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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Übertragen
von Daten in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Fluggerät.
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Um
Passagieren eines modernen Verkehrsflugzeugs ihren Flug so angenehm
wie möglich
zu gestalten, werden an Bord des Flugzeugs vermehrt verschiedenste
elektronische Unterhaltungsgeräte eingesetzt.
Heutzutage ist es bereits üblich,
dass jedem Passagier klassenunabhängig ein Bildschirm zur Verfügung gestellt
wird, mit dessen Hilfe Filme gesehen oder Spiele gespielt werden
können.
Jeder Passagier kann mittels eines Bediengeräts ein Videoprogramm oder eine
andere Anwendung seiner Wahl einstellen. Zusätzlich ist mit Hilfe eines
mit dem Elektronikgerät
verbundenen Kopfhörers
oder Headsets auch das Wiedergeben von Ton möglich, z.B. der Filmton, Musikprogramme
und dergleichen. Das gesamte Spektrum solcher Funktionen und Anwendungen
wird mit „In-Flight-Entertainment" (IFE) bezeichnet.
Ein weiteres wichtiges und ähnliches
Anwendungsfeld ist die Kommunikation der Passagiere per Telefon
oder Internet an Bord des Flugzeugs. IFE-Anwendungen erfordern das Übertragen
von Video- oder
Audiodaten von einer oder mehreren zentralen Servereinheiten im
Rumpf des Flugzeugs (im Folgenden auch mit dem Begriff „Recheneinheiten" bezeich net) zu je
einer mit den Bildschirmen und sonstigen Wiedergabe- oder Eingabegeräten verbundenen
Elektronik.
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Überwiegend
werden die Video- und Audioprogramme nur in bestimmten Zeitabständen und
für alle
Passagiere synchron gesendet (Broadcast-Verfahren), jedoch wird
ein individuelles Abspielen solcher Programme (On-Demand-Verfahren) als vorteilhaft
empfunden. In seiner Gesamtheit resultiert ein modernes In-Flight-Entertainment-System
eines größeren Passagierflugzeugs
schließlich
in einem sehr hohen Datenaufkommen und erfordert deshalb Datenleitungen,
die ein breitbandiges Übertragen
von Video- und Audiodaten oder dergleichen an eine Vielzahl von
Passagiersitzen realisieren können.
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Zusätzlich zu
der geforderten Datenleitungsbandbreite zu den Passagiersitzen muss
die Kabine eines modernen Verkehrsflugzeugs die Möglichkeit der
raschen Umgestaltung bieten, um sie während eines kurzen Aufenthalts
zwischen zwei Flügen
vollständig
umzukonfigurieren. Ein Umkonfigurieren beinhaltet beispielsweise
das Umordnen der Passagiersitze von einem Drei-Klassen-Layout zu
einem reinen Economy-Layout. Hierzu ist das Verschieben, Einfügen und
Entfernen von Sitzplätzen
erforderlich, die am Kabinenfußboden
in dort eingelassenen Sitzschienen befestigt sind. Beim Entfernen
und Einsetzen eines Passagiersitzes in der Kabine ist ein daher stets
das Trennen und Wiederherstellen eines Datenleitungsanschlusses
notwendig.
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Als
Alternative ist drahtloses Übertragen
von der Rechnereinheit zu den einzelnen Passagiersitzen mittels
herkömmlicher
drahtloser Netzwerkgeräte
mit Sendefrequenzen von 2,4 oder 5 GHz (IEE 802.11a, 802.11b, 802.11g
etc.) zwar möglich,
zum Erreichen der notwendigen Datenbandbreite wären allerdings eine Vielzahl
von Netzwerkzugangsgeräten
(„Access
Points") notwendig,
die aufgrund der nötigen,
vergleichsweise hohen Sendeleistung zu hoher Strahlenbelastung führen. Es
ist zudem nicht auszuschließen,
dass von Passagieren mit in die Flugzeugkabine gebrachte und auf
diesen oder benachbarten Frequenzen funkende Geräte während des Fluges versehentlich
eingeschaltet sind und das drahtlose Netzwerk stören. Ferner ist umstritten,
ob die Strahlenbelastung von Access Points für den Menschen unschädlich ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen oder mehrere
der genannten Nachteile zu mindern oder zu eliminieren. Insbesondere
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur robusten und
flexiblen Datenübertragung
in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Fluggerät, bereitzustellen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Übertragen
von Daten in einem Fahrzeug gelöst,
bei dem eine Recheneinheit Daten an mehrere Sende- und Empfangseinheiten
leitet, bei dem die drahtlosen Sende- und Empfangseinheiten mit
mindestens einem eine Transceivereinheit aufweisenden Elektronikgerät wechselseitig
kommunizieren, und bei dem die Sende- und Empfangseinheiten und
die Transceivereinheit bei einer Betriebsfrequenz von mehr als 30
GHz betrieben werden.
