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Die
Erfindung betrifft eine Kommunikationszentrale zur Aufnahme, Verarbeitung
und Abgabe von analogen und oder digitalen Signalen zur Ausbildung
eines Kommunikationssystems.
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Mobilfunknetze
werden derzeit innerstädtisch
mittels freistehenden Mobilfunkmasten oder Masten auf oder an Häusern oder
Hausdächern
realisiert. Es existiert dabei eine breite Palette an Lösungen.
Bei der Planung der Dachstandorte der Mobilfunkstationen sind fortlaufend
angepasste Statiken zu erstellen. Stahlbau, Aussteifungen oder Fundamente
für die
verschiedensten Standorte fallen deshalb uneinheitlich aus. Die
dazugehörige
Systemtechnik ist zum Hauptteil in der Basisstation integriert. Die
Basisstation wird in unmittelbarer Nähe zu dem Mobilfunkmast aufgestellt/montiert
und kann als freistehender Systemschrank (Outdoor-Lösung) oder als
Systemschrank (in-house-Lösung)
in einem Gebäude
realisiert werden. Die Verbindung von den Antennen zu der Systemtechnik
erfolgt gewöhnlich
mittels Koaxialkabel. Mit der Überbrückung der
Wegstrecke mittels diesen Antennenkabel von der Systemtechnik über den
Mast bis zur bestimmten Antennen bzw. Antennenhöhe sind mit diesen Kabellängen Kabeldämpfungen
auszugleichen. Die Vernetzung der Mobilfunkstationen untereinander
oder mit der übergeordneten
Technik erfolgt über
verschiedene Verbindungsarten von der Systemtechnik aus. Dabei werden
auch Richtfunkantennen (Parabolantennen) eingesetzt. Die Versorgung
der Nutzer erfolgt oft mittels Sektorantennen. Die eingesetzten
Antennen arbeiten in einem relativ schmalen Frequenzbereich. Die
Mobilfunkmasten mit den Sektorantennen stellen zumeist den für die Bevölkerung sichtbaren
Teil dar. Bezüglich
der Debatte um die elektromagnetische Verträglichkeit bezüglich Umwelt/Mensch
und wegen der Stadtbild-Integration versucht man diese Mobilfunkmasten
unauffällig
aufzustellen oder zu verkleiden. So werden Teile eines Daches bei
Kirchtürmen durch
form- und farbidentisches Spezialmaterial ersetzt. Dahinter liegende
Antennenanordnungen sind damit quasi nicht sichtbar. Es existieren
Antennenanlagen, wo Antennentechnik in Beleuchtungseinrichtungen
für den
Einsatz für
GSM/UMTS versuchsweise integriert wurden aber dazu die entsprechende Systemtechnik
fehlt bzw. außerhalb
der Beleuchtungseinrichtung aufgestellt oder angeordnet ist. Insbesondere
betrifft das die Leistungselektronik, wie Verstärkertechnik mit den Klimaanlagen.
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Nicht
in jedem Fall lassen sich aus Platz-, Statik-, juristischen oder
Funkwellen-Ausbreitungsgründen
optimale Standortlösungen
finden.
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Die
Anzahl der Mobilfunkstationen soll kontinuierlich erweitert werden.
Somit sind fortlaufend geeignete Mobilfunkstandorte zu finden und
an den Einsatzzweck anzupassen.
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Aus
DE 203 16 940 U1 ist
ein mehrfach redundantes Kommunikationssystem bekannt, welches Daten
von Funkschnittstellen in oder an Beleuchtungseinrichtungen mit
mobilen sowie stationären Nutzern
austauscht, Daten zwischenspeichern kann, Geodaten an Beleuchtungseinrichtungen
anlagert und auch mittels Funk- oder der Powerline-Technologie (PLC)
elektronische Daten zwischen den Beleuchtungseinrichtungen austauschen
kann, wobei die Funkschnittstellen mehrere Funktionsbaugruppen und
eine Stromversorgung enthalten.
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Zu
Beleuchtungseinrichtungen zählen
alle zur Stadtbeleuchtung einbezogenen Objekte, wie Masten mit der
Masthülle,
Leuchtmittel, Sicherungsmittel, Straßenlaternen, Verteilelemente
sowie freihängende
Straßenbeleuchtungseinrichtungen
oder Netze, Freileitungsmasten mit Stadtbeleuchtungsfunktion, sowie
Beleuchtungseinrichtungen in Häusergassen
oder an Häusern.
Zu den Einrichtungen können
auch im Sinne der Erfindung Signalanlagen, wie Anzeigen, Ampeln,
Großformatanzeigen,
sowie Masten ohne Beleuchtungsfunktion, wie Freileitungsmasten oder
Fahrleitungsmasten einbezogen werden.
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Aus
DE 196 39 188 A1 ist
eine Funkstation für
ein Kommunikationssystem bekannt. Auch dieses Kommunikationssystem
beschränkt
sich in der Ausgestaltung der Technik und beschreibt keine Lösungen bzgl.
des Datentransportes oder Optimierung der Wirtschaftlichkeit.
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Zusammenfassend
sind verschiedene uneinheitliche Ausrüstungsvarianten bekannt, die
verschiedene Module, wie Dämmerungsschalter,
Antennensysteme, GPS-Empfänger,
Funksysteme an oder in Beleuchtungseinrichtungen integriert.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Entwicklung einer Kommunikationszentrale bei
der Kommunikationstechnik so in oder an Masten von Beleuchtungseinrichtungen,
wie der Stadtbeleuchtung sowie Fahrleitungs-/Freileitungsmasten
und Masten der Lichtsignalanlagen zu integrieren, dass diese auch
untereinander elektronisch digital verbunden ein auch parzellenartiges
Mobilfunk- und Kommunikationsnetz entstehen lassen und sie für die Sendung-
und den Empfang von Daten, wie Internetdaten zu Satelliten, Flugzeugen,
Ballons, Raumstationen einerseits geeignet ist und andererseits
mittels Funk- und
Antennenanlagen die Kommunikation mit Nutzern über z.B. Handys, Gebäuden, KFZ's oder Transpondern aufnehmen
kann und dabei außerdem über zusätzliche
Datenversorgungskabel zwischen den Beleuchtungseinrichtungen elektronische
Daten austauscht und außerdem
mit der direkten Nähe
zu den Verkehrsflüssen,
wie zu Fußgängern, KFZ's, Schienenfahrzeugen,
mit geringer oder angepasster Strahlungsleistung arbeiten kann.
