O ruído eletromagnético é um obstáculo para a Internet das coisas?

Muitas cópias estão sendo desfeitas em relação a possíveis maneiras de implementar a Internet das coisas. Sim, e a capacidade de realização em si causa muitas perguntas e disputas. No entanto, a julgar pelos esforços dos fabricantes, é mais provável que a Internet das coisas seja do que não seja. Mas aqui existe outro problema de natureza técnica: a Internet das coisas é a priori uma rede sem fio distribuída, que pode ser fortemente e imprevisivelmente afetada pela poluição eletromagnética criada por inúmeros dispositivos e fios.

O ambiente urbano está cheio de fontes de ondas eletromagnéticas. Dispositivos, gadgets e até fios têm seus próprios campos eletromagnéticos, cujos parâmetros dependem dos modos de operação dos dispositivos e do nível de carga. Sobrepostas, elas criam em nossas casas e nas ruas uma cacofonia radiomagnética imprevisível.

Transformadores poderosos, linhas de energia, fios de contato de transporte público podem causar forte interferência em nossos rádios e televisões e degradar a qualidade das comunicações móveis. Acontece que mesmo a inclusão de um eletrodoméstico leva a interferências na tela da TV.

Nos equipamentos à nossa volta, você pode encontrar relés, conectores e motores elétricos que criam ruído eletromagnético. Até os motores de automóveis contribuem para a criação de um fundo eletromagnético constante nas cidades. Processadores e displays de vários aparelhos emitem ondas fracas. "Lastro" de alta voltagem dos sinais de néon "fonito" em uma ampla faixa do espectro. Máquinas-ferramentas e dispositivos utilizados na produção, elevadores, máquinas de solda, relés, geradores e até simples interruptores de luz - tudo isso cria um meio pulsante "vivo" a partir de ondas de várias frequências.

Os problemas associados à poluição eletromagnética podem ser divididos em quatro categorias:

• O aumento no custo da implantação de sistemas sem fio, além de reduzir a duração dos dispositivos móveis.
• Numerosas interferências em várias bandas espectrais.
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A Internet das coisas vai piorar a situação. Muito pior. Existem inúmeros dispositivos conectados à Internet sem fio: fechaduras, iluminação, interruptores, eletrodomésticos, nossos carros e talvez até nossos corpos. Cada um desses dispositivos é uma fonte potencial de poluição eletromagnética. Tecnicamente, há um grande número de maneiras de resolver esse problema, mas isso implica na complexidade do design do dispositivo e no seu custo.

Não foi possível encontrar informações sobre a Rússia, e nos Estados Unidos um estudo fundamental da poluição eletromagnética foi realizado pela última vez na década de 1970, quando o Instituto de Ciências de Telecomunicações (ITS) publicou um estudo em larga escala do espectro de rádio dos EUA.

Somente em 1927, com a invenção do método de suprimir ondas de rádio, tornou-se possível ouvir o rádio no carro simultaneamente com o motor ligado. No final da década de 1930, 20% de todos os carros nos Estados Unidos tinham sistemas de rádio integrados.

Como parte de um estudo na ITS nos anos 60-70. foram realizadas medições em larga escala das emissões emitidas pelos veículos. Verificou-se que em muitos modelos a redução de ruído era tão imperfeita que o ruído eletromagnético foi registrado a vários blocos de sua fonte.

Hoje existe um rádio em todos os carros, e o problema de interferência já foi resolvido. Nos anos 60, surgiram alternadores mais “mais silenciosos”; depois, injetores substituíram os carburadores. Os interruptores eletrônicos substituíram os relés "ruidosos". Então, usamos smartphones e rádio sem problemas enquanto estamos sentados na cabine.

Processos semelhantes afetaram nossas casas e empregos. Uma simples lâmpada incandescente, que costumava produzir uma grande quantidade de ruído eletromagnético, agora ficou muito "mais silenciosa". Os módulos sem fio nos dispositivos também se tornaram mais sofisticados ao longo do tempo.

No entanto, o problema do ruído eletromagnético está se tornando cada vez mais importante. Apesar do fato de a maioria dos dispositivos começar a criar menos ruído, a quantidade de equipamentos em si aumentou significativamente.

Os aparelhos modernos são especialmente sensíveis à poluição eletromagnética. Os dispositivos móveis devem operar com consumo mínimo de energia, mantendo a funcionalidade máxima. E isso significa que mesmo um pequeno nível de ruído pode afetar significativamente a qualidade da comunicação.

