Rede de Rádio Digital de Segurança Publica: Estudo de Caso Para a Copa do Mundo de futebol em Belo Horizonte / Radio System Project to Fifa World Cup at 2014

8/8/2019 Rede de Rdio Digital de Segurana Publica: Estudo de Caso Para a Copa do Mundo de futebol em Belo Horizonte

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CENTRO UNIVERSITARIO DE BELO HORIZONTE

DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA

CRISTIANO TORRES DO AMARAL

REDE DE RDIO DIGITAL DE SEGURANA PBLICA:

ESTUDO DE CASO PARA A COPA DO MUNDO DE FUTEBOL

EM BELO HORIZONTE

BELO HORIZONTE

2010


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CRISTIANO TORRES DO AMARAL

REDE DE RDIO DIGITAL DE SEGURANA PBLICA:

ESTUDO DE CASO PARA A COPA DO MUNDO DE FUTEBOL

EM BELO HORIZONTE

Trabalho apresentado banca examinadora doTrabalho Final de Curso do curso de Graduao emEngenharia de Telecomunicaes do CentroUniversitrio de Belo Horizonte UNI-BH, comorequisito parcial obteno do ttulo de Bacharel.

Orientador: Prof. MSc. Pedro Jos Rosa de Oliveira

BELO HORIZONTE

2010


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CENTRO UNIVERSITRIO DE BELO HORIZONTE

Departamento de Cincias Exatas e de Tecnologia

Campus Estoril

Trabalho Final de Concluso de Curso intitulado Rede de Rdio Digital de

Segurana Pblica: Estudo de Caso para a Copa do Mundo de Futebol em

Belo Horizonte, de autoria do aluno Cristiano Torres do Amaral, aprovado

pela banca examinadora constituda pelos seguintes professores:

__________________________________

Prof. Msc. Pedro Jos Rosa de Oliveira

Orientador

__________________________________

Prof. Msc. Joo da Rocha Medrado Neto

__________________________________

Profa. Msc. Vanessa Cristina Lopes Santos

Belo Horizonte, 06 de dezembro de 2010.


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DEDICATRIA

minha linda e inteligente filha Marina...


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AGRADECIMENTOS

Aos meus pais que me concederam o dom da vida e sabedoria necessria para

superar todos os desafios;

Polcia Militar de Minas Gerais, em especial ao amigo e Chefe, Coordenador

dos Cursos Tcnicos de Formao Militar e Engenheiro Eletricista Coronel

Adilson de Oliveira Prado, que me proporcionou o incentivo necessrio para

superar todos os obstculos em minha carreira profissional e acadmica;

Motorola do Brasil, em especial aos Diretores Bruno Nowak e Mrcio

Albuquerque, que prestigiaram a apresentao deste trabalho no Centro

Universitrio de Belo Horizonte e gentilmente apresentaram relevantes

sugestes para ampliao destes estudos junto ao Mestrado em Engenharia

Eltrica da Universidade Federal de Minas Gerais;

Ao meu Professor Orientador, Pedro Rosa, que confiou em meu trabalho na

produo deste texto e revisou-o de maneira minuciosa para que pudesse ser

apresentado com segurana ao UNIBH.


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Em tudo dai graas, porque esta a vontade

de Deus em Cristo Jesus para convosco

( I Tessalonicenses 5:18)


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RESUMO

Este trabalho tem por objetivo geral a anlise de viabilidade de implantao de

um sistema de rdio digital para utilizao pelas foras de segurana pblica

de Belo Horizonte durante a Copa do Mundo de Futebol de 2014. Para tanto,

este trabalho foi estruturado para obter, ao final, um projeto da rede de rdio

digital, sendo formatado em quatro captulos: o primeiro descreve os objetivos,

justificativas e metodologia do trabalho; o segundo captulo estabelece a

concepo da soluo, descrevendo os aspectos tericos que sustentam o

projeto, como parmetros da tecnologia escolhida e suas particularidades

tcnicas para implementao em Belo Horizonte; para, em seguida, o terceiro

captulo apresentar o projeto bsico, propondo a rede de rdio digital para

segurana pblica na Copa de 2014. Ao final, so apresentadas as

consideraes finais deste estudo, analisando os resultados obtidos e

propondo estudos futuros.

Palavras-Chave: Predio, Radiocomunicao, TETRA.


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ABSTRACT

This study aims at examining the overall feasibility of implementing a digital

radio system for use by the public security forces in Belo Horizonte during the

World Cup Soccer 2014. Therefore, this study was structured to obtain the final

design of a digital radio network, and is formatted into four chapters: the first

describes the objectives, justifications, and methodology of work, the second

chapter provides the design solution, describing the theoretical aspects that

underpin the project, as parameters of the chosen technology and its technical

details for implementation in Belo Horizonte, for then the third chapter shows

the basic design, offering the digital radio network for public safety in the 2014

World Cup. Finally, it is present the final considerations of this study, analysis of

the results and future studies.

Keywords: Prediction, Radiocommunication, TETRA.


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 1 Copa do Mundo de Futebol 11

Figura 2 Seleo da Copa do Mundo de 2014 13

Figura 3 Permetro de Segurana para a Copa de 2014 em Belo Horizonte 14

Figura 4 Rdio Transceptor Analgico VHF 15

Figura 5 Etapas do Planejamento da Rede de Radiocomunicao 20

Figura 6 Comunicao Two-WayLMR 23

Figura 7 Rdio Troncalizado 25

Figura 8 Lista de Especificaes do Padro TETRA 29

Figura 9 Pgina da Associao TETRAMoU 30

Figura 10 Busca de Documento Tcnico TETRA no Stio da ETSI 32

Figura 11 Equipamento TETRA pelo Exrcito Alemo 33

Figura 12 Equipamentos TETRA dos Jogos Pan-Americanos de 2007 34

Figura 13 Diagrama de Ligao da Rede dos Jogos Pan-Americanos de 2007 35

Figura 14 Formatao dos Quadros de Voz + Dados TDMA/TETRA 38

Figura 15 Formatao dos Blocos Voz + Dados TDMA/TETRA 46

Figura 16 Processo de Chamada Individual TETRA V+D 47

Figura 17 Protocolos de Comunicao da Rede TETRA V+D 48

Figura 18 Mtodo de Modulao /4DQPSK 49

Figura 19 Diagrama de Ligao da Rede TETRA V+D 51

Figura 20 Autenticao da Estao Mvel na Rede TETRA V+D 54

Figura 21 Estao Base TETRA 60

Figura 22 Disposio das Estaes Base TETRA 61

Figura 23 Handover TETRA 62

Figura 24 Disposio das Estaes Base TETRA 63

Figura 25 Diagrama em Blocos da Estaes Fixa TETRA64


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Figura 26 Diagrama em Blocos do Processador CML/TETRA 66

Figura 27 Diagrama em Blocos do CODEC-CML/TETRA 67

Figura 28 Antena e Fonte de Alimentao da Estao Fixa 68

Figura 29 Antena da Estao Mvel Veicular 70

Figura 30 Teste do Modo de Economia de Energia da Estao Porttil 72

Figura 31 Equipamentos Comerciais TETRA 73

Figura 32 Topologia de Cluster com 7 Clulas 81

Figura 33 rea de Cobertura Desejvel da Rede de Rdio na Copa de 2014 84

Figura 34 Cobertura da Clula do Entorno do Mineiro Base para Mvel 87

Figura 35 Cobertura da Clula do Entorno do Mineiro Mvel para Base 88

Figura 36 Topologia da Rede TETRA para a Copa de 2014 90

Figura 37 Localizao das Estaes Base no Entorno do Mineiro 94

Figura 38 Modelo de Estrutura Bsica para as Estaes Base 95

Figura 39 Antenas para as Estaes Base e Fixas 97

Figura 40 Torre de Telecomunicao 97

Figura 41 Tabela de Cabos 98

Figura 42 Modelo de Conectores 99

Figura 43 Combinador Multibanda 100

Figura 44 Rofftop - Antenas Sobre a Edificao 101

Figura 45 Shelter/Abrigo para Estaes Base 102

Figura 46 Sistemas de Energia Reserva 105

Figura 47 Protetores Eltricos 106

Figura 48 Kit para Montagem da Malha de Aterramento 107

Figura 49 Estrutura do Gateway TETRA 108

Figura 50 Centro de Coordenao e Controle 110

Figura 51 Estao de Despacho de Rdio 111


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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Nveis de interoperabilidade 31

Tabela 2 Classificao de Eficincia Espectral dos Padres de Rdio DigitalExistentes no Mercado Mundial 40

Tabela 3 Descrio das Camadas da Rede TETRA 45

Tabela 4 Algoritmo de Encriptao TETRA 53

Tabela 5 Funes do Microcontrolador na Estao Fixa TETRA 65

Tabela 6 Parmetros Utilizados para Dimensionamento do Trfego 78

Tabela 7 Canais Disponveis para Licenciamento 79

Tabela 8 Coordenao de Freqncias 81

Tabela 9 Pontos Crticos de Segurana em Belo Horizonte 82

Tabela 10 Parmetros Utilizados para Predio 88

Tabela 11 Pontos Sugeridos para Instalao de Estaes Base 91

Tabela 12 Caractersticas dos Componentes da Linha de Transmisso eSistema Irradiante 100

Tabela 13 Caractersticas de Carga dos Abrigos Principal e Adjacente 103

Tabela 14 Total do Investimento no Projeto 112


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LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AC Centro de autenticao sigla em ingls