Die Kommunikationszentrale soll eine sehr kurze Verbindung zu Antennen besitzen,
wobei keine zusätzliche
Energie notwendig sein soll, um große Kabeldämpfungen ausgleichen zu müssen. Die
Kommunikationstechnik soll möglichst
kompakt, stadtintegrativ und skalierbar untergebracht sein, wobei
an den Bedarfszentren ein ausgebautes Kommunikations- und Mobilfunknetz
aus mehreren Mobilfunkstandorten entsteht, welches mit einheitlichem
Standard mit möglichst
wenigen Auslegungsvarianten beim Aufbau, mit einem hohen Servicegrad,
guter Betriebssicherheit, variantenreichen Steuer- und regelbaren
Vernetzungsmöglichkeiten geringe
Kosten verursacht und bezüglich
Nahbereichsversorgung möglichst
energie- und strahlungsarm elektronische Daten austauschen kann.
Außerdem
sollen noch die vielfältigsten
Kommunikations- und Datenerfassungsaufgaben erfüllt werden, Gerätebaugruppen
standardisiert verbunden und auch Belange der verschiedensten Antennenarten
bei den unterschiedlichen Anwendungsgebieten wie RFID, WLAN oder
Platz- und Ausbreitungsbedingungen für Antennenarrays berücksichtigt
und sinnvoll integriert werden.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Ausgestaltende Merkmale
sind in den Unteransprüchen 2
bis 12 beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Kommunikationszentrale
zur Aufnahme, Verarbeitung und Abgabe von analogen und/oder digitalen
Signalen besteht aus einem Mast mit Strom führenden Lei tungen, an oder
in dem mehrere Funkantennen angeordnet sind. Am oder im Mast sind
mehrere Module angeordnet, die funktionell unterschiedliche Kommunikationseinrichtungen
enthalten. Immer mehrere Module sind über eine Gleichstromversorgungseinheit
an die Strom führende
Leitung des Mastes angeschlossen. Die Module werden am Mast arretiert.
Die Module sind untereinander mit einem einheitlichen elektrischen Stecksystem
so miteinander verbunden, dass die Stromversorgung für die Module
gewährleistet
wird. Die Module sind untereinander mit einem einheitlichen Bussystem
für analoge
Signale und/oder IP-basierende Daten schnurgebunden und/oder schnurlos verbunden.
Außerdem
ist die Kommunikationszentrale über
mindestens eine Kommunikationseinrichtung an das Internet angeschlossen.
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Der
Mast mit den Strom führenden
Leitungen ist insbesondere ein Straßenbeleuchtungsmast, ein Signalanlagenmast,
ein Fahrleitungsmast oder ein Freileitungsmast. Dadurch wird erreicht,
dass über sehr
kurze Anschlussleitungen eine Wechselspannungsquelle zur Verfügung steht, über die
die Kommunikationseinrichtungen mit Spannung versorgt werden können. Ein
verfügbarer
Hohlraum in den Masten kann die Kommunikationseinrichtungen und Module
betriebssicher aufnehmen.
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Die
Module können
in speziellen Kartuschen angeordnet sein, deren äußere Form mit der inneren Form
des Mastes korrespondiert.
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Ein
Blitzschutz der Kommunikationseinrichtungen kann dadurch erreicht
werden, dass der Mast und die Kartuschen metallische Abschirmelemente enthalten
und geerdet sind. Damit entstehen blitzgeschützte Bereiche oder Zonen, welche
im Blitzschlagsfall separat wirken und die Ausbreitung der Störenergie
bereichsweise behindert oder verhindert und je nach Zone separat
abführt.
Dementsprechend sind auch die elektrischen Kontaktelemente, wie
die der Module oder Kartuschen mit blitzschutzgerechten Kabeldurchführungen
und Überspannungsschutzelementen
auszuführen.
Der Überspannungs-Grobschutz
für hohe Überspannungen
in Sicherungen der in die Kommunikationszentrale eingeführten Stromversorgungsleitungen
und der Überspannungs-Feinschutz
der Module (für
kleine Spannungsbereiche) erweitert die Funktion dieses Zonen-Blitzschutzkonzeptes.
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In
oder am Mast können
Führungsschienen angeordnet
sein, in denen die Module verschiebbar und arretierbar angeordnet
sind. Damit sind die Kartuschen gegen verdrehen und zur sicheren
mechnischen und elektrischen Kontaktierung mit dem Bussystem gesichert.
Außerdem
wird somit eine Kartusche mit Antennen immer korrekt ausgerichtet.
Ein schurgebundenes (Kabel-)Bussystem kann aufgenommen werden.
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Die
in den Modulen enthaltenen Kommunikationseinrichtungen können Funkantennen und/oder
Verstärker
und/oder Gleichrichter und/oder Baugruppen zur Energiegewinnung
und/oder Datenverarbeitungsgeräte,
wie Internetprotokollverarbeitende Geräte sein. Die Datenverarbeitungsgeräte können beispielsweise
Geräte
zur Datenerfassung sein, beispielsweise zur Klimadatenerfassung,
Biometriedatenerfassung oder Transpondertechnik. Die Datenverarbeitungsgeräte können auch
Geräte
zur Datenabgabe sein, beispielsweise Anzeige- und Signaltechnik,
Lautsprechersysteme oder Katastrophenschutzsignaltechnik.
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Der
Mast selbst oder Teile des Mastes können als Funkantenne ausgebildet
sein. Das schließt eine
metallische Mastbewehrung in der Masthülle, Schlitze in der Masthülle oder
die Integration von Antennen oder passiven Antennensignalübertragern
in die Masthülle
mit ein. Eine Antenne als Spule für die Radio-Frequency-Identifikation-Technology (RFID-Technologie) ließe sich
separat oder zur zusätzlichen
Bewehrungsfunktion in die Masthülle
integrieren. Bei Einsatz eines Kartuschensystems kann somit die
Herausführung
der Antennensignale zu einer äußeren Antenne
gewährleistet
werden. Eine mehrschichtig aufgebaute Masthülle kann mehrere Antennensysteme
oder Antennenarrays beinhalten und auch anteilig aus funktechnisch
dämpfungsarmem
Material bestehen. Integrierte Antennen, wie Schlitzstrahler mit
unterschiedlichem Frequenzverhalten und Polarisation können somit
zu Breitbandantennen zusammengeschlossen werden oder sich in ihrer
Einheit über
elektronische Steuerungen des Phasenfeldes auf ein bestimmtes Ziel
zum Zweck der Datenübertragung
ausrichten. Zum Zweck der Ausbildung der Antenneneigenschaft kann
der Mast auch beschichtet werden (Folie, Bedampfung). Ebenso kann
das Innere des Masten ein geeignetes Wellenfeld ausbilden (beispielsweise über einen
Dipol in einer Kartusche), um mittels genau berechneten Mastdurchführungen
Antennensignale zu übertragen.