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Das
Verwenden drahtloser Sende- und Empfangseinheiten zum Aussenden
von Daten an Elektronikgeräte
ist vorteilhaft, da die feste Verdrahtung eines Elektronikgeräts entfällt und
dessen räumliche Umpositionierung
einen geringeren Aufwand bedeutet. Eine Transceivereinheit ist als
ein Netzwerkgerät zu
verstehen, das drahtlos mit einer Sende- und Empfangseinheit wechselseitig
kommunizieren kann. Zum Erreichen von höheren Bandbreiten oder zur Bedienung
von mehr Elektronikgeräten
können
jederzeit weitere drahtlose Sende- und Empfangseinheiten an die
datenleitende Einheit angeschlossen werden. Die Netzabdeckung kann
durch individuelles Verteilen von drahtlosen Sende- und Empfangseinheiten
optimiert werden. Durch Verwendung einer Betriebsfrequenz, die deutlich über der
von herkömmlichen
drahtlosen Access Points liegt, kann eine Störung durch beispielsweise tragbare
Computer mit integriertem drahtlosem Netzwerkgerät ausgeschlossen werden. Durch
starkes Erhöhen
der Frequenz sinkt zwar die Reichweite des Signals, jedoch steigt
die erreichbare Bandbreite im Sendebetrieb. Die führt dazu,
dass sich mit drahtlosen Sende- und Empfangseinheiten mit einer
Betriebsfrequenz von mehr als 30 GHz über kurze Distanzen breitbandige Datenübertragungen
bei geringer elektrischer Leistungsaufnahme und dadurch geringer
Strahlungsintensität
realisieren lassen.
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Es
ist denkbar, beispielsweise die Decke einer Kabine eines Flugzeugs
großflächig mit
solchen drahtlosen Sende- und Empfangseinheiten auszurüsten, die
jeweils nur Passagiersitze in ihrer näheren Umgebung erreichen können. Örtlich sind
die Strahlenkonzentrationen geringer als unter Einsatz herkömmlicher
drahtloser Netzwerkzugangspunkte mit einer höheren Strahlungsleistung bei
vergleichbarer Bandbreite, aber höherer Reichweite. Die Beeinträchtigung
der Gesundheit der in unmittelbarer Nähe der Sende- und Empfangseinheiten
befindlichen Personen wird dadurch verringert.
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Es
ist besonders vorteilhaft, eine Betriebsfrequenz im Bereich von
56 GHz bis 64 GHz zu verwenden. Dies stellt derzeit ein mögliches
Optimum in Hinblick auf Herstellungskosten, bereitgestellte Bandbreite
und Baugröße dar.
Bei der Verwendung einer Betriebsfrequenz aus diesem Bereich sind
sehr kompakte Elektronikbausteine realisierbar, bei denen der Sender,
der Sendeverstärker
und weitere Peripherie auf einem einzelnen Siliziumchip angeordnet
sind.
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Besonders
bevorzugt wird je ein Elektronikgerät je einer Sende- und Empfangseinheit
zugeordnet. So kann die Sendeleistung jeder Sende- und Empfangseinheit
durch Beschränkung
der zu übertragenden
Bandbreite und des zu überbrückenden Abstandes
minimiert werden.
