Ist elektromagnetisches Rauschen ein Hindernis für das Internet der Dinge?

Inzwischen sind viele Exemplare in Bezug auf mögliche Möglichkeiten zur Implementierung des Internet der Dinge zusammengebrochen. Ja, und die Realisierbarkeit selbst verursacht viele Fragen und Streitigkeiten. Nach den Bemühungen der Hersteller ist das Internet der Dinge jedoch eher wahrscheinlich als nicht. Hier gibt es jedoch ein anderes technisches Problem: Das Internet der Dinge ist a priori ein verteiltes drahtloses Netzwerk, das durch elektromagnetische Verschmutzung durch unzählige Geräte und Kabel stark und unvorhersehbar beeinträchtigt werden kann.

Die städtische Umgebung ist mit Quellen elektromagnetischer Wellen gefüllt. Geräte, Gadgets und sogar Drähte haben ihre eigenen elektromagnetischen Felder, deren Parameter von den Betriebsarten der Geräte und dem Lastniveau abhängen. Übereinandergelegt erzeugen sie in unseren Häusern und auf den Straßen eine unvorhersehbare radiomagnetische Kakophonie.

Leistungsstarke Transformatoren, Stromleitungen und Kontaktkabelnetze für öffentliche Verkehrsmittel können unsere Funkgeräte und Fernseher stark stören und die Qualität der Mobilkommunikation beeinträchtigen. Es kommt vor, dass selbst die Aufnahme eines Haushaltsgeräts zu Störungen auf dem Fernsehbildschirm führt.

In den Geräten um uns herum finden Sie Relais, Steckverbinder und Elektromotoren, die elektromagnetische Störungen verursachen. Selbst Automotoren tragen zur Schaffung eines konstanten elektromagnetischen Hintergrunds in Städten bei. Prozessoren und Displays zahlreicher Geräte senden schwache Wellen aus. Hochspannungs "Vorschaltgerät" von Leuchtreklamen "Phonit" in einem weiten Bereich des Spektrums. Werkzeugmaschinen und Geräte für die Produktion, Aufzüge, Schweißmaschinen, Relais, Generatoren und sogar einfache Lichtschalter - all dies schafft ein „lebendiges“, pulsierendes Medium aus Wellen verschiedener Frequenzen.

Die mit der elektromagnetischen Verschmutzung verbundenen Probleme können in vier Kategorien unterteilt werden:

• Die Erhöhung der Kosten für die Bereitstellung drahtloser Systeme sowie die Verkürzung der Dauer mobiler Geräte.
• Zahlreiche Interferenzen in verschiedenen Spektralbändern.
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Das Internet der Dinge wird die Situation verschlimmern. Viel schlimmer. Es wird unzählige Geräte geben, die drahtlos mit dem Internet verbunden sind: Türschlösser, Beleuchtung, Schalter, Haushaltsgeräte, unsere Autos und vielleicht sogar unsere Körper. Jedes dieser Geräte ist eine potenzielle Quelle für elektromagnetische Verschmutzung. Technisch gesehen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, um dieses Problem zu lösen. Dies impliziert jedoch die Komplexität der Gerätedesigns und deren Kosten.

Informationen über Russland konnten nicht gefunden werden, und in den USA wurde zuletzt in den 1970er Jahren eine grundlegende Studie zur elektromagnetischen Verschmutzung durchgeführt, als das Institut für Telekommunikationswissenschaften (ITS) eine groß angelegte Studie über das US-amerikanische Funkspektrum veröffentlichte.

Erst 1927, mit der Erfindung des Verfahrens zur Unterdrückung von Funkwellen, wurde es möglich, gleichzeitig mit laufendem Motor im Auto Radio zu hören. Bis Ende der 1930er Jahre hatten 20% aller Autos in den Vereinigten Staaten integrierte Funksysteme.

Im Rahmen einer Studie am ITS in den 60-70er Jahren. Es wurden groß angelegte Messungen der Emissionen von Fahrzeugen durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass in vielen Modellen die Rauschunterdrückung so unvollkommen war, dass elektromagnetisches Rauschen mehrere Blöcke von seiner Quelle entfernt aufgezeichnet wurde.

Heute gibt es in jedem Auto ein Radio, und das Problem mit Störungen ist seit langem gelöst. In den 1960er Jahren erschienen „leisere“ Lichtmaschinen, später ersetzten Injektoren die Vergaser. Elektronische Schalter ersetzten "laute" Relais. So nutzen wir problemlos Smartphones und Radio, während wir in der Kabine sitzen.

Ähnliche Prozesse haben sich auf unsere Häuser und Arbeitsplätze ausgewirkt. Eine einfache Glühlampe, die früher eine große Menge elektromagnetischen Rauschens erzeugte, ist jetzt viel "leiser" geworden. Drahtlose Module in Gadgets sind im Laufe der Zeit ebenfalls komplexer geworden.

Das Problem des elektromagnetischen Rauschens wird jedoch immer wichtiger. Trotz der Tatsache, dass die meisten Geräte weniger Geräusche verursachten, nahm die Menge der Geräte selbst erheblich zu.

Moderne Geräte reagieren besonders empfindlich auf elektromagnetische Verschmutzung. Mobile Geräte sollten mit minimalem Stromverbrauch und maximaler Funktionalität betrieben werden. Dies bedeutet, dass bereits ein geringer Geräuschpegel die Kommunikationsqualität erheblich beeinträchtigen kann.