Mechanische Abstimmelemente können
das Wellenfeld beeinflussen. Im Mast integrierte Schlitzantennen
können
ebenso zusätzlich
der Be- und Entlüftung
dienen.
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Am
Mast können
sich Aktoren beispielsweise zum Ausrichten von Antennen und/oder
Sensoren zur Datenerfassung befinden, die über das Bussystem mit den Baugruppen
in den Modulen verbunden sind.
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Der
Mast kann in seinem oberen Bereich so geformt sein, dass er zum
Empfang von Satellitensignalen und/oder Sonnenstrahlung geeignet
ist. So kann er beispielsweise die Form einer Parabol- oder Hornstrahlantenne/-Reflektors
besitzen an der mehrarmige Beleuchtungseinrichtungen angeordnet
sein können.
Besonders so ausgestaltete mehrarmige Beleuchtungs einrichtungen
bieten dazu gute ästhetische
und statische Voraussetzungen, um die gebündelte Datenübertragung
von hohen Objekten, wie von und zu Satelliten, Flugzeugen, Ballons
oder einer reflektierenden Atmosphärenschicht zu ermöglichen.
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Falls
eine Funkantenne aus Reflexionsflächen an den Kommunikationszentralen
besteht, können
diese so ausgebildet sein, dass mehrere Einzelflächen eine Strahlung in einem
Brennpunkt fokussieren. Somit bieten die einzelne Parabol- oder Antennenarrayflächen gestalterischen
Spielraum. Die Laufzeitunterschiede werden durch Berechnung der definierbaren
Abstände
der Reflektoren zum Brennpunkt oedr durch die elektronische Ansteuerung durch
die Module berücksichtigt,
um optimale Datenübertragungsqualität zu ermöglichen.
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Mit
der Erfindung wird also eine betriebssichere und vielseitig vernetzbare
und Kommunikationszentrale mit einheitlichem Bus- und Kontaktsystem
vorgestellt.
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Nachfolgend
wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Kommunikationszentrale
als Straßenbeleuchtungs
einrichtung
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2 funkgestützte Möglichkeiten
zur Versorgung von Kommunikationszentralen
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3 Varianten
der Mastgestaltung
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4 Beispiel
der Optimierung von Datenfluss und Datenübertragungswegen
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01 zeigt
eine zur Kommunikationszentrale ausgerüstete Straßenbeleuchtungseinrichtung.
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Zum
besseren Service und zur Vor-Ort-Installation und zum individuellen
Einsatz mit den vielfältigsten
Ausstattungsvarianten ist in einer besonders vorteilhaften Auslegungsvariante
der Einsatz eines Kartuschensystems vorgesehen.
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Das
Kartuschensystem aus 01 besteht aus Einzelkartuschen 08, 17, 18, 20 welche
in den Mast über
die Serviceöffnung 11 eingeschoben
werden, Module beinhalten können
und mittels mechanischen und elektrischen Aufbau und Konstruktion,
wie den Kontaktelementen der Kartuschen 09 sowie der Kontakt-
und Führungsschiene 10 mittels
einheitlichem Kontakt- und Bussystem Kontakt untereinander haben.
Die Kontakt und Führungsschiene 10 justiert
Kartuschen 08, 17, 18, 20 in
der Lage und dient zusätzlich
dem Mitführen
von Kabelsystemen der Strom-/Datenversorgung sowie für Antennenzuleitungen
bspw. für
die Antennen 01 oder Antenne/Spule 02 der RFID-Technologie.
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Module
sind untereinander kombinierbar und in einzelne Kartuschen einbaubar.
Der Einschub von Leerkartuschen kann die entsprechende Antennenhöhe gewährleisten
und Antennenkabel sowie Kontakte enthalten.
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Eine
Serviceöffnung 11 kann
durch eine Öffnung
in der Hülle
der Masten oder durch entsprechende Kipp-, Schub,- Hubtechnik entstehen.
Beispielsweise ist der Mast oder Teile des Masten 16 mittels
Kipptechnik klappbar, sodass eine Serviceöffnung 11 entsteht.
Die Serviceöffnung 11 oder
die Kartuschen 08 können
zum Schutz der Anlage mit einem Alarm- und Sabotagekontakt versehen werden.
Wesentlich für
einen modularen Aufbau und zur Vereinfachung der Ausrüstungsvarianten
einer Beleuchtungseinrichtung ist mindestens ein einheitliches Bus-
und Kontaktsystem 09, 10 zur kombinierbaren Adaption
und Ausbau von Kartuschen oder Modulen.
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Mit
der Installation von neuen Kommunikationszentralen 23 ist
es sinnvoll, generell mindestens eine zusätzlichen Datenleitung für eine kabelgebundene
Vernetzung in den Medientrassen und Fundamenten 14 mit
den Stromversorgungssträngen 15 der
Kommunikationszentralen bei erdverlegten- oder freihängenden Trassen mitzuführen, durchzuschleifen
und eine nicht näher
beschriebene Kabelendeinrichtung 13 zum Auflegen von kompakten
Kombinationskabeln (LWL- und Stromversorgungsleitungen in einem
kompakten Kabel) zu integrieren.
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02 zeigt
die verschiedenen schnurlosen Möglichkeiten
zur Versorgung von Kommunikationszentralen 23. Über eine
innerstädtische
Netztopologie 21, 22, 30 wird die Datenversorgung
bis zum Endgerät
sichergestellt.
- · Die erste Netztopologie 21 entspricht
der Datenverbindung von/zwischen Mobilfunkstationen von Dachstandorten.
- · Die
zweite Netztopologie 22 entspricht der Datenanbindung der
Kommunikationszentralen von Netztopologie 21 aus.