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Weiter
bevorzugt wird eine Gruppe von mehreren Elektronikgeräten einer
Sende- und Empfangseinheit
zugeordnet und die Elektronikgeräte
kommunizieren unter Verwendung unterschiedlicher Kanäle wechselseitig
mit der Sende- und Empfangseinheit. Dies resultiert in einer Verringerung
der bereitzustellenden Anzahl an Sende- und Empfangseinheiten und
reduziert die Kosten.
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Bei
einer günstigen
Ausführungsform
sind die Sende- und Empfangseinheiten und das mindestens eine Elektronikgerät ferner
mit Antennen verbunden und/oder weisen Antennen auf, die zur Mehrwegausstrahlung
angepasst sind.
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Dadurch
kann eine einzelne Antenne Datenströme aus mehreren räumlichen
Richtungen empfangen oder aussenden und die Kommunikationseigenschaften
dadurch verbessern.
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Es
ist bevorzugt dass das Elektronikgerät in einen Sitz oder in eine
Gruppe von Sitzen integriert ist. Dadurch ist es möglich, beispielsweise
Daten für Unterhaltungsprogramme
innerhalb des Fahrzeugs an Geräte
zu übertragen,
die einem einzelnen Sitz bzw. Passagier zugeordnet und mit Bildschirmen
und dergleichen verbunden sind. Damit kann jedem Passagier oder
jeder kleinen Gruppe von Passagieren zur Vereinfachung der Datenübertragung
und zur Bereitstellung von Kapazitäten zur Umwandlung von empfangenen
Daten in wiedergebbare Signalformate ein Elektronikgerät zugeordnet
werden. Weiterhin ist das Anordnen des Elektronikgeräts in oder
am Sitz eine platzsparende Lösung,
die weder das Raumangebot für
Passagiere noch Durchgangswege beeinträchtigt.
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Das
Anordnen der Antenne des Elektronikgeräts an der Oberseite einer Rückenlehne
des Sitzes ist günstig,
da so die zu überbrückende Distanz zwischen
einer Sende- und Empfangseinheit an der Decke des Fahrzeugs minimiert
und der Empfang der Datensignale verbessert werden kann.
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Gleichermaßen ist
das Anordnen der Antenne des Elektronikgeräts an der Unterseite einer
Rückenlehne
des Sitzes vorteilhaft, da die zu überbrückende Distanz zwischen einer
beispielsweise am Fahrzeugboden angeordneten Antenne einer Sende- und
Empfangseinheit verringert wird.
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Es
ist überdies
vorteilhaft, die Antenne der Sende- und Empfangseinheiten oberhalb
der Transceivereinheiten anzuordnen, insbesondere an der Fahrzeugdecke.
Dadurch kann eine genaue Ausrichtung der Antennen zu den Antennen
der Elektronikgeräte
erfolgen, um so die Übertragungsqualität zu steigern.
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Weiterhin
ist günstig,
die Antenne der Sende- und Empfangseinheiten unterhalb der Transceivereinheiten
anzuordnen, insbesondere am Fahrzeugboden. In Kombination dicht über dem
Fahrzeugfußboden
angeordneten Antennen von Transceivereinheiten kann die zu überbrückende Distanz weiter
minimiert werden.
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Die
Aufgabe wird weiterhin durch ein System zum Übertragen von Daten in einem
Fahrzeug gelöst,
mit mehreren drahtlosen Sende- und Empfangseinheiten zum Senden
und Empfangen von Daten, mit einer Recheneinheit zum Leiten von
Daten an die Sende- und Empfangseinheiten, mit mindestens einem
eine Transceivereinheit aufweisenden Elektronikgerät zum wechselseitigen
Kommunizieren mit den drahtlosen Sende- und Empfangseinheiten, wobei
die drahtlosen Sende- und
Empfangseinheiten und die Transceivereinheit bei einer Betriebsfrequenz
von mehr als 30 GHz betrieben werden. Die weiteren Merkmale und
Vorteile sind den Ausgestaltungen des Verfahrens zum Übertragen
von Daten in einem Fahrzeug zu entnehmen.