ACELP Codificador com Predio Linear Excitado com Cdigo AlgbricoADC Analgico para DigitalANATEL Agncia Nacional de TelecomunicaesBR Rdio Base sigla em inglsBSC Controladora de estaes base sigla em inglsBSCH Canal de Sincronismo de Broadcasting sigla em inglsBSS Subsistema de estaes base sigla em inglsBTS Estao base transceptora sigla em inglsCCC Centro de Coordenao e ControleCCK Requisio de Autenticao Comum sigla em inglsCMCE Entidade de controle do modo de circuito sigla em inglsCOPOM Centro de Operaes Policiais MilitaresDAC Conversor Digital para AnalgicoDCK Requisio Dinmica de Autenticao sigla em inglsDMO Modo de operao direto na rede TETRA sigla em inglsEEM Modo de Economia de Energia sigla em inglsEIR Registro de identificao de equipamento sigla em inglsEMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa AgropecuriaESMR Sistema Ampliado de Rdio Mvel Especializado sigla em inglsETSI Instituto Europeu de Padronizao de Telecomunicaes sigla em

inglsFDMA Acesso mltiplo por diviso de freqncia sigla em inglsFIFA Federao Internacional das Associaes de Futebol sigla em francsFIFO Primeiro a Entrar Primeiro a Sair sigla em inglsFS Estao Fixa sigla em inglsGCK Grupo de Usurios Domstico sigla em inglsGMSC Canal de acesso ao Centro de Roteamento dos Mveis sigla em inglsGPS Sistema de Posicionamento Global sigla em ingls.GSM Sistema global para comunicao mvel sigla em inglsHDB Banco de Dados Local sigla em inglsHDV Banco de Dados de Visitantes sigla em inglsHLR Registro local domstico sigla em ingls

HT Hand-TalkKS Chave de encriptao sigla em inglsLLC Controle de acesso mdio sigla em inglsLS Estao de linha sigla em inglsLMR Rdio Mvel Territorial sigla em inglsLTR Rdio Troncalizado Lgico sigla em inglsMAC Controle de acesso mdio sigla em inglsMM Gerenciamento de mobilidade sigla em inglsMS Estao mvel sigla em inglsMSC Centro de roteamento dos mveis sigla em inglsNSS Subsistema de roteamento e rede sigla em ingls

NTIA Agncia Nacional de Administrao de Telecomunicaes e Informaonorte-americana sigla em ingls


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ONU Organizao das Naes UnidasOSI Organizao de Padronizao InternacionalOTAR Processo de mudana de chave de encriptao pela interface area

sigla em inglsPD Pacote de dados sigla em ingls

PAMR Rdio Mvel de Acesso Pblico sigla em inglsPMR Rdio Mvel Profissional - sigla em ingls.QPSK Modulao por chaveamento diferencial de quadratura de amplitude e

fase sigla em inglsRAND1 Nmero aleatrio criado na autenticao da rede TETRARES Resultado do processamento de autenticao na rede TETRARF RadiofreqnciaRS Assinatura de referncia na rede TETRAR1 Validao da autenticaoRX RecepoSAFECOM Departamento de Gesto das Comunicaes de Segurana dos Estados

Unidos sigla em inglsSCH Canal de Sinalizao sigla em inglsSCK Encriptao Esttica sigla em inglsSIM-Card Carto de identificao de usurio sigla em inglsSLMP Servio Limitado Mvel PrivativoSMR Rdio mvel especializado sigla em inglsSRTM Shuttle Radar Topography MissionSwMI Infraestrutura de Gerenciamento e RoteamentoTA Algoritmo de encriptao TETRA sigla em inglsTDMA Acesso mltiplo por diviso de tempo sigla em inglsTETRA Rdio Troncalizado Terrestre sigla em ingls.TETRAMoU Memorando de Entendimento TETRA sigla em inglsTMO Operao em modo troncalizado na rede TETRA sigla em inglsTSC Controladora de Stio sigla em inglsTX TransmissoUSGS United States Geological SurveyV+D Voz e dados na rede TETRAVLR Registro local de visitantes sigla em inglsVS Estao Veicular sigla em inglsXRES1 Resultado de conferncia para autenticao na rede TETRA


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SUMRIO

1. Introduo 11 1.1 Objetivos 17 1.2 Hipteses 17 1.3 Justificativas 18 1.4 Metodologia 18

1.5 Organizao do Trabalho 212. A Tecnologia de Rdio Digital TETRA 22

2.1 Histrico 22 2.2 Interface Area e Gesto do Espectro 36 2.2.1 Interface Area 36 2.2.2 Gesto do Espectro 43 2.3 Modulao e Criptografia 44 2.3.1 Modulao 48 2.3.2 Criptografia 51 2.4 Equipamentos TETRA 57 2.4.1 Estao Base 58 2.4.2 Estao Fixa 64 2.4.3 Estao Mvel Veicular 69 2.4.4 Estao Mvel Porttil 70 2.4.5 Equipamentos Comerciais 72

3. Projeto da Rede Digitalizada 74

3.1 Dimensionamento das Estaes Base 77 3.2 Anlise da rea de Cobertura 82 3.3 Levantamento dos Pontos de Repetio 89 3.4 Estrutura dos Stios de Estaes Base 95 3.4.1 Sistema Irradiante 95 3.4.2 Abrigos 102 3.4.3 Sistema Eltrico 103

3.5 Centro de Coordenao e Controle 1074. Consideraes Finais 112

Referncias Bibliogrficas 114


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Captulo 1

Introduo

A primeira Copa do Mundo de Futebol foi realizada em 1930 no Uruguai, sendo

proposta pelo presidente da Federao Internacional das Associaes de Futebol

(FIFA sigla em francs), Jules Rimet (1873-1956), durante a realizao do

congresso anual da entidade, em 1928, em Amsterd, Holanda.

A competio pioneira foi organizada com participao de 16 selees

convidadas, sem a disputa de eliminatrias continentais tal como ocorre

atualmente. Desde ento, o torneio passou a ocorrer a cada quatro anos em

pases diferentes, com exceo aos perodos de 1942 e 1946, isso em funo da

suspenso ocorrida pela Segunda Guerra Mundial (Barretto Filho, 2009).

Figura 1 1 Copa do Mundo de Futebol

Fonte: FIFA, 2010.

(a) Pster do 1 Campeonato Mundial

de Futebol da FIFA

(b) Jules Rimet entrega a Taa ao Representante

da Equipe Vencedora - Uruguai


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A Copa do Mundo de Futebol da FIFA um dos maiores eventos

esportivos do mundo, comparando-se apenas s Olimpadas. Atualmente, existe

a antecedncia mnima de 06 anos para escolha do pas sede, sendo este, o

prazo necessrio para adaptao e desenvolvimento da infraestrutura e servios

para o evento nas cidades-sedes. De acordo com a sistemtica atual de escolha

dessas cidades, o pas interessado, submete FIFA a sua candidatura, por meio

de sua federao de futebol nacional.

O documento de submisso candidatura do pas sede contm um projeto

bsico, indicando possveis cidades-sedes, apoiado em um Caderno de

Encargos, documento no qual so definidas as necessidades bsicas do evento

e comprometimento com as exigncias da entidade internacional organizadora.

Nessa proposta so detalhadas as responsabilidades relacionadas ao

atendimento de emergncia, alimentao, capacidade de acomodao hoteleira,

meio ambiente, sade, transporte, infraestrutura esportiva e, principalmente,

segurana pblica (Barretto Filho, 2009).

Aps a entrega da proposta do pas candidato, so realizadas visitas de

inspeo por representantes da FIFA, para avaliao do projeto e, ao final, so

votados os projetos de candidatura. Eventualmente, se algum item da proposta

submetida no for aprovado nessa inspeo, a FIFA elimina automaticamente a

candidatura do pas interessado (Barretto Filho, 2009).

O Brasil o nico pas que j participou de todas as edies do evento, no

entanto, sediou apenas um campeonato, em 1950. Entretanto, em 30 de outubro

de 2007, o Brasil teve sua proposta para sediar a Copa do Mundo de Futebol

aceita e, em 31 de maio de 2009, a FIFA divulgou as 12 cidades-sedes do evento:


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Figura 2 Seleo da Copa do Mundo de 2014Fonte: FIFA, 2010.

No Caderno de Encargos aceito pela FIFA para o Brasil esto previstos

cenrios nos quais esto includas as 12 cidades-sedes e, entre essas cidades,

Belo Horizonte. Nesse documento so considerados o entorno e toda uma

infraestrutura de suporte ao evento. Entre algumas exigncias, destacam-se a

limitao de acesso ao local das partidas em um raio de cerca de 2 km; proibiode estacionamento em via pblica (vias principais de acesso e ao permetro

bloqueado); controle de identificao das pessoas nas vias de acesso ao estdio;

e rotas com faixas de circulao exclusiva para veculos de emergncia e

policiamento (Barretto Filho, 2009).

No caso de Belo Horizonte, os Governos Federal, Estadual e Municipalesto atuando conjuntamente para essa interveno, especialmente no segmento

de Segurana Pblica, prevendo a instalao de cmeras digitais de

monitoramento, controle de acesso eletrnico e um grande projeto de mobilidade

urbana para a cidade (Lacerda, 2009).

De acordo com os nmeros iniciais, o projeto de mobilidade urbana ecidade segura devem alcanar investimentos na ordem de 2,5 milhes de reais

(a) Seleo do Brasil (b) Seleo das 12 Cidades-Sedes


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(Lacerda, 2009). Esses projetos visam disponibilizar a infraestrutura necessria

para estabelecer um permetro de segurana durante o evento:

Figura 3 Permetro de Segurana para a Copa de 2014 em Belo HorizonteFonte: Lacerda, 2009.

Tal como ocorreu na Copa da Alemanha, em 2006, nesse permetro de

segurana das cidades-sedes, so esperadas cerca de 3 milhes de pessoas, as

quais devem se alojar e deslocar para participarem do evento. Essas pessoas so

turistas e/ou prestadores de servios temporrios (comerciantes, jornalistas,

mdicos, etc.). A manuteno da segurana dessas pessoas nesse permetro

ser realizada por uma estrutura especfica de policiamento ostensivo, o qual

dever se estabelecer nessa rea delimitada, e seu entorno, antes, durante e

depois do evento (Lacerda, 2009).

Para tanto, a estrutura policial existente dever ser adaptada a essa

(a) Vias de Acesso de Municipais (b) Vias de Acesso Metropolitanas


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realidade, expandindo e re-elaborando os recursos humanos e logsticos que

sero empregados. Nessa anlise, inicialmente, verifica-se que as comunicaes

das foras de defesa social devero ser priorizadas, uma vez que sero

essenciais para a realizao das tarefas de coordenao e controle que devero

ser implementadas para a garantia da Segurana Pblica nesse evento

(Anastasia, 2009).