- · Die
dritte Netztopologie 30 entspricht der Datenanbindung der
Endbenutzer oder des Endgerätes
(PDA, Laptop, KFZ) von Netztopologie 22 aus.
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Der
Aufbau von Richtfunkstrecken 21 zur datentechnischen Anbindung
von Mobilfunkstationen wird oft eingesetzt. Durch den geringen Abstand
der Endgeräte
wie PDA, KFZ, Laptop innerhalb der Netztopologie 30 (Nähe Kommunikationszentrale 23)
wird nur eine geringe Sende- und Empfangsenergie benötigt. Kommunikationszentralen
können
sich durch einen speziellen Aufbau zur Datenübertragung mit Satelliten eignen.
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Alternativ
wäre eine
Reflexion von Wellen geeigneter Frequenzen an oder in einer bestimmten Luftschicht
zur Datenübertragung
und damit nicht nur zur Versorgung der Kommunikationszentralen vorteilhaft.
Eine erzeugte Reflexionsschicht/angeregte Luftschicht/Wolke 25 reflektiert
die von einer Parabolantenne 24 oder einer Kommunikationszentrale 23 ausgesendeten
Daten.
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Datenübertragungen
im Frequenzbereich der Lang-/Kurzwellen sind durch Reflexionen an
Luftschichten der Atmosphäre
bekannt. Dies könnte
erreicht werden durch:
- – Änderung der Eigenschaften einer
bestimmten Luftschicht 25 so, dass diese als Spiegel-,
wie Reflexionsschicht 25 zum Verteilen von Daten, z.B. mittels
Laser- , oder Mikrowellentechnik
z.B im GHz-Bereich genutzt wird.
- – Druck-
oder Temperaturänderungen
oder elektrischer Aufladung in der betreffenden Luftschicht.
- – Laser-
oder Innenbeschuss mittels Kanone 24 oder vom Flugzeug 26 aus.
Dadurch wird eine Änderung
der Eigenschaften der Luftschicht 25 in bestimmten Höhen, Ausbreitungsgraden
und Formen möglich.
- – das
Einbringen zusätzlicher
Elemente, wie z.B. Folien, Netze oder Sprühnebel/Gase von chemischen
oder metallischen Zusammensetzungen in die Luftschicht, um auch
einen Zielzustand zum Beschuss zu erhalten.
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Der
Bereich der Datenübertragung
mittels Luftschichtbeeinflussung ist unter 29 dargestellt.
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Ebenfalls
ist die Datenübertragung über ein Satellit,
Flugzeug oder Ballon 26 denkbar, um Kommunikationszentralen
und damit ein bestimmtes lokales Gebiet zu versorgen.
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Eine
Straßenlaterne
oder abgehangene Beleuchtungseinrichtung, wie zwischen Häuserfronten eignet
sich somit auch besonders zur Datenübertragung über Satellit/Flugzeug/Ballon
oder einer Reflexionsschicht.
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Die
als Kommunikationszentralen ausgebildete Straßenlaternen 23 können somit
im Sende- und Empfangsgebiet einer entfernten Datenübertragungsverbindung 25, 26 liegen, über ein
wireless-LAN- oder UMTS-Modul in einer Kartusche 17 über eine
zugehörige
Antenne 04 einen verbundenen PDA-Nutzer 30 mit
Internetdaten versorgen oder per RFID-Technologie und einer entsprechenden
Antenne/Spule 02 den Füllegrad
eines Müllcontainers
oder den Besetztzustand einer Parkfläche 28 auslesen und übertragen,
sodass über
einen an das Internet angeschlossener Computer den Status der Container
einsehen oder auswerten kann.
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Im
weiteren Ausbau ist es deshalb im Sinne der Erfindung sowie zum
Blitzschutz ebenso vorteilhaft, das einheitliche Bussystem bis auf
Stromversorgungs- und ggf. für
Adapteranschlüsse,
wie für
Sensoren, Aktoren schnurlos (Lasertechnik, UWB-Technik) auszulegen.
Innerhalb eines Beleuchtungsmasten dient somit beispielsweise ein
internes und durch die Masthülle 16 weitgehend
abgeschirmtes Ultra-Wide-Band-Funksystem
der Datenübertragung
für Module,
Kartuschen, Adapter sowie Sensoren und Aktoren. Damit ist ein problemloses
Kombinieren und Erweitern mit einzelnen Modulen oder Kartuschen möglich. Entsprechend
ist das Modul oder die Kartusche zusätzlich mit einer schnurlosen
Datenübertragungsanlage
ausgerüstet.
Beispielsweise gestaltet sich damit das Nachrüsten eines Moduls in beliebiger Höhe der Masten
(z.B. Videokamera, Klimasensoren) sehr einfach. Es muss nur noch
schnurgebunden an das modulare Stromversorgungssystem angeschlossen
werden.
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Die
Einführung
einer Zonen-Blitzschutzanlage gewährleistet mit der Vielzahl
der Kabel- und Elektronikbauteile mit einem geerdeten Metallmast
oder Mast mit metallischer Bewehrung 16, wie bei einem Schleuderbetonmast
die erste Blitzschutzzone, mit der geschirmten Kartusche 17 die
zweite Blitzschutzzone und mit zusätzlich geschirmten Modulen
innerhalb einer Kartusche 17 die dritte Blitzschutzzone
der Erhöhung
der Betriebssicherheit. Dazu kann das Kontaktsystem 09, 10 der
Adapter und der Stromversorgungsleitungen mit blitzschutzgerechten
Durchführungen 18 versehen
werden. Außerdem
wird ein Sicherungselement für
den Blitz-Grobschutz (Grobschutz vor Überspannung) im Anschluss-
und Sicherungsfeld 13 der Strom- und Datenkabel 15 vorgesehen
sowie die Module und Kartuschen z.B. 20, 17 und 18 mit
einem Blitz-Feinschutz
(Feinschutz gegen Überspannung)
vorgesehen. Blitzschutzgerechte Kabeldurchführungen am Beispiel der Kartusche 18 erweitern
die Betriebssicherheit.