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Die
Aufgabe wird auch gelöst
durch ein Elektronikgerät
zum wechselseitigen drahtlosen Kommunizieren mit einer zugeordneten
Sende- und Empfangseinheit zum Übertragen
von Daten in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Fluggerät, die von einer
Recheneinheit an mehrere Sende- und Empfangseinheiten geleitet werden,
das eine Transceivereinheit umfasst, wobei die Transceivereinheit
bei einer Betriebsfrequenz von mehr als 30 GHz betrieben wird.
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Auch
wird die Aufgabe gelöst
durch eine Sende- und Empfangseinheit zum wechselseitigen drahtlosen
Kommunizieren mit mindestens einem eine Transceivereinheit aufweisenden
Elektronikgerät
zum Übertragen
von Daten in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Fluggerät, die von
einer Recheneinheit an mehrere Sende- und Empfangseinheiten geleitet
werden, wobei die Sende- und Empfangseinheit bei einer Betriebsfrequenz
von mehr als 30 GHz betrieben wird.
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Schließlich wird
die Erfindung durch ein Fahrzeug, insbesondere ein Fluggerät gelöst, das
ein vorangehend geschildertes System zum Übertragen von Daten aufweist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher beschrieben. In den Figuren
werden gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Es
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
in einer schematischen Ansicht;
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2 ein
erfindungsgemäßes Verfahren
als Blockschaltbild.
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In 1 ist
schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Übertragen
von Daten beispielhaft anhand einer Passagierkabine eines Flugzeugs
gezeigt.
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Mehrere
Passagiersitze 2 sind auf dem Fußboden 4 der Kabine
angeordnet und in nicht näher dargestellten
Sitzschienen in vorgegebenen Positionen abhängig von der betreffenden Passagierklasse arretiert.
Die Passagiersitze 2 sind in gehobeneren Klassen überwiegend
einzeln positionierbar und arretierbar. In preiswerteren Klassen
werden jedoch üblicherweise
mehrere Passagiersitze 2 zu Sitzgruppen zusammengefasst
und stets gemeinsam in der Kabine platziert.
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Jeder
Passagiersitz 2 bzw. jede Gruppe von Passagiersitzen 2 weist
ein Elektronikgerät 6 auf,
das mit einer zentralen Recheneinheit 8 im Flugzeug kommuniziert
und Daten übertragen
kann. Pro Passagiersitz 2 ist ein Bildschirm 10 mit
einem zugehörigen
Elektronikgerät 6 zur
Bildwiedergabe verbunden, wobei der Bildschirm 10 häufig an
der Rückenlehne eines
frontal anschließenden
Passagiersitzes 2 angeordnet ist. Zusätzlich werden für jeden
Passagiersitz 2 üblicherweise
ein Kopfhöreranschluss
und ein Bediengerät
(nicht gezeigt) bereitgestellt. Das Elektronikgerät 6 ist
insbesondere zum Empfangen von Video- und Audiodaten des In-Flight-Entertainment-Systems
und deren Umwandlung in ein vom Bildschirm 10 und/oder
einem Kopfhörer
wiedergebbares Signal ausgerüstet.
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Die
zentrale Recheneinheit 8 ist in diesem Beispiel etwas konkreter
eine Servereinheit 8, die Audio- und Videodaten für das In-Flight-Entertainment bereithält. Die
Audio- und Videodaten können
beispielsweise in Form von digitalen Film- und Tondaten realisiert sein. Diese
Daten werden bevorzugt als digitale Daten bereitgestellt, da sie
aufgrund ihrer Eigenschaften relativ unempfindlich gegenüber Störungen sind,
eine gleichbleibende Bild- und Tonqualität ermöglichen und zudem leicht gespeichert
oder ausgetauscht werden können.
Als Alternative zum kontinuierlichen Übertragen der Daten ist auch
das einmalige Übertragen
in Verbindung mit Speicherung in den Elektronikgeräten 6 möglich. Die
Umwandlung in für die
angeschlossenen Geräte
wiedergebbare analoge oder digitale Formate erfolgt üblicherweise
in den Elektronikgeräten.