Unerwünschte Strahlung kann absichtlich in das Design des Geräts selbst eingebettet werden. Beispielsweise erhitzen Mikrowellenwellen in einer Mikrowelle nicht nur Lebensmittel, sondern strahlen auch in den umgebenden Raum, wodurch die elektromagnetische Verschmutzung erheblich erhöht wird. Geräusche können aufgrund einer teilweisen Fehlfunktion des Geräts auftreten, beispielsweise aufgrund einer Mikrobeschädigung des Erdungsschirms bei der Isolierung eines Hochspannungssystems.

Solche Probleme führen plötzlich zu spontanen Strahlungsstößen mit unvorhersehbaren Frequenzen und an unbekannten Orten. Die Grafik zeigt einige Muster der elektromagnetischen Verschmutzung , die für verschiedene städtische Standorte charakteristisch sind: Die



umgekehrte Abhängigkeit des Geräuschpegels von der Frequenz ist darauf zurückzuführen, dass Schaltnetzteile umso lauter sind, je niedriger die Frequenz ist.

Nehmen Sie zum Beispiel die Übertragungsleitungsstrahlung aufgrund einer beschädigten Isolierung. In den USA, wo die Netzfrequenz 60 Hz beträgt, tritt elektromagnetisches Rauschen entweder bei einer Frequenz von 60 Hz (alle 16,7 ms) oder 120 Hz (alle 8,3 ms) auf. Dies liegt daran, dass bei der maximalen negativen oder positiven Spannung (60 Hz) oder bei jeder von ihnen (120 Hz) ein "Rausch" -Puls auftritt. Dies gibt Anlass zu der Annahme, dass Rauschen entweder von der Übertragungsleitung oder dem daran angeschlossenen Gerät erzeugt wird. Die häufigste Ursache für elektromagnetische Störungen unter 1 GHz ist das Netz selbst.

Ein weiteres Beispiel für eine Geräuschquelle mit einem charakteristischen „Muster“ sind Mikrowellenherde. Haushaltsmikrowellen können 2,4 GHz Frequenzrauschen abgeben. Alle Arten von Geräten mit geringem Stromverbrauch nutzen diesen Teil des Spektrums aktiv: Empfänger von drahtlosen „Mäusen“, schnurlose Festnetztelefone und WLAN. Viele andere Elektrogeräte, einschließlich Ladegeräte für Smartphones, Tablets und Laptops, verfügen über Schaltnetzteile, die Hunderte von Kilohertz-Geräuschen in den Harmonischen der Netzschaltfrequenz erzeugen.

Nehmen wir an, dass elektromagnetisches Rauschen den Signalempfang eines Smartphones beeinträchtigt. Wie kann man herausfinden, was die Ursache ist? Ohne spezielle Geräte - auf keinen Fall. Sie schreiben es einfach an irgendetwas ab, auch an einen schlechten Anbieter, aber nicht an elektromagnetische Verschmutzung an diesem Ort.

Normalerweise kann man nicht vorhersagen, wie moderne Funksender mit ihren exotischen digitalen Modulationsschemata im Falle eines Defekts oder einer Störung funktionieren. Ältere Systeme sind jedoch viel vorhersehbarer. Darüber hinaus können automatische Fehlerkorrektursysteme den Effekt von Interferenzen für den Benutzer vollständig unsichtbar machen. Tatsächlich ist das einzige Anzeichen für eine Störung heute möglicherweise eine schnellere Entladung des Akkus Ihres Smartphones.

Um das Problem zu lösen, müssen Sie eine Vielzahl von Statistiken sammeln. Wir müssen bestimmen, wo elektromagnetisches Rauschen am häufigsten auftritt, bei welchen Frequenzen, was die Quelle ist. Wir brauchen Beispiele aus verschiedenen Regionen mit der obligatorischen Angabe, welche Art von Ausrüstung für Messungen verwendet wurde, wie die Wetterbedingungen, die Landschaft, die Entfernung von Gebäuden und vieles mehr waren.

Wenn eine solche relevante Datenbank für verschiedene Länder existieren würde, könnten theoretisch viele Standards, die in einer Reihe von Branchen existieren, überprüft werden. Wie Sie wissen, ist dies jedoch für viele Unternehmen mit hohen Kosten verbunden. Darüber hinaus wird es sehr schwierig sein, ein Gleichgewicht zwischen den Kosten und der Wirksamkeit solcher Änderungen zu finden.

Auf jeden Fall muss der Ansatz der staatlichen Regulierungsbehörden in diesem Bereich überprüft werden. Heute beschäftigen wir uns nur noch mit der Wirkung der Strahlung aller Arten von Funksendern, einschließlich Mobiltelefonen und der Infrastruktur von Mobilfunkbetreibern. Und elektromagnetisches Rauschen wird von allen ignoriert, obwohl es möglicherweise viel schädlicher sein könnte.

Die staatlichen Regulierungsbehörden müssen dieses Problem lösen. Zumindest unter dem Gesichtspunkt der Verschlechterung der Kommunikationsqualität mit zunehmender Belastung desselben Teils des Frequenzspektrums. Wir sind bereits stark von drahtlosen Kommunikationssystemen abhängig, und in Zukunft wird diese Abhängigkeit zunehmen und zunehmen. Daher müssen Ingenieure neue Geräte entwickeln, die auf den Bedingungen hoher elektromagnetischer Verschmutzung basieren.

Das Problem wird sich nur mit dem Aufkommen einer zunehmenden Anzahl von Geräten verschärfen, die immer mehr Frequenzfrequenzen verwenden. Es gibt keine universellen Technologien oder Tricks zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen. Schließlich kann es viele Gründe für sein Auftreten geben. Es ist möglich, dass gerade aufgrund der elektromagnetischen Verschmutzung viele Internet-of-Things-Benutzer von dieser Technologie enttäuscht sind und die ersten Produkte zu einem unverdient schlechten Ruf führen.

Source: https://habr.com/ru/post/de386873/