Nessa discusso verifica-se que o sistema de comunicao atual est

baseado em uma plataforma de rdio analgica na faixa de Very High Frequency

(VHF) que foi instalado a partir da dcada de 1970. Trata-se de um sistema

obsoleto e vulnervel, no qual interceptaes e interferncias esto susceptveis

s estaes de rdio que integram essa rede de defesa social (Molinaro, 2005). A

Figura 4, abaixo, apresenta um modelo de rdio transceptor analgico utilizado

pelas foras de segurana no Brasil:

Figura 4 Rdio Transceptor Analgico VHFFonte: Motorola Inc.

Para superar esse dficit por comunicaes mais seguras durante eventos

internacionais, bem como seu cotidiano no enfrentamento ao crime organizado,


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as foras brasileiras de defesa social esto investindo em sistemas de

comunicaes baseadas nas plataformas de rdio digital. Nesses sistemas, alm

dos canais de voz digitalizados, tambm so utilizados tele-servios de

criptografia, monitoramento automtico de frota de veculos por satlite

(GPS/AVL), envio e recebimento de mensagens de textos, entre outros servios

adicionais que tornam mais eficientes e eficazes o trabalho de gesto da

segurana em grandes eventos internacionais.

No entanto, a digitalizao nesse segmento no representa uma inovao

tecnolgica de Rdio Mvel Profissional (PMR sigla em ingls), mas ao

contrrio, uma defasagem tecnolgica que vai sendo suprida a cada grande

evento internacional, seja no Brasil ou no mundo. Em 2007, um sistema de rdio

digital foi instalado no Rio de Janeiro, o qual adotou o padro Terrestrial Trunked

Radio(TETRA) para apoiar as comunicaes de segurana pblica durante a 15

edio dos jogos Pan-americanos na capital carioca (ANATEL, 2007).

No ano seguinte, esse mesmo padro foi escolhido para a 24 edio dos

jogos olmpicos de Beijing, na China (RRMAG, 2008). Em ambas as metrpoles

globais, os sistemas de comunicao de segurana pblica encontravam-se

defasados tecnologicamente, operando, em sua grande maioria, com uma

plataforma analgica na faixa de VHF.

Considerando esse retrospecto tecnolgico, durante a preparao para a

Copa do Mundo de Futebol de 2014, em Belo Horizonte, estudos nesse sentido

no seriam diferentes. Para tanto, este trabalho almeja contribuir nessa

discusso, sendo delimitado pelas reas temticas de comunicaes mveise

infraestrutura de telecomunicaes. Alm disso, ele apresenta uma proposta de


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mensagens e s interferncias, portanto, no seriam apropriadas para

utilizao pelas foras de defesa social durante a Copa do Mundo de

Futebol de 2014;

ii) As comunicaes com rdio digital possuem recursos de criptografia e

apresentam-se mais robustas s interceptaes e interferncias nas

mensagens, portanto, uma rede de rdio digital seria mais adequada

para uso pelas foras de defesa social durante a Copa do Mundo de

Futebol;

iii) A instalao de uma rede de rdio digital de segurana pblica

apresentar-se-ia vivel para a Copa do Mundo de Futebol de 2014.

1.3 Justificativas

Este trabalho se justifica pela relevante contribuio tcnica junto sdiscusses de adequao, modernizao e preparao da infraestrutura de

segurana pblica no pas para um dos maiores eventos internacionais que

devero ocorrer na capital mineira nos prximos anos.

Alm disso, esse trabalho poder subsidiar outros estudos nesse segmento

que, de maneira direta ou indireta, tambm devem colaborar para a modernizao

tecnolgica dos rgos de segurana Ps-Copa do Mundo, servindo de maneira

mais eficiente e eficaz a sociedade.

1.4 Metodologia

Segundo Molinaro (2005:28), o projeto de uma rede de rdio para

segurana pblica deve seguir trs passos bsicos: (i) planejamento; (ii) execuo


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e (iii) gerncia. De acordo com essa premissa, e as limitaes impostas para a

realizao deste projeto, este trabalho limita-se s discusses da etapa de

planejamento da rede de rdio digital. Essa limitao refere-se impossibilidade

de aquisio dos equipamentos, sua instalao e administrao, isto ,

atribuies das etapas de execuo e gerncia respectivamente.

Nesse sentido, estudo de caso dever apresentar as etapas relativas ao

planejamento do projeto da rede de rdio digital, seguindo os passos abaixo:

a) Etapa de Anlise do Problema;

b) Etapa de Concepo da Soluo;

c) Especificao Tcnica do Projeto.

De acordo com as etapas acima elencadas, a primeira fase do projeto se

inicia com a anlise do problema, isto , delimitao do permetro de segurana, a

rea de cobertura desejada e a sua respectiva demanda por comunicaes para o

evento, as quais foram descritas no texto introdutrio.

Em seguida, ser definida a tecnologia a ser adotada e a soluo mais

apropriada para o caso de Belo Horizonte. Por fim, o projeto ser descrito por

meio de uma especificao tcnica bsica.

Essas etapas tambm foram propostas por Toskala (2004:186) por meio de

um fluxograma de planejamento estratgico, com entradas, sadas e parmetros

de coordenao e controle. Esse fluxograma pode ser avaliado na Figura 5, a

seguir:


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Figura 5 Etapas do Planejamento da Rede de RadiocomunicaoFonte: Adaptado de Toskala (2004:186).

Nesse planejamento do projeto, as entradas so definidas pela rea de

cobertura desejada no permetro de segurana para a Copa de 2014, a

capacidade de terminais estimada para o evento e os requisitos de qualidade

desejveis. De acordo com essas entradas ser feito um dimensionamento da

rede a partir do planejamento da capacidade/cobertura e o desempenho da rede

esperado.

Nesse esquema de etapas de projeto, o produto final ser obtido com a

descrio da rede, por meio da seleo dos locais de stios de repetio,

configurao/topologia da rede, rea de cobertura e qualidade de servio. Ainda

assim, tambm so estabelecidas metas de desempenho e parmetros de

medio para o planejamento adequado do projeto.


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1.5 Organizao do Trabalho

Nesse sentido, este trabalho foi estruturado para obter, ao final, o projeto

da rede de rdio digital em quatro captulos, sendo o primeiro descritivo dos

objetivos, justificativas e metodologia; o segundo captulo estabelece a concepo

da soluo, descrevendo os aspectos tericos que sustentam o projeto, como

parmetros da tecnologia escolhida e suas particularidades tcnicas para

implementao em Belo Horizonte; para, em seguida, o terceiro captulo

apresentar o projeto bsico, propondo a rede de rdio digital para segurana

pblica na Copa de 2014. Ao final, so apresentadas as consideraes finais

deste estudo, analisando os resultados obtidos e propondo estudos futuros.


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Captulo 2

A Tecnologia de Rdio Digital

Troncalizado Terrestre (TETRA)

Neste captulo sero discutidos os aspectos tericos que sedimentam o projeto

para a rede de rdio digital de segurana pblica que poder ser utilizada durantea Copa do Mundo de Futebol de 2014, em Belo Horizonte.

Nesse sentido, o texto foi estruturado de maneira a descrever tecnicamente

a soluo tecnolgica proposta, detalhando suas particularidades e destacando

os argumentos que justificam a sua escolha.

Para tanto, ao longo deste captulo, ser feito um breve resgate histrico da

tecnologia TETRA para, em seguida, analisar a interface area, gesto do

espectro, modulao digital e criptografia do padro de rdio troncalizado. Por fim,

so descritas as especificaes recomendveis para os equipamentos da rede,

considerando a segmentao da infraestrutura em dois subsistemas, sendo um

composto por Estaes Fixas e Mveis, e o outro, de Estaes Base TETRA e

seus enlaces de interconexo.

2.1 Histrico

Os sistemas de comunicao da era moderna tm evoludo significativamente nos

ltimos anos, principalmente com o advento das tcnicas de modulao digital.

No final dos anos 60, os segmentos pblicos e particulares que desejavam se


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comunicar em uma rea geogrfica especfica utilizavam redes analgicas

privativas de Rdio Mvel Territorial (Two-Way LMR adaptado da sigla em

ingls). Nesses sistemas, as comunicaes so feitas em canais com pares de

freqncias fixas para transmisso e recepo das mensagens, em que a estao

transmissora ocupa totalmente o canal, enquanto a receptora reproduz a

mensagem do canal half-duplex1(Harte, 2003). A Figura 6, a seguir, apresenta o

croqui de uma rede Two-Way LMR, onde uma estao mvel transmite em

145,73MHz e as demais, por meio do repetidor, recebem a mensagem em

150,33MHz:

Figura 6 Comunicao Two-WayLMR

1 Na comunicao simplex a estao transmissora envia para todas as estaes da rede asmensagens, sem a possibilidade de retorno das mensagens enviadas pelas estaes receptoras.Esse sistema o mesmo utilizado pelas emissoras de rdio comercial AM e FM e telemensagens(paging). Por sua vez, na comunicao half-duplexa estao transmissora envia as mensagens e,se desejar, a estao receptora pode usar o canal de comunicao ao final do recebimentocompleto da mensagem. Na rede que possui canais half-duplex, as estaes possuem umdispositivo que possibilita o envio das mensagens apenas quando a estao de origem no estrecebendo nenhuma mensagem da rede ou a de destino no est transmitindo. Esse dispositivo oAperte para Falar (Push-to-Talk original em ingls) que faz o chaveamento entre o circuitoreceptor e transmissor da estao. Esse sistema utilizado pelos rgos de segurana pblica eoutras entidades pblicas e privadas. No caso do envio e recebimento de mensagenssimultaneamente, as estaes da rede utilizam canais full-duplex, isto , que possuem pares de

freqncia dedicados, onde existe uma freqncia para transmitir as mensagens e outra parareceber simultaneamente. Esse sistema utilizado, entre outros segmentos, na telefonia celular(Harte, 2004).


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O sistema da Fig. 6 era frgil, pois a cobertura ficava limitada a rea de

atendida pelo stio de repetio dos sinais das estaes mveis e fixas. Alm

disso, as comunicaes estavam passveis de interceptaes clandestinas, uma

vez que as comunicaes trafegam em pares de freqncias fixas sem qualquer

tipo de proteo (Harte, 2003).