Denkbar sind weitere Arten von Daten, die etwa bewegte Landkarten
zur Ortsinformation repräsentieren
oder auch das Ausführen
von Spielprogrammen zur Unterhaltung ermöglichen.
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Zum Übertragen
der Daten von der Servereinheit 8 an die Elektronikgeräte 6 ist
die Servereinheit 8 über
Leitungen 12 mit drahtlosen Sende- und Empfangseinheiten 14 verbunden.
Die Sende- und Empfangseinheiten 14 sind mit sehr kompakten drahtlosen
Access Points vergleichbar. Die in der Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung verwendete Betriebsfrequenz beträgt mehr als 30 GHz und liegt bevorzugt
in einem Bereich von 56 GHz bis 64 GHz.
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Zum
Empfangen der von den Sende- und Empfangseinheiten 14 ausgestrahlten
Daten ist für jedes
Elektronikgerät 6 ein
entsprechendes Netzwerkgerät
(im folgenden auch „Transceiver" genannt) erforderlich.
Mit Hilfe eines Netzwerkgeräts
können die
Elektronikgeräte 6 mit
den Sende- und Empfangseinheiten 14 und damit mit der Servereinheit 8 drahtlos
kommunizieren. Bevorzugt werden die Passagiersitze 2 mit
den Elektronikgeräten 6 so
ausgestaltet, dass jedem Elektronikgerät 6 eine exklusive Sende-
und Empfangseinheit 14 zugeordnet wird, so dass jeder Passagiersitz 2 bzw.
jede Gruppe von Passagiersitzen 2 eine Sende- und Empfangseinheit 14 in
unmittelbarer (Sicht-) Entfernung besitzt.
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Durch
Verwenden dieser Betriebsfrequenz wird bei deutlich geringerer Leistungsaufnahme
als bei herkömmlicher
WLAN-Technik (IEEE 802.11a, 802.11b, 802.11g) eine höhere Bandbreite
erreicht. Aufgrund der bei dieser Frequenz hohen Absorptionsrate
von Sauerstoff tritt eine starke Dämpfung auf und die Reichweite
des ausgestrahlten Signals sinkt in den Bereich weniger Meter. Zum Herstellen
einer optimalen Netzabdeckung in der Passagierkabine ist daher eine
Vielzahl an Sende- und Empfangseinheiten 14 notwendig,
die bevorzugt großflächig an
der Decke der Passagierkabine angeordnet sind. Die sich in der geringen
Leistungsaufnahme widerspiegelnde geringe Strahlungsleistung führt folglich
zu einer deutlich geringeren örtlichen
Strahlenbelastung in unmittelbarer Nähe einer Sende – und Empfangseinheit 14 und
damit auch zu einer deutlich geringeren Belastung der Gesundheit
der Passagiere durch die Strahlungsfolgen. Alternativ können die
Sende- und Empfangseinheiten 14 auch großflächig im
Fußbodenbereich
angeordnet werden, wodurch die zu überbrückende Distanz verkürzt und
Störungen durch
Objekte und Personen vermindert werden können.
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Aufgrund
der geforderten Vielzahl von drahtlosen Sende- und Empfangseinheiten 14 und
der damit verbundenen Vielzahl von Anschlussleitungen ist es sinnvoll, örtlich mehrere
Sende- und Empfangseinheiten 14 zusammenzufassen, indem
sie sternförmig
an einen gemeinsamen Verteiler 16 (Netzwerkswitch oder
dgl.) angeschlossen sind. Die Verteiler 16 mehrerer Gruppen
von Sende- und Empfangseinheiten werden über jeweils eine einzige Leitung 12 mit
der Servereinheit 8 ebenfalls sternförmig verbunden.