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Dieses
Kartuschensystem kann auch für
Mobilfunkmasten bestehender Mobilfunknetze angewendet werden, indem
Antennentechnik und Systemtechnik in einer vorteilhaft rohrförmigen Außenhülle integriert
werden. Die Systemtechnik kann dabei Elemente der heutigen Basisstation
(BTS), wie Leistungsverstärker
enthalten und die Thermik im Mast durch die Schornsteinwirkung zur
Temperierung nutzen. Dazu können
diese Masten für
diesen Zweck mit zusätzlichen
Belüftungsöffnungen
wetterfest versehen werden.
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03 stellt
die verschiedenen Möglichkeiten
des Einsatzes von parabolförmigen Öffnungen
eines Masten mit Integration von Satellitenantennen zur Datenüberragung
von und oder zu Satelliten dar.
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03 zeigt
vier verschiedene Varianten 31, 34, 36, 40 der
Mastgestaltung der Kommunikationszentralen mit Nutzung von Parabolflächen zur
Datenübertragung
mit entfernten Objekten 26.
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Die
erste Variante 31 zeigt eine Kommunikationszentrale mit
drei Lampenelementen 03 als 3-Fächer Lampenmodul und integriertem
mehrschichtigem Parabol 37 mit Nachführung eines Brennpunktes sowie
dämpfungsarmer,
transparenter Parabol-Antennenabdeckung
mit Beleuchtungs- und Anzeigefunktion 32.
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Die
zweite Variante 36 zeigt eine Kommunikatiuonszentrale mit
versetzter Parabolfläche.
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Die
dritte Variante 40 stellt Lampenelemente 03 am
Mast mit verteilter und beleuchteter Parabolfläche und Brennpunktfokussierung
dar.
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Die
vierte Variante 34 zeigt mit integrierten, geneigten Parabolflächen 41,42 die
Mehrfachnutzung von Teilen der Parabolflächen.
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Die
Kommunikationszentralen mit Mast und Antennen können so aufgebaut sein, dass
sie sich zum Datenaustausch über
Satelliten, Flugzeuge oder Ballons 26 eigenen. Betrachtet
man eine Kommunikationszentrale, so können zumindest Teile vom Mast
oder entsprechende Einschübe/Anpassungen als
nach oben elektrisch offene Trichterantenne wirken. Parabolförmige Anpassungen
des Oberteils des Masten können
die Funktion eines Parabolspiegels integrieren 03, 31.
Ein LNB befindet sich dazu in einer Brennpunktlage. Die Parabolantenne
kann ausgerichtet oder nachgeführt
werden. Bei mehrarmigen Beleuchtungseinrichtungen ist diese Auslegung
besonders gut vorstellbar, da sich die Parabolfläche mit einer mögli chen
Antennenabdeckung beispielsweise mittig im Armkreuz elektrisch,
statisch und optisch besonders gut einpassen lässt.
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Die
Einzelreflexionsflächen
der Kommunikationszentralen 40 können so aufgebaut und ausgerichtet
sein, dass sie der Brennpunktfokussierung zum Datenaustausch mit
Satelliten oder anderen höheren
Objekten 26 entsprechen.
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Zur
Optimierung und Verteilung des Datenaufkommens auch auf andere Kommunikationszentralen
eignen sich besonders große,
mehrarmige Beleuchtungseinrichtungen, wie sie oft an Straßenkreuzungen
eingesetzt werden. Der Mast kann selbst Schlitze aufweisen, die
der zu empfangenen Frequenz oder dem Frequenzband zum Zwecke des
Datenaustausches entsprechen und kombiniert einer Kühlungsöffnung,
Kühlungsfunktion
entsprechen.
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Bei
einem Kartuschensystem nach 01 besteht
eine Problematik in den herauszuführenden Antennenanschlüssen oder
zumindest der herauszuführenden
Antennensignale und kann gelöst
werden durch:
- – eine Masthülle 16 aus
funktechnisch dämpfungsarmen
Material mit Erdungs-, Blitzschutzsystem, Textilbewehrung;
- – dem
Verwendungszweck angepasste Schlitze 19 im einem Metallmast
in Antennenhöhe
zur ungehinderten Ausbreitung der Funkwellen;
- – Einfügen eines
passiven Koppelementes/Koppelsystems 06 zur Herausführung der
Antennensignale z.B. bestehend aus Kartuschenantennen 20,
Antennen mit Hohlleiterverbund 06 als Schlitzstrahler/Schlitzantennen
in der Masthülle 16 und über Hohlleiter
angeschlossenen Antennen auf oder in der Masthülle als aufgedampfte Antennenschicht,
Folien-Schlitz oder
Dipolantenne 04, 07;
- – Teile
des Masten oder der Masthülle
als Schlitzstrahler;
- – Ausbildung
des Inneren des Masten oder einer zusätzlichen Kammer/Rohr als Raum
für ein
Wellenfeld 47 (Sender nicht dargestellt) mit Wellenfeld-gekoppelten
Antennenanschluss 45 und mechanischen Abstimmelement 46,
wobei der Raum im Durchmesser je nach zu nutzenden Frequenzbereich
an den Enden abgestuft und variieren kann und dadurch mehrere Antennenanschlüsse für verschiedene
Frequenzbereiche ebenso nachträglich
eingesetzt werden können.
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Dazu
dient der Hohlleiter 05 zur Durchleitung von Antennensignalen
durch hochfrequenztechnisch widerstehende Flächen, wie Metallflächen oder
abschirmenden metallischen Mastbewehrungen. Die Größe, Art
und Form der Antennen sind dabei dem Verwendungszweck angepasst.
Dazu kann die Hülle der
Masten 16 auch mehrschichtig ausgelegt werden. Die Nutzung
von Teilen der Metallbewehrung als Antenne oder Spule (für RFID-Technologie) 02 bietet sich
an. Vorstellbar ist es, die gesamte Mastülle als Gruppe oder Array von
Antennen, wie Schlitzstrahlern zur universellen und breitbandigen
Funkübertragung
auszurüsten.
Somit wären
auch elektronisch geregelte Richtwirkungen des Antennenarrays auf bewegte
und mobile Kommunikationsgeräte,
wie in KFZ, möglich.
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Flächenantenenarrays 01 können auf
Satelliten, Flugzeuge oder Ballons ausgerichtet und mit Photvoltaikelementen 01 verknüpft werden.
Ein ensprechendes Modul dient dabei der Ansteuerung der Antennenarrays.