Considerando esses fatores, na dcada de 70, na Amrica do Norte, foram

desenvolvidos os sistemas de Rdio Mvel Especializado (SMR sigla em

ingls), onde vrios stios de repetio foram instalados em uma grande rea

territorial para ampliar a cobertura da rede. Entretanto, nesse sistema a repetidora

utiliza no um, mas vrios rdios repetidores, que recebem as mensagens das

estaes mveis e fixas, e retransmitiam simultaneamente em diferentes pares de

freqncia (Harte, 2004).

Nesse processo de comutao instantnea entre o receptor e o

transmissor, os equipamentos seguem uma seqncia lgica que compartilhada

com todas as outras estaes da rede para acesso mltiplo por diviso de

freqncia dos canais disponveis (FDMA). Dessa maneira, as estaes sabem

em qual freqncia devem transmitir e receber num determinado instante de

tempo. De acordo com Harte (2004) essa tecnologia ficou conhecida como Rdio

Troncalizado Lgico (LTR adaptado do sigla em ingls).

Essa tcnica utiliza o mesmo conceito das centrais telefnicas pblicas

comutadas, o qual serve para comutao entre troncos e ramais. Trata-se de um

sistema Troncalizado de Rdio (Trunking) que pode ser observado na Figura 7,

a seguir. Nesse exemplo, existem dois grupos que acessam dinamicamente cinco

repetidores controlados eletronicamente. Os repetidores enviam para as estaes


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a sinalizao indicando qual repetidor est disponvel e as estaes mveis

acessam a rede de acordo com essa alocao dinmica. No exemplo abaixo, as

estaes mveis de dois grupos de usurios (X e Y) utilizam pares de

freqncias distintas para acessarem repetidores alocados dinamicamente pelo

controlador central.

Figura 7 Rdio Troncalizado

Os sistemas troncalizados analgicos evoluram por diferentes caminhos

tecnolgicos, entre esses, o Sistema Ampliado de Rdio Mvel Especializado

(ESMR adaptado do ingls). Na Europa, concomitantemente, o Ministrio de

Correios e Telgrafos do Reino Unido publicou a normatizao 1327 para

designar seu protocolo de rdio troncalizado. Esse protocolo de rdio analgico

recebeu o nome de MPT -1327 (Stavroulakis, 2007).

Todos esses avanos ajudaram os clientes das redes de comunicaes

privadas a obter maior cobertura e acesso de suas estaes, no entanto, todas


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essas mensagens continuavam vulnerveis. Isso ocorre porque, no sistema

troncalizado, basta obter a seqncia lgica de comutao da central

controladora, isto , entender o funcionamento do protocolo de comutao, para

reconstruir esse processo na estao clandestina e resgatar as mensagens da

rede (Jones, 2002).

Ainda assim, outro aspecto que tambm chamava a ateno no sistema

troncalizado analgico SMR est ligado ao fato dele utilizar pares de freqncias

para comunicao entre duas estaes com acesso mltiplo em freqncia

(FDMA). Trata-se de um fator complicador para a ampliao dessas redes, uma

vez que o espectro de rdio est limitado aos diferentes servios de

telecomunicaes, entre esses, o prprio SMR (Jones, 2002).

Essas dificuldades foram paulatinamente superadas com a implementao

das tcnicas de modulao digital desenvolvidas ao longo dos anos 60 e 70.

Foram introduzidas novas tcnicas no final dos anos 80 e que permitiram o

desenvolvimento de processos para compactar as mensagens e proteg-las

contra interceptaes clandestinas com sistemas de criptografia (Stavroulakis,

2007).

De acordo com a recomendao ITU-R M 2.014/1998, o grande diferencial

de um sistema de rdio troncalizado est centrado na possibilidade de

implementao de seus diversos tele-servios, tcnicas de modulao e

criptografia, bem como a sua eficincia na gesto dos recursos de infraestrutura

e, especialmente, do espectro eletromagntico disponvel. Essas so

condicionantes sine qua non para instalao eficiente de uma rede de rdio

troncalizada.


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Alm disso, segundo Ketterling (2004), Redl (1998) e Stavroulakis (2007),

os sistemas de rdio digital troncalizados devem possuir recursos integradores

para seus usurios, como possibilitar a formao de grupos de chamadas entre

as estaes mveis; centrais de atendimento e despacho; autenticao,

capacidade e trfego diferenciados; bem como cobertura e plano de freqncia

dedicados e exclusivos.

Trata-se de uma necessidade emergente, que j na transio dos anos 80

e 90 mostrava-se latente. Essa lacuna tecnolgica se fez presente porque os

padres de telefonia mvel existentes naquele perodo no eram compatveis com

as demandas dos servios de telecomunicaes existentes e os padres de rdio

troncalizado vigentes no atendiam as exigncias por segurana e privacidade

das comunicaes. De acordo com Ketterling (2004), Redl (1998) e Stavroulakis

(2007), ainda hoje, esses parmetros no so contemplados pelas redes de

telefonia mvel contemporneas.

Assim, no incio dos anos 90, empresas e organismos de pesquisa de

tecnologia em Rdio Mvel Profissional (PMR sigla em ingls) se associaram

para desenvolver um padro aberto de rdio troncalizado com modulao digital.

Esse grupo de empresas e institutos de pesquisa desejava criar um padro

de rdio digital troncalizado com o intuito de se transformar em uma tecnologia de

Rdio Mvel de Acesso Pblico (PAMR sigla em ingls), isto , que atendesse

os requisitos de uma tecnologia PMR e, ao mesmo tempo, estivesse disponvel

para todas as empresas interessadas em fabricar e comercializar (Stavroulakis,

2007).


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Esse padro foi desenvolvido e foi denominado Rdio Troncalizado

Terrestre (TETRA - Terrestrial Trunked Radio). Esse padro passou a utilizar

inovadoras tcnicas de modulao digital, e ainda, considerando a possibilidade

de integrao com os sistemas convencionais PMR legados e redes de telefonia

pblica mvel e fixa comutada.

O mercado PMR variado, compreendendo uma ampla faixa de

usurios. O mercado total PMR e PAMR na Europa em 1996

compreende 4,5 milhes de terminais de rdio. (Webb, 1999: 108)

Nesse mercado destacam-se as empresas com frota de estaes mveis

(taxis, empresas de energia, gs e outras), construo civil, naval e companhias

de petrleo. No entanto, a estratgia dos desenvolvedores do padro era atingir o

grande filo deste segmento de telecomunicaes, que compreendia o nicho

formado pelos militares e rgos de segurana pblica (Stavroulakis, 2007).

Em 1994, o padro TETRA foi inicialmente idealizado para ser denominado

de padro de Rdio Troncalizado Trans-Europeu, uma vez que as empresas e

institutos de pesquisa que desenvolveram a tecnologia eram, predominantemente,

daquele continente. Entretanto, o TETRA foi oficialmente registrado no Instituo

Europeu de Padronizao em Telecomunicaes (ETSI sigla em ingls) com o

nome de Rdio Troncalizado Terrestre, o qual disponibilizou para domnio

pblico as especificaes mnimas de cada interface de uma rede troncalizada

TETRA.

A Figura 8, a seguir, apresenta uma listagem das especificaes mais

relevantes do padro, a logomarca do padro e do respectivo organismo de

padronizao:


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Figura 8 Lista de Especificaes do Padro TETRAFonte: Adaptado de ETSI, 2010.

Alm disso, as grandes empresas de tecnologia tambm fundaram, em

1994, uma associao, por meio do documento denominado Memorando de

Entendimento TETRA(Tetra MoU sigla em ingls).

Essa associao ampliou a comercializao do padro em mbito mundial,

bem como sedimentou a divulgao das especificaes no mercado PMR por

meio da certificao de produtos compatveis com a tecnologia:


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Figura 9 Pgina da Associao TETRAMoUFonte: http://www.tetramou.com/

Nesse contexto, de acordo com Ketterling (2004), Stavroulakis (2007) e

Webb (1999), o padro TETRA se destaca por permitir ao segmento PMR a

interoperabilidade de suas redes. Nessa anlise, a interoperabilidade o seu

diferencial mais importante, especialmente para os empreendimentos que buscam

a integrao e compatibilidade com outras redes, especialmente nos segmentos

voltados para o uso militar e segurana pblica.

Nos momentos de crise, tal como em atentados terroristas ou eventos que

mobilizam um contingente elevado de pessoas, exigem comunicaes integradas

dos rgos de segurana. Nessas ocasies recomendvel que os servios de

emergncia policial, mdico, incndio, defesa civil, entre outros, se comuniquem


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diretamente com o servio de coordenao e controle de gerenciamento da crise

(Manner, 2003).

Segundo o SAFECOM (2006), Morris (2004) e Stavroulakis (2007), para

que isso ocorra, recomendvel que os projetos dessas redes de

radiocomunicao contemplem o maior grau de interoperabilidade possvel:

TABELA 1 NVEIS DE INTEROPERABILIDADE

Nvel Caracterstica Tcnica

1Nenhuma comunicao entre redes, os terminais no instalados de acordo

com a tecnologia

2 Comunicao em modo direto apenas entre os terminais

3Canais de radiofreqncias comuns, mas com caractersticas diferentes

das redes de origem

4 Estaes Base integradas por consoles de despacho (4-fios - TX/RX)

5Operao em modo visitante (ROAMING) com servios parcialmente

disponibilizados

6 Plena compatibilidade de gerenciamento e operao

Fonte: Adaptado de Declarao de requisitos para interoperabilidade e comunicaes

sem-fio de Segurana Pblica, SAFECOM, 2006.

O compartilhamento de redes de telecomunicaes no padro TETRA est

associado com interoperabilidade que, genericamente est relacionada com a

capacidade de operao mtua, comum, integrada, de equipamentos de

diferentes fornecedores dessa tecnologia (Ketterling, 2004)


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Na rede TETRA isso possvel porque, conforme descrito por Ketterling

(2004), Stavroulakis (2007) e Webb (1999), o padro possibilita o acesso, por

diferentes empresas de tecnologia, de suas especificaes tcnicas mnimas para

cada interface ou subsistema da rede de comunicao troncalizada.