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Durch
Verwenden von Sende- und Empfangseinheiten 14 mit einer
Betriebsfrequenz von ungefähr
60 GHz sind die auftretenden Wellenlängen recht gering. Die erforderliche
Größe der verwendeten
Sendeantenne ist folglich ebenfalls gering. Demnach ist es leicht
möglich,
kleine und flache Antennen mit den Elektronikgeräten 6 zu verbinden
und in die Passagiersitze 2 zu integrieren. Denkbar ist
das Einnähen,
Einschweißen
oder Einstecken von Antennen in die Polsterung der Rückenlehne
der Passagiersitze 2. Bevorzugt sind die Antennen jeweils
an der Oberseite der Rückenlehne
des Passagiersitzes 2 angeordnet, um die zu überbrückende Distanz
zur zugeordneten Sende- und Empfangseinheit 14 zu minimieren.
Das Anordnen einer Empfangsantenne auf der Oberseite der Rückenlehne
eines Passagiersitzes 2 verringert zusätzlich die Wahrscheinlichkeit eines
versehentlichen Abdeckens oder einer Abschattung des empfangenen
Signals. Durch diese Maßnahmen
kann die notwendige Sendeleistung und damit die Strahlenbelastung
stark begrenzt werden.
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Eine
mögliche
Erweiterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
erfolgt dahingehend, dass die Kapazität der verwendeten Sende- und
Empfangseinheiten 14 durch Ausnutzung von Mehrwegausbreitungseigenschaften
der ausgestrahlten Signale zusätzlich
gesteigert werden kann. Beispielsweise werden dazu die Sende- und
Empfangseinheiten 14 mit Antennen ausgestattet, die verschiedene
Datenströme
auf gleicher Frequenz, jedoch in unterschiedliche Richtungen aussenden
können.
Durch Reflexion von Signalen an der metallenen Außenhaut
des Flugzeugs können
alternative Ausbreitungswege der ausgestrahlten Signale zu den Antennen
der Passagiersitze 2 entstehen und genutzt werden. Außerdem können Frequenzen
aufgrund der beschränkten Reichweite,
die deutlich unterhalb einer üblichen Flugzeugkabinenlänge liegt,
innerhalb der Flugzeugkabine in ausreichend voneinander beabstandeten Bereichen
wiederverwendet werden.
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2 verdeutlicht
das erfindungsgemäße Verfahren
der vorliegenden Erfindung. Zunächst
leitet eine Recheneinheit Daten an mehrere Sende- und Empfangseinheiten 14 (Verfahrensschritt
dargestellt durch Bezugszeichen 18 in 2).
Die Sende- und Empfangseinheiten 14 senden nun die Daten
aus (20); die von mindestens einem Elektronikgerät 6 empfangen
(22) werden. Das Senden und Empfangen der Daten erfolgt
unter Verwendung einer Frequenz, die über 30 GHz und bevorzugt in
einem Bereich von 56 GHz bis 64 GHz liegt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Übertragen
von Daten, insbesondere in Fluggeräten bereit, das sich durch mehrere
vorteilhafte Merkmale auszeichnet. Das Verwenden einer drahtlosen
Datenübertragungsverfahrens
eliminiert die Notwendigkeit, kabelgebundene Datenverbindungen herzustellen.
Besonders in Passagierkabinen eines modernen Verkehrsflugzeugs würde die
drahtgebundene Datenübertragung dem
Erfordernis rascher Umkonfigurierbarkeit der Sitzanordnung zuwider
laufen. Eine drahtlose Datenübertragung
mit herkömmlichen
und weit verbreiteten Geräten
nach dem IEE 802.11a, 802.11b oder 802.11g-Standard würde zu einer
erhöhten
Strahlenbelastung der Passagiere führen. Das Verwenden von Sende-
und Empfangseinheiten, die auf einer wesentlich höheren Frequenz,
z.B. 60 GHz betrieben werden, benötigen weniger elektrische Leistung, senken
die Strahlenbelastung der Passagiere und stellen gleichzeitig eine
große
Bandbreite für
die Datenübertragung
bereit. Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf
Sende- und Empfangseinheiten mit 60 GHz-Betrieb, es sind alle Sende-
und Empfangseinheiten einsetzbar, die eine Frequenz gleicher Größenordnung
oder wesentlich höher
verwenden.