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Die
Kombinationen der Masthülle
und eines Parabols zum Empfang mit Daten, wie IP-Internetdaten zum
Down- oder Uplo ad 27, zum höher gelegenen Objekt 26 mit
zusätzlichen
Eigenschaften des Parabols zum Bündeln
von Sonnenenergie ergibt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform.
Hierbei wird der Parabol zumindest anteilig mehrfach genutzt für eine erste
Parabolfläche 41 für eine Bündelung der
Sonnenenergie und eine zweite Parabolfläche 42 für die Bündelung
der Satellitendaten, wobei die Parabolfläche 41 automatisch
mittels Stellsystem der Sonne nachgeführt werden könnte und
die Strahlung über
einen Umlenkspiegel 43 in eine Mehrkammer-Turbine 44 zur
Eigen-Energieversorgung der Kommunikationszentrale zugeführt wird.
Die Höhe des
Mastes dient somit der Ausbildung eines Luftstromes und dem Antrieb
einer Turbine/eines Generators. Entsprechende Ein- und Austrittsöffnungen für den Luftstrom,
die Frischluft im Mehrkammersystem zur Erzeugung eines optimalen
Luftstromes sind vorgesehen. Denkbar sind weitere Ausführungsformen
zur Doppelnutzung des Parabols z.B. in Kombination mit Photovoltaik
oder anderen Medien für
den Turbinenantrieb. Entsprechende Staub- und Partikelfilter sind
vorgesehen. Die Doppeleigenschaft des Parabols könnte man durch einen mehrschichtigen Aufbau
erreichen. Eine Schicht des Parabols besteht dabei aus einem metallischen
Gitter für
den Satellitenempfang und die andere durchgängige Schicht aus stark Sonnenlicht-
reflektierenden Material.
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Neben
mechanischen und optischen Lösungen
sind Optimierungen der Wegewahl des Datenverkehrs- und Aufkommens
sowie Optimierungen der Sende- und Empfangsverhältnisse gerade bei Benutzung
in einem Kommunikationsnetz zu betrachten. Das Anbindungs- und Funktionskonzept, wie
also jede Kommunikationszentrale Daten erhält, verteilt oder generiert
spielt eine wichtige Rolle. Außerdem
erzeugen bestehende Kommunikationsnetze zum Authentifizieren oder
zur Erstellung der Abrechnungsdaten beachtliche Datenmengen, die
es ebenfalls zu optimieren gilt. Elektronische Sicherheitslösungen zur
Verschlüsselung
gelten ebenfalls als Ressource – beanspruchend.
Dazu kann ein entsprechendes Modul vorgesehen werden. Die Authentifizierungsdaten
der Nutzer können
einem Modul der Kommunikationszentrale vorgehalten werden. Somit
würde kein
unnötiger
Datentransfer zu einem Abrechnungs- und Authentifizierungsserver
erzeugt. Dies würde
man beispielsweise durch den kombinierten Einsatz von symmetrischen
und asymmetrischen Verschlüsselungssystemen
erreichen, wobei die Schlüsselpaare
mit Auswertung durch das Verschlüsselungssystem
die Authentifizierungs- und Abrechnungsfunktion ergeben. Mindestens
einen nicht veränderbaren
digitalen Schlüssel
könnte
sich der Nutzer per USB-Stick mit integrierter Verschlüsselungsfunktion
vom Fachhandel oder über
Auswertungen der Daten vom/zum Handy mit zusätzlicher Verschlüsselungseinheit
beziehen. Der USB-Stick übernimmt
die Verschlüsselung
vom Personalcomputer oder PDA über
Funk zu den Kommunikationszentralen. Sind mehrere Nutzer über das
die Kommunikationszentralen angeschlossen, so können sie verschlüsselt Daten übertragen
und austauschen. Ein Servermodul der Kommunikationszentralen kann die
Verschlüsselung
zum oder aus dem Internet übernehmen.
Dabei selektiert er nach verschlüsselten oder
unverschlüsselten
Daten. Verschlüsselte
Daten leitet er direkt weiter. Die anderen Daten verschlüsselt der
Server.
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Betrachtet
man die Beleuchtungseinrichtung als optimale innerstädtische
Kommunikationseinheit und als relativ unabhängig arbeitende Kommunikationszentrale
(wesentlich unabhängiger
von weiteren Verwaltungseinheiten als in einem herkömmlichen Mobilfunknetzen)
in einem Kommunikationsnetz, so müssen die Daten und insbesondere
der aufkommende Datenverkehr optimiert werden. Es muss eine Optimierung
der Wegewahl des Datentransportes erfolgen. Möchte man beispielsweise mittels
offener Frequenz des ISM-Bandes Daten mit tels wireless-LAN austauschen,
so können
andere Nutzer diesen Datentransport zulässiger Weise stören. Deshalb
muss zusätzlich
die Kommunikationszentrale den Datentransport auf eine andere Verbindung
oder einen anderen Kanal umschalten können. Zur Optimierung der Funk-Sende-
und Empfangsverhältnisse bieten
sich gerade bei den Kommunikationszentralen an, Sende- und Empfangsanlagen
zu splitten. Jede Kommunikationszentrale kann demnach nutzerbezogen
nur als Sende- oder Empfangsanlage wirken und sich außerdem untereinander
testen und entsprechend einer Auswertung optimieren. Außerdem könnte ein
Modul in der Kommunikationszentrale die Antennen elektromechanisch
oder elektrisch, steuer- oder regelbar und adaptiv (über einen
Aktor) ausrichten. Ein Modul der Wegewahl, wie Wechsel der Senderichtung
oder Umschalten zwischen Funk- und Festnetzinternetverbindung der
Daten kann das Lastverhalten des vernetzten Systems auch adaptiv optimieren.
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Möchte man
Mobilfunkstationen untereinander vernetzen, so muss man den Datenverkehr
abführen.
Speziell zu diesem Zweck muss die Art und Weise des Transportes
der Daten so geregelt werden, dass bei geringen Kosten für den Transport, gute
skalierbare Möglichkeiten
zur Anpassen des Datentransportes bestehen. Ein Modul in den Kommunikationszentralen
kann dazu den Datentransport auch adaptiv steuern und regeln. Dabei
sind Funk- und Festnetz, wie auch Laser- und Infrarotverbindungen zu optimieren.