Para tanto, basta a empresa de telecomunicaes contatar a ETSI e

solicitar o documento tcnico descritivo para subsidiar seu projeto industrial que

poder ser submetido certificao do TETRAMoU. A Figura 10 apresenta uma

simulao de busca para aquisio do documento tcnico referente ao projeto da

rede TETRA:

Figura 10 Busca de Documento Tcnico TETRA no Stio da ETSIFonte: http://pda.etsi.org/pda/AQuery.asp


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O padro TETRA adotado tanto na Europa quanto em outras partes do

mundo, pois diferentes empresas de telecomunicaes fabricam e comercializam

equipamentos para diferentes mercados PMR/PAMR, desde o segmento militar

at aplicaes civis convencionais (Stavroulakis, 2007).

Em alguns desses segmentos, a demanda por tecnologia dedicada e

exclusiva to grande que se denominou a esse grupo de usurios como Rdio

Mvel Especializado (SMR sigla em ingls). A Figura 11, a seguir, apresenta

um equipamento TETRA utilizado em uma simulao de crise pelo exrcito

alemo em 2003:

(a) Localizao do Transceptor Mvel em

Veculo Militar

(b) Detalhe do Transceptor

Figura 11 Equipamento TETRA pelo Exrcito AlemoFonte: www.tetramou.com

As redes TETRA chegaram ao Brasil no final dos anos 90, no entanto,

apenas em 2007 uma rede de grandes propores foi implantada. Essa rede

surgiu para atender a demanda por segurana nas comunicaes oficiais no Rio


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de Janeiro, o qual optou pelo padro TETRA para apoiar as comunicaes na 15

edio dos jogos Pan-Americanos na capital carioca (ANATEL, 2007).

(a) Localizao do Transceptor Mvel emVeculo Policial

(b) Detalhe das Estaes Base

Figura 12 Equipamentos TETRA dos Jogos Pan-Americanos de 2007Fonte: Genro, 2007.

Durante esse evento, cerca de 15.000 estaes de rdio TETRA estiveram

em funcionamento para cobrir as reas da cidade que teriam atividades

relacionadas com os jogos Pan-Americanos. A Figura 13, a seguir, apresenta um

diagrama de ligao da rede TETRA utilizada, onde existem 2 stios controladores

(amarelo) e 8 stios secundrios (azul), com o nmero de canais variando entre 16

a 28, interligados com enlaces de micro-ondas de 2 Mbits, para suprir cerca de1.500 estaes mveis por stio:


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Figura 13 Diagrama de Ligao da Rede dos Jogos Pan-Americanos de 2007Fonte: www.mj.gov./institucional/licitacao

Pouco tempo depois, em 2008, esse padro tambm foi selecionado pelo

governo chins para subsidiar a rede de comunicaes de segurana na 24

edio dos jogos olmpicos, em Beijing (RRMAG, 2008).

Atualmente o padro TETRA se consolida nos mercados PMR/SMR por

adotar especificaes tcnicas pblicas (PAMR) e uma poltica aberta de


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desenvolvimento tecnolgico. Alm disso, tem sido a opo mais adequada nas

operaes de interveno de segurana pblica e aplicao militar em ambientes

urbanos nos momentos de crise (Ferreira&Grassi, 2008).

2.2 Interface Area e Gesto do Espectro

Para Ketterling (2004), Stavroulakis (2007) e Webb (1999), a anlise do

padro TETRA deve ser iniciada a partir do entendimento das suas interfaces

areas. Dessa maneira, segundo esses autores, possvel fazer a gesto do

espectro eletromagntico considerando as redes adjacentes e o reuso de

freqncias. Em seguida, a anlise do projeto, enfatizando a camada fsica e

lgica da tecnologia.

2.2.1 Interface Area

Nessa discusso, de acordo com esses autores, o padro TETRAapresenta-se compatvel para funcionamento compartilhado nas faixas de

radiofreqncias destinadas aos sistemas PMR convencionais analgicos e

digitais. Essa compatibilidade se faz presente em seus trs modos de operao

com as suas respectivas interfacesareas: a) Modo de Operao Direto (DMO);

b) Modo de Operao Troncalizado (TMO); c) Voz e Dados (V+D).

A opo de operao em diferentes modos apresenta-se como uma

caracterstica importante, uma vez que considera a possibilidade de operao

integrada com as redes existentes em VHF e UHF, e ainda, com a telefonia

mvel. Essas informaes possuem descrio e registro detalhado na ETSI,

facilitando a sua interpretao no momento de seu dimensionamento em projeto

(Ketterling, 2004).


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Essa no uma caracterstica simples, uma vez que outras tecnologias, entre

essas aquelas que utilizam espalhamento espectral e/ou salto de freqncia,

dependem da alocao especial no espectro para seu funcionamento sem efeitos

colaterais nas redes adjacentes. Trata-se de uma medida cautelar que evita

transtornos s redes secundrias devido s interferncias e batimentos em

freqncia. No entanto, segundo Ketterling (2004), esse problema no ocorre nas

redes que utilizam o padro TETRA, o qual utiliza tcnica de acesso mltiplo das

estaes por diviso do tempo (TDMA).

De acordo com a recomendao da ETSI EN 300.392-2, v.2.5.2, de novembro

de 2005, entre outras, a interface area do TETRA utiliza tcnica de acesso

mltiplo por diviso de tempo (TDMA) em canais com largura de at de 25kHz.

Nesse canal so alocadas at quatro portadoras de estaes fixas e/ou mveis

em instantes de tempo determinados, sendo que o canal alocado de maneira

dinmica e composto de uma freqncia para transmisso e outra para recepo.

As janelas de tempo das portadoras possuem um perodo de 14,167ms

para transmisso dos dados com taxa de modulao de at 36kbit/s. Para tanto,

adotado o esquema de modulao /4 Shifted Differential Quaternary Phase Shit

Keying(/4 DQPSK). So modulados 255 bits em sub-quadros com durao deaproximadamente 7,08ms. Dois sub-quadros compe um quadro TDMA/TETRA

com durao de 14,167ms, os quais so agrupados em 18 quadros para formar

um multi-quadro de 1,02s. Por fim, formatado um hiper-quadro de 61,2s com a

seqncia de 60 multi-quadros. A Figura 14 ilustra o processo de formatao dos

quadros de dados TETRA que so enviados pela interfacearea V+D:


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Figura 14 Formatao dos Quadros de Voz + Dados TDMA/TETRAFonte: ETSI EN 300.392-2, v.2.5.2/2005

Para a operao em modo direto, isto DMO, essa configurao no vlida,

uma vez que o canal de comunicao de 25 kHz pode ser totalmente ocupado

para a conversao rdio-a-rdio com modulao digital sem TDMA. A estao

pode passar operar como um canal half-duplex convencional se houver

necessidade. Esse processo no utilizado com freqncia, uma vez que mesmo

em modo DMO as estaes podem ocupar o canal compartilhado no tempo entre

quatro lacunas nas janelas de tempo TETRA (Ketterling, 2004).


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Outro aspecto relevante est relacionado com a comunicao de Voz+Dados

ou, simplesmente, V+D. Nesse processo, se houver necessidade, o intervalo

destinado s outras estaes na janela de tempo, pode ser reservado

exclusivamente estao que est enviando ou recebendo dados, de acordo com

o tamanho do arquivo digital que deve ser encaminhado na rede. As outras

estaes so redirecionadas para outros canais, compartilhando intervalos

determinados nas janelas de tempo alocadas dinamicamente (Ketterling, 2004).

Assim, a primeira vista, o padro TETRA utiliza um canal de 25kHz, ou

seja, com largura ampliada se comparado aos seus concorrentes. Por exemplo,

de acordo com Harte (2004), Redl (1998), Ketterling (2004) e Stavroulakis (2007),

os padres APCO 25 e TETRAPOL podem utilizar largura de canal de 10 a

12,5kHz, ou seja, menos da metade do espectro utilizado pelo canal no padro

TETRA.

No entanto, para Ketterling (2004) e Stavroulakis (2007) trata-se de uma

comparao frgil, uma vez que um canal TETRA comporta nos 25 kHz do canal

quatro estaes da rede, o representa uma utilizao de 6,25kHz para cada

estao durante a conversao. Portanto, nessa perspectiva, o padro TETRA

seria mais eficiente para gerenciamento do espectro que os demais concorrentes.

No entanto, ressalta-se que a diviso do canal entre as quatro estaes

no feita no espectro, mas no tempo. Portanto, durante um intervalo especfico

na janela de tempo destinada a uma determinada estao, ela ocupa totalmente

os 25kHz do canal.


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Ainda assim, de acordo com o Comit Europeu de Radiocomunicaes

CER (1998), essas caractersticas devem ser ponderadas de acordo com a

topologia da rede adotada, considerando, entre outras variveis, a possibilidade

de trfego de voz e dados, modo de operao direto, tamanho das clulas, bem

como a operao full-duplexnas conexes com a rede de telefonia pblica mvel

e fixa comutada Modo de Rdio Troncalizado TETRA (TMO).

Dessa maneira, com essas informaes, de acordo com o Comit Europeu

de Radiocomunicaes (1998), possvel classificar os padres de rdio

troncalizado analgico e digital conforme a sua eficincia espectral, isto ,

capacidade de utilizar de modo eficiente e eficaz o espectro eletromagntico.

Essa classificao pode auxiliar o engenheiro projetista na definio do padro e

da topologia de rede adequada em um projeto de radiocomunicao. Para tanto,

essas informaes apresentam-se consolidadas na Tabela 2 a seguir:

TABELA 2CLASSIFICAO DE EFICINCIA ESPECTRALDOS PADRES DE RDIO DIGITAL EXISTENTES NO MERCADO MUNDIAL

Padro de Rdio Digital

Clulas porLargura de

Banda(N/Hz)

Eficincia emModo Digital com

Rudo(bits/Hz)

Eficincia emModo Digital com

Interferncia([bits/s]/[Hz.Cel])

Categoria deEficincia Espectral

CRE/98

APCO-25 6,5kHz 80 0,384 0,053 B

APCO-25 12,5kHz 40 0,288 0,070 C

TETRAPOL 10kHz 50 0,240 0,053 C

TETRAPOL 12,5kHz 40 0,192 0,043 C

TETRA 25kHz V+D 80 0,384 0,050 C

TETRA 25kHz DMO 40 0,192 0,025 B

Fonte: Adaptado do Relatrio 52, CRE - 1998


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Nessa classificao, a CRE utilizou diferentes critrios para emitir uma

classificao hierarquizada acerca dos padres de rdio digital mais utilizados no

mundo. Os padres que alcanaram a maior classificao, isto A, no so

comercializados em larga escala porque, na poca, encontravam-se em

experimentao ou no possuam modulao digital. Esse o caso do MPT-1327,

que obteve classificao A, no entanto, no atende todos os requisitos de

tcnicas de modulao digital.