A radiação indesejada pode ser intencionalmente incorporada no design do próprio dispositivo. Por exemplo, em um microondas, as ondas de microondas não apenas aquecem os alimentos, mas também irradiam para o espaço ao redor, aumentando significativamente o nível de poluição eletromagnética. O ruído pode ocorrer devido a um mau funcionamento parcial do dispositivo, por exemplo, como resultado de microdanos à blindagem de aterramento no isolamento de um sistema de alta tensão.

Tais problemas levam a explosões espontâneas de radiação, subitamente, com frequências imprevisíveis e em locais desconhecidos. O gráfico mostra alguns padrões de poluição eletromagnética típicos para diferentes localidades urbanas: A



dependência inversa do nível de ruído na frequência se deve ao fato de as fontes de alimentação de comutação serem mais ruidosas quanto menor a frequência.

Pegue, por exemplo, a radiação da linha de transmissão devido ao isolamento danificado. Nos Estados Unidos, onde a frequência da rede é de 60 Hz, o ruído eletromagnético ocorrerá na frequência de 60 Hz (a cada 16,7 ms) ou 120 Hz (a cada 8,3 ms). Isso se deve ao fato de um pulso de "ruído" ocorrer na tensão máxima negativa ou positiva (60 Hz) ou em cada um deles (120 Hz). Isso justifica a argumentação de que o ruído é gerado pela linha de transmissão ou pelo dispositivo conectado a ela. A causa mais comum de ruído eletromagnético abaixo de 1 GHz é a própria rede elétrica.

Outro exemplo de fonte de ruído com um “padrão” distinto são os fornos de microondas. Os fornos de microondas domésticos podem emitir ruído de frequência de 2,4 GHz. Todos os tipos de dispositivos de baixa energia estão usando ativamente essa parte do espectro: receptores de "mouses" sem fio, telefones fixos sem fio e Wi-Fi. Muitos outros aparelhos elétricos, incluindo carregadores para smartphones, tablets e laptops, possuem fontes de alimentação comutadas que produzem centenas de ruídos de quilohertz nos harmônicos da frequência de comutação de energia.

Vamos supor que o ruído eletromagnético degrada a recepção do sinal por um smartphone. Como descobrir qual é a causa? Sem aparelhos especiais - de jeito nenhum. Você simplesmente escreve isso para qualquer coisa, mesmo para um fornecedor ruim, mas não para a poluição eletromagnética neste lugar.

Geralmente, não se pode prever como os transmissores de rádio modernos, com seus esquemas exóticos de modulação digital, funcionarão em caso de defeito ou falha. Mas sistemas mais antigos são muito mais previsíveis. Além disso, os sistemas automáticos de correção de erros podem tornar o efeito da interferência completamente invisível para o usuário. De fato, o único sinal de interferência atualmente pode ser uma descarga mais rápida da bateria do seu smartphone.

Para começar a resolver o problema, você precisa coletar uma enorme variedade de estatísticas. Devemos determinar onde o ruído eletromagnético ocorre com mais frequência, em que frequências, qual é a fonte. Precisamos de exemplos de diferentes regiões com a indicação obrigatória de que tipo de equipamento foi usado para medições, quais foram as condições climáticas, a paisagem, a distância de edifícios e muito mais.

Se um banco de dados relevante existisse para diferentes países, teoricamente, muitos padrões existentes em vários setores poderiam ser revistos. Mas isso, como você sabe, está associado a altos custos para muitas empresas. Além disso, será muito difícil encontrar um equilíbrio entre o custo e a eficácia dessas mudanças.

Definitivamente, a abordagem dos reguladores estaduais nessa área precisa ser revista. Hoje, estamos preocupados apenas com o efeito da radiação de todos os tipos de transmissores de rádio, incluindo telefones celulares e a infraestrutura de operadoras móveis. E o ruído eletromagnético é ignorado por todos, embora possa ser potencialmente muito mais prejudicial.

Os reguladores estaduais devem resolver esse problema. Pelo menos do ponto de vista da deterioração da qualidade da comunicação com o aumento da carga na mesma parte do espectro de frequências. Já somos fortemente dependentes de sistemas de comunicação sem fio e, no futuro, essa dependência crescerá e se expandirá. Portanto, os engenheiros terão que criar novos dispositivos com base nas condições de alta poluição eletromagnética.

O problema só será exacerbado com o advento de um número crescente de dispositivos que usam cada vez mais frequências de espectro. Não existem tecnologias ou truques universais para suprimir o ruído eletromagnético. Afinal, pode haver muitas razões para sua ocorrência. É possível que, exatamente por causa da poluição eletromagnética, muitos usuários da Internet das Coisas fiquem desapontados com essa tecnologia, criando os primeiros produtos com má reputação imerecidamente.

Source: https://habr.com/ru/post/pt386873/