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Die
Kommunikationszentralen können
beispielsweise mit verschiedenen nachfolgend genannten Modulen unterschiedlicher
Anwendungsgebiete ausgerüstet
werden:
Das Modul Peripheriesteuerung hat Anschlussfelder zum
Bereitstellen von Anschlüssen
von Aktoren, Sensoren und kann zum Optimieren oder Anpassen der
Beleuchtungsverhältnisse
in den Straßenbeleuchtungstrassen
ausgelegt werden. Eine Auslegung für Ampelschaltung über Nahbereichsfunk
oder Infrarotschnittstelle wie von Handys, PDA's ist denkbar.
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Das
Modul Terminal hat visuellen und mechanischen sowie elektronischen
Ein- und Ausgabefunktion (Tastatur, Touchscreen) und kann eine Schnellladestation
für mobile
Kommunikationsgeräte wie
Handy, PDA, Armbanduhren über
mechanisch-elektrischen Kontakt oder über elektromagnetischen Kontakt
enthalten.
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Das
Modul Klimadatenerfassung hat Sensoren zur lokalen Erfassung und
Weiterleitung der Klimadaten.
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Das
Modul Biometriedaten mit Funktionseinheiten für Generierung, Erfassung, Auswertung,
Weiterleitung von Fingerabdruck, Gesicht, Iris, Displaydarstellung
von Handys, PDA.
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04 zeigt
ein Beispiel der Optimierung der Wegewahl.
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Das
Modul Optimierung der Wegewahl und des Datenverkehrs besitzt Trennfilter 53 zur
Optimierung des Datenverkehrs bei Nutzung von PLC zu Hauptbaugruppen.
Diese Trennfilter 53 trennen die Daten 58, 59 der
Powerline-Modems 54 (PLC) zwischen den Kommunikationszentralen.
Somit ist jeder Abschnitt zwischen den Kommunikationszentralen 56, 57 bezüglich Datentransfer
und Übertragungsrichtung
optimierbar.
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Die
PLC-Modems 54 sind dazu an einen Switch 54 angeschlossen,
welcher von der Datenverarbeitungseinheit 61 der Kommunikationszentralen den
Datentransfer steuern und regeln kann. Dazu sind die Kommunikationszentralen
mit entspre chenden Modulen entsprechend auszurüsten für die Wegewahl/Modul mit Unterscheidung
mobiler/stationärer
Nutzer. Außerdem
kann die Wegewahl in einem Modul nach Funk- oder Festnetzanbindung,
Kapazität
und Verfügbarkeit,
ggf. mit Splittung der Daten nach verfügbarer Bandbreite erfolgen.
Außerdem kann
die Wegewahl in einem Modul mit Aufteilung in Sende- und Empfangsantenne
zur Optimierung des Funk-, Sende-, Empfangsverhaltens erfolgen,
d.h. sie wirken nutzerseitig mittels Direkt-Link abschnittsweise
nur als Sende- oder
nur als Empfangsanlage (beispielsweise kann nur ein Sender und mehrere Empfänger innerhalb
einer Trasse, Straßenzuges, wobei
diese Eigenschaft je Kommunikationszentrale schaltbar sein). Außerdem kann
die Wegewahl in einem Modul mit Änderung
der Eigenschaften von Antennen, wie der Strahlungscharakteristik
erfolgen. Die Wegewahl in einem Modul kann mit einer elektromechanischen
Ausrichtung (Aktor) von Antennen auf gewünschte geografische oder elektrische
Ziele ausgerichtet werden. Die Wegewahl in einem Modul kann mit
automatischer Ausrichtung auch auf sich fortbewegende Ziele mittels
eines elektronisch gesteuerten Antennenarrays erfolgen.
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Ein
Modul zur Reduzierung und Optimierung des Datenaufkommens kann durch
Funktionseinheiten, wie Hardware und Software zur Komprimierung der
Daten zwischen den Kommunikationszentralen und Modulen sowie Endgeräten eingesetzt
werden. Damit werden weniger Daten übertragen und auch Verschlüsselungssysteme
arbeiten sicherer. Durch zumindest eine temporäre Vorhaltung der Authentifizierungs-
oder Abrechnungsdaten in einem elektronischen Speichern von einem
Modul wird nicht mehr ein entfernter Server zur Authentifizierung
eines Nutzers angefragt.
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Ein
Modul zur Authentifizierung von Nutzern, Abrechnung und zusätzlicher
Verschlüsselung
von Daten kann vollständig
integriert werden, um beispielsweise die Passanten-Maut oder ein
Ticketing einzusetzen. Dazu wertet die Software eines Moduls die
von einem Handy gesendeten Authentifizierungsinformationen (RFID
oder elektronische Signatur) aus und übergibt die Tarifinformationen
an ein elektronisches Bezahlsystem.
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Das
Modul zur Positionsbestimmung und Auswertung beinhaltet Software
zur Auswertung von GPS-Daten der Endgeräte. Es könnte zusätzlich Antennensignale zur
genaueren Positionsbestimmung für
die Endgeräte
mittels bekannter Differenzialmethoden erzeugen und aussenden. Damit
dienen die Kommunikationszentralen zur genaueren Ortsbestimmung
in Kombination mit einem GPS-Signal.
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Das
Modul Fernüberwachung
kann eine Videokamera einschließlich
Fernsteuerung beinhalten und für
die Erkennung eines Einbruchversuchs in die Kommunikationszentrale
zuständig
sein. Dies erfolgt mittels Alarmkontakten an der Serviceöffnung oder durch
Lichtschranken. Eine Diagnose zum Betriebszustand und der Ausrüstung der
Kommunikationszentrale kann per Software an einen Server weitergegeben
werden.
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Das
Modul Auswertung Transponder/RFID dient der Ermittlung der freien
Parkflächen 28 und Datenübermittlung
zur Kommunikationszentrale.
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Das
Modul für
den Betriebszustand und der Stromversorgung kann einen Rückleiter
oder eine Erdung mittels Schalter ausbilden, um damit die Netzart zu
wechseln. Ein externer oder leicht zugänglicher Anschluss für Notstromaggregat,
eine integrierter Brennstoffzelle, oder Medienanschluss für Öle oder Gase
zur Eigen-Energieerzeugung 38 dient der sicheren und vom
Energieversorgungsnetz unabhängigen
Betriebsweise. Das Blitzschutzsystem kann alternativ auch ohne Erdung
der Kommunikationszentrale oder gesteuerter Schaltung der Erdung
vor oder nach oder während
Gewitter oder Gewitterankündigung
(auch Umschaltung der Netzart des Stromversorgungssystems, wie TT,
TNC) mit Einsatz eines Zonen-Blitzschutzsystems und Einsatz eines
Moduls zur Stromversorgung für
die Module beinhalten.
