Análise de ruído e simulação de enlace em comunicações através da terra

Abstract

Este trabalho apresenta a modelagem e análise do ruído existente em comunicações através da terra, do inglês Through-The-Earth (TTE), considerando modelos analíticos e medições realizadas em minas subterrâneas. A partir desta análise, verificamos que o ruído existente em comunicações através da terra é composto pelo ruído atmosférico e pelo ruído antrópico. O ruído atmosférico difere do ruído Gaussiano tradicional, visto que ele é dado pela soma de uma componente Gaussiana, gerada a partir de descargas elétricas distantes ao receptor, e de uma componente impulsiva, gerada a partir de descargas elétricas próximas ao receptor. Já o ruído antrópico é proveniente de linhas de transmissão de potência ou de equipamentos existentes na mineração, sendo composto por harmônicos, que possuem sua amplitude, fase e frequência instantânea variando pelo tempo. Após o estudo e caracterização do ruído existente em comunicações através da terra, propusemos um filtro digital adaptativo notch IIR, do inglês Infinite Impulse Response, para contornar a variabilidade da frequência de operação do sistema elétrico e de seus harmônicos, a fim de possibilitar a mitigação destes harmônicos de uma forma mais eficaz, possibilitando assim uma melhoria no desempenho de sistemas de comunicação através da terra. Como contribuições originais neste trabalho, calculamos a capacidade restrita do canal considerando entradas binárias equiprováveis e a presença do ruído atmosférico, verificando o impacto da componente impulsiva. Além disso, analisamos a variabilidade da frequência instantânea do ruído antrópico e como o ambiente de mineração pode afetar comunicações através da terra. E por fim, simulamos o enlace de comunicações TTE, considerando um modelo de canal já estabelecido na literatura e a presença dos ruídos atmosférico e antrópico. Nesta simulação, implementamos métodos estabelecidos na literatura para mitigação de harmônicos e comparamos os resultados com o filtro digital adaptativo proposto, alcançando uma maior robustez à variação da frequência instantânea ao utilizar o filtro adaptativo proposto.