Alm disso, entre esses critrios, a CRE destacou a relao entre a

utilizao do espectro eletromagntico e o nmero de clulas utilizadas para

cobertura em diferentes cenrios. Os dois cenrios relevantes nesse estudo foram

a operao com rudo e/ou interferncia co-canal. Alm disso, tambm foram

avaliados os padres em diferentes modos de configurao.

Mesmo com essas ressalvas, nesse estudo, verifica-se que o padro

TETRA na configurao de Voz + Dados, isto , no cenrio mais crtico possvel,

possui eficincia espectral compatvel com os demais padres de rdio digital

existentes. Entretanto, o padro TETRA pode comportar um nmero maior de

estaes quando estiver operando apenas no modo de comunicao de voz ou

direto entre as estaes (DMO).

Isso possvel, uma vez que a comunicao entre as estaes pode no

ser exclusivamente de dados, caracterstica relevante nas redes PMR. Portanto,

nessa anlise, o congestionamento da rede e seu bloqueio por excesso de trfego

devem ser analisados sobre diferentes perceptivas (Ketterling, 2004).


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Para Alotaibi & Ali (2006) e Ketterling (2004) essa eficincia torna-se mais

notria em ambientes urbanos, quando outros fatores so considerados nos

clculos de predio de um projeto com a rede TETRA. Entre essas variveis,

esses autores destacam o desvanecimento por multipercurso e efeito doppler.

Em 2008, esses requisitos tambm foram avaliados pela Agncia Nacional

de Administrao de Telecomunicaes e Informao norte-americana (NTIA

sigla em ingls) que atribuiu s tcnicas de modulao digital a garantia da gesto

e coordenao do espectro de modo eficiente. Embora o TETRA no esteja to

difundido nos Estados Unidos, a gesto eficiente do espectro tem despertado o

interesse dos institutos de pesquisa estadunidenses, entre esses, a Universidade

do Colorado:

Quando ambas as normas foram julgadas tecnicamente contra cada

critrio, verificou-se que o TETRA possui desempenho equivalente, se

no superior, quando comparado com APCO-25 e, portanto, pode ser

implantado em nos estados Unidos. (Alfayez&Hatfield, 2009: 26-27)

Nessa anlise verifica-se que o padro TETRA tem-se destacado no

segmento PMR por diferentes motivos, entre esses, a sua interface area, a qual

permite uma gesto eficiente do espectro. Essa garantia est presente, entre

outros aspectos, no acesso mltiplo das estaes por diviso de tempo nos

canais disponveis para comunicao.


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2.2.2 Gesto do Espectro

Para a gesto e coordenao do espectro, as faixas destinadas operao da

rede TETRA so definidas pelas organizaes nacionais de telecomunicaes de

cada pas, no entanto, essas organizaes adotam, geralmente, as

recomendaes do TETRAMoU. Para tanto, as aplicaes civis so alocadas nas

faixas de 385 a 395 MHz e, para aplicaes militares e de segurana pblica, de

380 a 385 MHz.

Essas definies so importantes diretrizes para elaborao dos projetos

industriais dos fabricantes de equipamentos TETRA. De posse dessas

informaes, as empresas direcionam suas linhas de montagem e os engenheiros

de telecomunicaes conseguem desenvolver e executar os projetos com rede de

rdio TETRA.

No Brasil no diferente, pois a Agncia Nacional de Telecomunicaes

(ANATEL), por meio da Resoluo 435, de 25 de maio de 2006, alocou 28 canais

duplex para segurana pblica no pas, atribuindo as faixas de 381,0500 a

381,7250 MHz e 391,0500 a 391,7250 MHz ao TETRA. No referido documento

so estipulados os valores de potncia mxima de 250W e 25W para estaes

base e mvel respectivamente.

Alm disso, a operao de uma rede TETRA considerada pela agncia

reguladora brasileira como execuo de um Servio Limitado Mvel Privativo

(SLMP), e por isso, como qualquer outro SLMP, tambm segue a regulamentao

especfica para execuo dessa modalidade de atividade de telecomunicaes.

Isso implica dizer que, entre outras atribuies, se faz necessrio o pagamento


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dos impostos e taxas vigentes para o SLMP, excetuando-se os rgos de

segurana pblica, os quais so isentos de alguns desses tributos pela Lei Geral

de Telecomunicaes.

Portanto, nessa discusso, verifica-se que o padro TETRA apresenta uma

interface area robusta e eficiente, capaz de atender os requisitos mais rgidos

para gesto do espectro. Para tanto, o padro utiliza tcnica de acesso TDMA em

canais de 25kHz para conversao de quatro estaes da rede. Alm disso, esse

canal pode ser totalmente dedicado a uma nica estao se houver a

necessidade para a transmisso de dados ou operao em modo direto.

2.3 Modulao e Criptografia

De acordo com Ketterling (2004) e Stavroulakis (2007) a discusso acerca do

mtodo de modulao e criptografia de uma rede TETRA tem como ponto de

partida a compreenso do modelo de camadas do sistema de comunicao

TETRA adaptado ao modelo de referncia proposto pela Organizao de

Padronizao Internacional (OSI sigla em ingls). Dessa maneira, possvel

avaliar, claramente, que cada um desses processos possui autonomia e iseno

para garantir segurana e integridade das mensagens que trafegam na rede.

Nessa anlise, os processos de modulao e demodulao esto alocados

no nvel mais inferior desse modelo de camadas, isto , na camada fsica. A

modulao garante o envio e o recebimento de todos os bits nessa rede. No

entanto, ela no capaz de corrigir erros, e ainda, garantir a sua integridade e

confidencialidade. Esses processos ocorrem em camadas diferentes dessa rede

de comunicao, os quais podem ser avaliados na Tabela 3 a seguir:


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TABELA 3DESCRIO DAS CAMADAS DA REDE TETRA

Nvel Camada Descrio

7 Aplicao Software de Usurio Voz e Dados (e-mail, etc.)

6 Apresentao Formatao da conversao e Encriptao

5 Sesso Endereamento da rede

4 Transporte Controle da Transmisso (GoS, etc.)

3 Rede (Superior)Gerenciamento de Mobilidade (Localizao, registro,

autenticao, etc.)

Rede (Inferior Controle de conexo (QoS, etc.)

2Enlace (Controle do

Enlace Lgico - LLC)

Controle do enlace ponto-a-ponto, ARQ, Alocao de

Canal Lgico

(Controle de Acesso

Mdio MAC)

Controle de blocos, sincronismo, grupos e identificao

da estao

1 FsicaModulao/Demodulao, roteamento de

canais/freqncias

Fonte: Adaptado de Ketterling (2004) e Stavroulakis (2007)

A camada de Enlace processa os blocos de bits para modulao e nessa

camada que feito o controle de sincronismo das janelas de tempo utilizadas

para o envio na rede. Nessa camada os blocos so identificados com a

informao referente estao e seu respectivo grupo. Para a correo dos


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erros, solicitada uma requisio na rede (ARQ), no intervalo de tempo alocado

para a estao enviar ao seu destino especfico.

A Figura 15, a seguir, apresenta a formao dos blocos de bits que so

encaminhados para modulao em uma janela de tempo especfica. O Controle

Mdio de Acesso (MAC) multiplexa e identifica os blocos enviados em um burst.

Existem bits de alinhamento para sincronismo e feito um mapeamento dos

canais fsicos e lgicos da rede. Os nmeros de bits envolvidos nesse processo

esto identificados entre os parnteses:

Figura 15 Formatao dos Blocos Voz + Dados TDMA/TETRAFonte: Adaptado da ITU-M R. 2014

Esse processo diferenciado para cada uma das interfaces areas do

TETRA, as quais possuem parmetros especficos definidos pela ETSI. Essas

janelas de tempo so organizadas de maneira a obter a conexo da estao na

rede. Esse processo feito em 16 janelas de tempo, avaliadas na Figura 16

abaixo:


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Figura 17 Protocolos de Comunicao da Rede TETRA V+DFonte: Adaptado de Ketterling (2004)

2.3.1 Modulao

Aps o entendimento acerca da estrutura da rede TETRA possvel inferir que a

tcnica de modulao a ser utilizada deve ser robusta e arrojada para garantir o

envio dos blocos de bits pela interface area. De acordo com a recomendao

ETSI EN 300 392-2/2005, o mtodo adotado o /4 Chaveamento Diferencial

por Quadratura e Fase ( /4DQPSK). Nesse esquema os smbolos so

modulados de acordo com uma matriz de referncia para fase e amplitude do

sinal que ser enviado na interfacearea:


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(1)

Onde:

S (K) = Smbolo Modulado

D - Mudana de fase

K Nmero do Smbolo

Segundo Chennakeshu & Saulnier (1993) a modulao /4DQPSK uma

tcnica arrojada, indicada para comunicaes mveis em ambientes crticos.

Trata-se de um mtodo que pode ser entendido com a superposio de duas

constelaes QPSK singelas. A modulao por Chaveamento de Quadratura e

Fase (QPSK sigla em ingls) uma tcnica de modulao que utiliza

parmetros de fase e quadratura da onda portadora para modular a informao.

Esses dois parmetros permitem a transmisso de mais bits por smbolo que o

PSK simples.

Para Chennakeshu & Saulnier (1993) a modulao /4DQPSK permite a

implementao de um detector simples, e ainda, proteo contra o

desvanecimento no canal Rayleigh. Outro aspecto relevante, refere-se a sua

performance perante ao efeito Doppler, uma caracterstica muito perversa nas

comunicaes mveis.