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In
einem Modul werden Abrechnungs- und Bezahlsysteme integriert.
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Das
Modul Katastrophenschutztechnik und Durchsagetechnik beinhaltet
Verstärkertechnik
zum Ansteuern von Sirenen oder Lautsprechern und erlaubt die Einkopplung
von Durchsagedaten zum Beispiel mittels Voice-over-Internetprotokoll
(VOIP)-fähigen
Kommunikationseinrichtungen. Dazu ist es sinnvoll, dem Modul zur
Erreichbarkeit eine separate Internetadresse zuzuordnen. Das Modul
enthält
integrierte Lautsprecher- und Verstärkersysteme für den Einsatzzweck
mit allen zusätzliche
Halterungen, Kabelführungen
und ist ausgelegt für
Einkopplung von Durchsagedaten vom mobilen Gerät, wie vom Handy aus.
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Mit
der Erfindung wird erreicht, dass besonders innerstädtisch genügend potentielle
Mobilfunkstandorte vorhanden sind, sämtliche Systemtechnik integriert
werden kann, die Stromversorgung und die Versorgung mit elektronischen
Daten über
Kupfer- und Lichtwellenleiter, Funk-, Laser, Infrarottechniken im
Strang entlang der sonstigen innerstädtischen Medienkanäle und der
Straßenverläufe integrierbar ist.
Die Antennenarten lassen sich angepasst integrieren, der Aufbau
mittels einem Baukastensystem lässt
sich realisieren. Es besteht die ideale Möglichkeit der redundanten Verteilung
der elektronischen Daten. Die Gesamtheit der Erfindung passt sich
ideal z.B. als Straßenlaterne
in das Stadtbild ein. Die Kommunikations-, Beleuchtungs-, Signal-,
sowie Anzeigetechnik mit zusätzlichen
Merkmalen und Möglichkeiten
ist in einem Kommunikationssystem integriert und läßt sich
durch die Erfindung einheitlich aufbauen, verwalten, sowie steuern
und regeln.
-
- 01
- Photovoltaikelement
kombiniert mit Satellitenantenne
- 02
- Antenne/Spule
für RFID-Technologie
- 03
- Lampenelement
- 04
- Dipol
- 05
- Hohlleiter
- 06
- Schlitzstrahler
- 07
- Antenne
auf Masthülle
- 08
- Gleichstromversorgungseinheit
(in Kartusche)
- 09
- Kontaktelement/erstes
Bussystem
- 10
- Führungs-
und Kontaktschiene/zweites Bussystem
- 11
- Serviceöffnung mit
Alarmkontakt
- 12
- Terminalzonenfeld/Schnellladeeinrichtung
- 13
- Anschluss-
und Sicherungsfeld
- 14
- Fundament
mit Leerrohren
- 15
- Strom-/Datenkabel
je Richtung
- 16
- Mast
(Masthülle)
mit Metall- oder Textilbewehrung und Blitzschutz/Erdung (Blitzschutzzone 01)
- 17
- Kartusche
geschirmt (Blitzschutzzone 2)
- 18
- Kartusche
geschirmt mit Kontakt- oder Kabeldurchführungen für Blitzschutz und Schirmung der
Module (Blitzschutzzone 03)
- 19
- Schlitz
für Kartuschenantenne
und Belüftung
- 20
- Kartuschenantennen
- 21
- erste
Netztopologie
- 22
- zweite
Netztopologie
- 23
- Kommunikationszentralen
Straßenlaternen
- 24
- Parabolspiegel
und Laser-/Ionenkanone
- 25
- Wolke/angeregte
Luftschicht/Reflexionsschicht
- 26
- Flugzeug/Ballon/Satellit – Daten-
bzw. Internetverbindung
- 27
- Verbindung
für Daten
wie IP-Internetdaten zum Down- und/oder Upload
- 28
- Funkkontakt/Datentransfer
von/zu Müllcontainer
oder Parkfläche
- 29
- Bereich
Datenübertragung
mit Luftschichtbeeinflussung
- 30
- dritte
Netztopologie
- 31
- Variante 01 einer
Beleuchtungseinrichtung als 3-Fächer
Lampenmodul und integriertem Parabol
- 32
- Dämpfungsarme,
transparente Antennenabdeckung mit Beleuchtungs- und Anzeigefunktion
- 33
- Internes
Funk-Bussystem
- 34
- Variante 04 als
Beleuchtungseinrichtung mit integriertem, geneigter Parabolfläche
- 35
- frei
- 36
- Variante 02 mit
versetztem Parabol
- 37
- Mehrschichtiger
Parabol mit Nachführung
eines Gerätes
im Brennpunkt
- 38
- Notstromaggregatanschluss/Brennstoffzelle/Medien
zufuhr für Öle/Gase
- 39
- Terminalzone
und Serviceöffnung
- 40
- Variante 03 als
Beleuchtungseinrichtung an Mast mit verteilter Parabolfläche
- 41
- Erste
Parabolfläche
für Bündelung
Sonnenenergie
- 42
- Zweite
Parabolfläche 02 für Bündelung
Satellitendaten
- 43
- Umlenkspiegel
- 44
- Mehrkammer-
Turbine zur Eigen-Energieerzeugung
- 45
- Wellenfeldgekoppelter
Antennenanschluss
- 46
- Mechanisches
Abstimmelement verstellbar
- 47
- Ausbreitungsraum
Wellenfeld
- 48
- Gleichstromversorgungseinheit
- 49
- frei
- 50
- frei
- 51
- Leuchtmittel
eines Lampenelementes 03
- 52
- Stromzuführung
- 53
- Trennfilter
- 54
- PLC-Modem
- 55
- Datenschalter/Datenverteiler
- 56
- Phase
L1 + Daten 1
- 57
- Phase
L1' + Daten 2
- 58
- Daten
2
- 59
- Daten
1
- 60
- Stromquelle
Beleuchtungseinrichtung
- 61
- Datenverarbeitungseinheit
der Kommunikationszentrale