäksi työssä esitellään maailman ensimmäinen todellisella matkaviestinjärjestelmällä tehty kokeilu, joka ottaa huomioon eri sidosryhmien ristiriitaiset vaatimukset. Työssä kehitetty malli on ensimmäinen strategisen johtamisen sidosryhmäanalyysin sovellus taajuuksien hallintaan ja tuo taajuushallinnoille, teollisuudelle ja tutkimusmaailmalle uuden työkalun pitkän tähtäimen kompromissien löytämiseen taajuuksien hallinnalle yhteiskäytön avulla.