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2.3.2 Criptografia

Para Ketterling (2004) e Stavroulakis (2007), o padro TETRA possui um

importante diferencial para gerenciar a segurana de sua rede atravs do re-

chaveamento da encriptao pela prpria interface area. Esse processo

conhecido como Over-The-Air Rekeying (OTAR) e garante a troca das chaves

de criptografia pela interface area.

Apesar disso, a topologia da rede TETRA muito semelhante a uma rede

de telefonia do Sistema Global para Comunicao Mvel (GSM sigla em ingls).

Para tanto, a Figura 19 apresenta esse diagrama de rede TETRA:

Figura 19 Diagrama de Ligao da Rede TETRA V+DFonte: Adaptado de Ketterling (2004)


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Nesse diagrama verifica-se que as estaes mveis acessam a rede de

acordo com o roteamento estabelecido pelo Centro de Roteamento dos Mveis

(MSC sigla em ingls). Ele possui os algoritmos necessrios para gerenciar o

acesso, por clula, de cada estao mvel (MS sigla em ingls) na rede. O MSC

integra o Subsistema de Roteamento e Rede (NSS sigla em ingls).

A rede TETRA tambm possibilita o acesso direto na estao base por

meio de uma Estao de Linha (LS sigla em ingls). No ambiente de segurana

pblica, esse mais um recurso relevante, uma vez que as centrais de despacho

podem ter acesso prioritrio rede com essa facilidade tecnolgica (Ketterling,

2004).

Para as estaes mveis, esse acesso feito por meio de um Subsistema

de Estaes Base (BSS sigla em ingls) formado por um, ou mais,

Controladores de Estaes Base (BSC sigla em ingls) que gerenciam as

Estaes Base Tranceptoras (BTS sigla em ingls) que transmitem e recebem

as portadoras moduladas em janelas de tempo especficas na interfacearea.

Ainda no NSS existe um Registro Local de Visitantes (VLR sigla em

ingls) para o controle das MS no domnio da MSC. Alm disso, existem bancos

de dados para verificao dessas, e outras, informaes. Na Figura 19, ainda

integram o NSS o Centro de Autenticao (AC sigla em ingls), o Registro de

Identificao de Equipamento (EIR sigla em ingls) e o Registro Local

Domstico (HLR sigla em ingls) que contm todas as informaes das

estaes mveis do domnio do MSC.


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Nessa rede, o AC processa a permisso para o acesso rede e o EIR

contm os dados de cada equipamento cadastrado nessa rede TETRA. o EIR

que possibilita o bloqueio de uma estao na rede TETRA (Ketterling, 2004).

Toda a estrutura do NSS compartilhada por meio de uma interface

conhecida como Gateway MSC ou simplesmente GMSC. O GMSC possibilita

ainda o compartilhamento dessa infraestrutura com outras redes de comunicao,

como as redes de telefonia fixa e/ou mvel.

Contudo, de acordo com Toikkanen (2007), a chave de autenticao da

rede nunca transmitida pela interface area, mas, dependendo do nvel de

encriptao, pode estar Estaticamente no Terminal Mvel (SCK sigla em ingls),

mudando Dinamicamente a Cada Autenticao (DCK sigla em ingls), ou ainda,

Comum (CCK sigla em ingls) ou no Grupo de usurios (GCK sigla em

ingls).

Em cada um desses mtodos, existem protocolos especficos de

gerenciamento e autenticao para as estaes mveis e a Infraestrutura de

Gerenciamento e Roteamento (SwMI sigla em ingls) da rede TETRA. Esses

protocolos possuem algoritmos que seguem uma classificao de acordo com a

relao entre as suas caractersticas e usurio:

TABELA 4ALGORITMO DE ENCRIPTAO TETRA

Algoritmo Descrio Pblico

TAA1 Autenticao Aberto


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CONTINUAO DA TABELA 4ALGORITMO DE ENCRIPTAO TETRA

Algoritmo Descrio Pblico

TEA1 Encriptao Aberto

TEA2 Encriptao Segura Polcia da Europa

TEA3 Encriptao Segura Segurana Pblica fora da Europa

TEA4 Encriptao Geral Aberto

Fonte: Adaptado de Toikkanen (2007).

Em quase todos esses algoritmos possvel implementar a mudana da

chave pela interface area (OTAR). Contudo, de acordo com Toikkanen (2007),

essa chave no encaminhada estao mvel. Essa chave est alocada no

software de gerenciamento da estao no prprio equipamento. A Figura 20

apresenta o ciclo de autenticao de uma estao mvel pela SwMI:

Figura 20 Autenticao da Estao Mvel na Rede TETRA V+DFonte: Adaptado da EN 300 392/2005


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Na Figura 20, existem dois algoritmos de autenticao (TA 11 e TA 12),

que processam matematicamente uma Chave de Autenticao (KS). Inicialmente

a SwMI envia um nmero aleatrio (RAND1) e uma assinatura de referncia (RS)

para o mvel. A estao mvel processa a conta matemtica com os algoritmos e

a KS e envia o resultado (RES1) para a SwMI. A estrutura compara o resultado

recebido com a sua resposta local (XRES1) ao RAND1 e RS. Caso o processo

esteja correto, o mvel recebe a validao do resultado pelo R1 e ser

autenticado na rede.

Esse processo tambm pode ocorrer no sentido inverso, dependendo do

modo de operao de cada estao na rede. Cada uma dessas etapas esto

descritas, detalhadamente na ETSI 300.392-7/2010, a qual encontra-se disponvel

no site da ETSI para o pblico em geral. Por sua vez, a Figura 20 no apresenta o

processo de mudana de chave pela interface area (OTAR), uma vez que

envolve maior complexidade para visualizao nesse tipo de diagrama.

Alm disso, apesar da semelhana de processo de autenticao TETRA

com o GSM, destaca-se que na telefonia celular no possvel utilizar a

comunicao em modo direto rdio-a-rdio, bem o como OTAR.

Aps a autenticao na rede, a estao mvel consegue realizar as

chamadas nos modos V+D, DMO e TMO. O processo semelhante ao GSM, mas

os canais lgicos possuem designaes distintas. Por exemplo, no Canal de

Sinalizao (SCH sigla em ingls) trafegam informaes de sinalizao da rede.

Tambm existe um Canal de Sincronismo de Broadcasting (BSCH sigla em

ingls), o qual responsvel pelo alinhamento das janelas de tempo em direo

estao mvel.


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Para Manner (2003), as redes tecnolgicas do segmento de

comunicaes crticas para serem consideradas seguras devem possuir, no

mnimo, processos que garantam: a) Autenticidade reconhece a origem e o

destino com segurana; b) Confidencialidade dificulta severamente a

interceptao; c) Integridade garante o contedo da mensagem enviada e

recebida. Em funo desses critrios, de acordo Toikkanen (2007) e Ketterling

(2004) os processos de modulao e criptografia na rede TETRA garantem a

segurana nessas redes.

Considerando essas particularidades, neste estudo, optou-se por

aprofundar-se nessa discusso em detrimento de outras particularidades, uma

vez que a proposta final envolve o desenvolvimento de uma rede de segurana

para Belo Horizonte durante a Copa do Mundo de Futebol em 2014. Isto , uma

rede que deve privilegiar esses requisitos tcnicos para garantir a segurana das

mensagens que devem trafegar na rede durante o evento.

Portanto, existe ainda a possibilidade de estudos tericos mais

aprofundados sobre pontos especficos do padro TETRA, entre esses, a anlise

individualizada de um protocolo de autenticao, ou ainda, do processo de troca

de chaves de segurana pela interfacearea, entre outras abordagens tcnicas e

estratgicas.


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2.4 Equipamentos TETRA

Grande parcela das empresas fornecedoras de equipamentos de

telecomunicaes no mercado global esto associadas ao TETRAMoU. Em

funo dessa caracterstica, existe um considervel nmero de fabricantes de

terminais e infraestrutura TETRA para diferentes segmentos PMR/PAMR. Logo,

para melhor entendimento da tecnologia, de fundamental importncia o

conhecimento acerca do funcionamento desses equipamentos para a sua escolha

em projeto.

Ressalta-se ainda que, apesar da tecnologia possuir ampla divulgao entre

os fabricantes associados, a ETSI recomenda parmetros mnimos para

interoperabilidade, no entanto, esses fornecedores possuem a liberdade de

agregar funcionalidades extras aos seus produtos. Isso significa dizer que, o

equipamento do fornecedor A possui compatibilidade com o equipamento do

fornecedor B, contudo, se o usurio adquirir uma funcionalidade extra do

fornecedor A, ela pode no ser compatvel com o equipamento fornecido por B

(Ketterling, 2004).

Dessa maneira, o engenheiro desenvolvedor PMR/PAMR deve conhecer os

parmetros mnimos de cada bloco da rede TETRA para no ser surpreendido por

essas lacunas comerciais. Nesse sentido, alguns parmetros bsicos dos

equipamentos da infraestrutura TETRA so discutidos a seguir:


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2.4.1 Estao Base

De acordo com as recomendaes da ETSI para o padro TETRA, a estao

base (BTS sigla em ingls), juntamente com o SwMI, deve gerenciar o mtodo

de acesso TDMA das outras estaes da rede, em canais distribudos em setores

especficos (clulas), com re-uso de freqncias. Alm disso, a clula de uma

BTS-TETRA, de acordo com a ITU-R M.2014/1998 e Ketterling (2004), em reas

urbanas, est limitada a um raio de 3,8 km para obter uma cobertura satisfatria

ao nvel de mvel-porttil em toda a rede e, por esse motivo, necessita dealgoritmos especiais esse controle.

Nessa anlise preliminar, percebe-se que a BTS-TETRA possui

caractersticas bastante particulares quando comparada com outras tecnologias

PMR, entre essas, a sincronizao das janelas de tempo para recepo e

coordenao das emisses das estaes mveis. Esse um ponto de destaque,

devido a sua complexidade, o qual gerenciado pela BTS e SwNI. Para que isso

seja possvel, a BTS-TETRA fornece cinco canais lgicos de controle:

i) Canal de Sincronismo de Emisso (BCCH sigla em ingls);

ii) Canal de Alinhamento (LCH sigla em ingls);

iii) Canal de Sinalizao (SCH sigla em ingls);

iv) Canal de Registro de Acesso (AACH sigla em ingls);

v) Canal de Fuga de Trfego (STCH sigla em ingls).

O BCCH responsvel por sincronizar os mveis e a rede como um todo,

sendo esses o BSCH e o BNCH, respectivamente, os quais so exclusivos de


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down-link. O LCH composto de um canal de up-link compartilhado com os

mveis (CLCH), e o outro, de down-link, compartilhado com as estaes base

(BLCH).

O canal de sinalizao SCH possui trs categorias: a) Mensagens

Completas bidirecional SCH/F; b) Mensagens Reduzidas down-link

SCH/HD; e c) Mensagens Reduzidas up-link SCH/HU. As mensagens que

trafegam nesses canais controlam a gesto do trfego na rede.

O AACH envia para os mveis a sinalizao de disponibilidade da rede.

Por sua vez, o STCH controla as prioridades de dados para vazo dos dados na

rede.

Os canais fsicos, isto , aqueles disponibilizados pela interface area, so

definidos em trs categorias:

i) Canal de Controle Fsico (CP sigla em ingls);

ii) Canal Fsico de Trfego (TP sigla em ingls);

iii) Canal Fsico No-Locado (UP sigla em ingls).

O CP subdivido em um canal principal e outro secundrio, sendo esses o

MCCH e SCCH, respectivamente, os quais determinam a portadora de RF a ser

utilizada. O SCCH pode ser utilizado como extenso do MCCH.

O TP o canal fsico que transporta o canal lgico de trfego (TCH). Por

sua vez, o UP representa o canal livre para uma ou mais estaes mveis. A

Figura 21, a seguir, apresenta o diagrama em blocos de uma estao base

TETRA:


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Figura 21 Estao Base TETRAFonte: Adaptado http://focus.ti.com Texas Inc.

A anlise da BTS-TETRA pela Figura 21 apresenta quatro blocos bsicos:

a) Alimentao; b) Placa de Interface e Controle; c) Processador de Sinais Digitais

e d) RF. O circuito de alimentao da BTS possui adaptadores de corrente

contnua (-48VDC) e alternada (rede externa) com supresso de rudo e controle

de corrente. A placa de controle e interface processa os elementos de

monitoramento e sensores da BTS (temperatura, ganho, etc.) e envia as

informaes para o Processador de Sinais Digitais, que possui a interface de

controle de roteamento e mobilidade pela porta Lan com a SwNI. Essa placa

tambm envia e recebe os dados para a modulao e demodulao na placa de

RF.

A placa de RF possui um relgio sincronizado, que gera o sinal de clock

para oscilador de referncia, o qual distribui em perfeita alocao de tempo, as


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etapas de recepo e transmisso nas janelas de tempo especificadas pela BTS

aos mveis. Tanto a transmisso quanto a recepo possuem mdulos de

quadratura (amplitude e fase) distintos para modulao e demodulao.

O sistema irradiante da BTS TETRA pode ter uma topologia setorizada ou

omnidirecional, dependendo do projeto em execuo. Para tanto, a Figura 22

apresenta a disposio fsica dos equipamentos em racksnas duas topologias:

(a) Omnidirecional (b) Setorizada

Figura 22 Disposio das Estaes Base TETRAFonte: Adaptado www.motorola.com Motorola Inc.

Tanto, na configurao omnidirecional, onde uma nica antena irradia em

todas as direes, quanto na setorizada, onde a clula divida em setores, os

rdios base (BR sigla em ingls) so combinados para acesso interface

area. Esses equipamentos so gerenciados pela Controladora do Site (TSC

sigla em ingls) que, alm dessa tarefa, gerencia o ganho do mdulo de potncia

(APM sigla em ingls) e o filtro de recepo.

Em geral, a BTS-TETRA possui uma interface E1 para conexo com o

centro de roteamento e mobilidade da rede TETRA. De acordo com os


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parmetros da rede, a BTS pode operar em at 10 nveis de potncia. De acordo

com a ETSI 300.392-2/2005, o menor nvel corresponde a 28dBm (0,6W), e o

maior, 46dBm (40W). A sua sensibilidade dinmica sugerida de -106dBm, no

mnimo, para obter uma Taxa de Erro de Bit (BER sigla em ingls) de 0,01%.

Alm disso, a interferncia co-canal, de acordo com a ETSI 300.392-

2/2005, deve ser de 19dB. Contudo, de acordo com Ketterling (2004), a BTS pode

tolerar valores de BER e interferncia co-canal superior, no entanto, a Taxa de

Bits na rede ser reduzida com a adaptao ao cenrio mais complexo.

Outro aspecto relevante refere-se habilidade da BTS em comutar as

estaes mveis entre as clulas (handover). Para tanto, na rede TETRA o

handoverpode ser suave ou forado. A Figura 23 apresenta a descrio das duas

modalidades:

Figura 23 Handover TETRAFonte: Adaptado Ketterling (2004).


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No Hard Handover - Fig. 23 (a) - a comutao do mvel entre as BTS

obrigatria, forada, uma vez que a estao alcana o limite da rea de cobertura

da BTS Clula 1. Por sua vez, o Soft Handover Fig. 23 (b) - a comutao

feita a partir da anlise da intensidade do sinal recebido pela BTS, de maneira

suave, ao longo de seu deslocamento na Clula 1. Esse processo est descrito

graficamente na Figura 24 a seguir:

(a) Algoritmo de Handover (b) Processo de Handover

Figura 24 Disposio das Estaes Base TETRAFonte: Adaptado Adaptado Ketterling (2004).

O algoritmo Fig. 24 (a) - inicia a anlise da intensidade de sinal da

estao mvel candidata, observando a variao do nvel de RF recebido pela

BTS Fig. 24 (b). Se a clula vizinha receber um nvel bem abaixo da clula

ativa, o handoverno ocorre. No entanto, se o nvel da clula ativa estiver abaixo

do aceitvel (T_Drop), a central de roteamento e mobilidade processa a alocao

da estao em outra clula, isto , a estao mvel registrada na clula vizinha

(Ketterling, 2004).


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Nesse sentido, possvel destacar que a BTS-TETRA consegue agregar

complexidade e tecnologia ao desempenho mais exigente, o qual esperado nos

mercados PMR. As BTS-TETRA so responsveis pelo acesso das estaes

fixas e mveis rede troncalizada e por esse, e outros motivos, devem possuir os

mais elevados nveis de confiabilidade e segurana (Ketterling, 2004).

2.4.2 Estao Fixa

A estao fixa (FS sigla em ingls) TETRA tambm possui bastante tecnologia

integrada em sua construo. A Figura 25, a seguir, apresenta um diagrama em

blocos de uma FS que utiliza um microcontrolador com Codificador e

Decodificador (CODEC) e Processador de Sinais Digitais (DSP sigla em ingls):

Figura 25 Diagrama em Blocos da Estaes Fixa TETRA

Fonte: Adaptado de www.cmlmicro.com


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No exemplo da Figura 25, o transceptor possui blocos separados para

recepo e transmisso separados, uma vez que o equipamento necessita dessa

caracterstica para operao em modo full-duplex. No entanto, o oscilador local

comum para os dois mdulos, uma vez que necessita de extremo sincronismo

para operao TDMA (Ketterling, 2004).

Por sua vez, grande parte do processamento da FS-TETRA realizada no

interior do PIC CMX-981. Esse microprocessador possui um Codificador com

Predio Linear Excitado com Cdigo Algbrico (ACELP sigla em ingls),

formado pelo Conversor Digital para Analgico (DAC) e Analgico para Digital

(ADC) nos mdulos de recepo e transmisso respectivamente.

Alm disso, esse componente eletrnico tambm responsvel pelas

seguintes tarefas:

TABELA 5FUNES DO MICROCONTROLADOR NA ESTAO FIXA TETRA

Mdulo TETRA Caracterstica

Transmisso

Controle FIFO

Modulador /4DQPSK

Ajuste de Ganho

Conversor DAC

Recepo

Ajuste de Fase

Filtro Anti-alias

Conversor ADC



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A Figura 26, a seguir, apresenta, detalhadamente, o interior do PIC CMX-

981 que, tal como muitos outros, pode ser utilizado em uma estao fixa TETRA.

Nessa figura possvel avaliar a complexidade do componente eletrnico que

responde por quase todas as funes da estao:

Figura 26 Diagrama em Blocos do Processador CML/TETRA



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Este microprocessador trabalha com um relgio principal de 9,216MHz e

trs portas seriais de comunicao. Alm dessas portas, tambm existe uma

interface de acesso direto para comandos de controle. As portas seriais so

responsveis pelo envio e recebimento dos dados de Transmisso (TX) e

Recepo (RX). Esses dados passam por barramentos dedicados at os mdulos

de buffer, modulador de fase, filtro passas-baixa, e DAC ou ADC, dependendo do

barramento de TX e RX.

A Figura 27 apresenta o processo de DAC e ADC da estao, que recebe

os dados do barramento de registro:

Figura 27 Diagrama em Blocos do CODEC-CML/TETRA



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Na Figura 27, o barramento de registro entrega os dados demodulados a

um gerador de tom e um filtro de interpolao. Esses sinais so somados e

entregues ao DAC para recomposio do sinal de voz recebido na estao

TETRA. Por sua vez, o microfone da estao passa por etapas de filtragem e

amplificao para, em seguida, ser digitalizado no ADC com tcnica ACELP. Esse

sinal digital filtrado e enviado ao barramento de registro para ser modulado e

enviado ao mdulo de potncia de RF externo e interfacearea.

A estao fixa conta ainda com o sistema irradiante, composto de cabo,

conectores e antena, bem como de um sistema de alimentao, que pode utilizar

energia da rede pblica, ou banco de baterias. Esses itens so apresentados na

Figura 28 abaixo:

Figura 28 Antena e Fonte de Alimentao da Estao

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Rede de Rádio Digital de Segurança Publica: Estudo de Caso Para a Copa do Mundo de futebol em Belo Horizonte / Radio System Project to Fifa World Cup at 2014