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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO Engenharia Elétrica EDUARDO MARTINELLI LUDOLF RADIOCOMUNICAÇÃO DIGITAL NA SEGURANÇA PÚBLICA Campinas 2011

Tcc Padroes Espec Radios Troncalizados

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fala sobre protocolos de rádios

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  • UNIVERSIDADE SO FRANCISCO

    Engenharia Eltrica

    EDUARDO MARTINELLI LUDOLF

    RADIOCOMUNICAO DIGITAL NA SEGURANA

    PBLICA

    Campinas

    2011

  • EDUARDO MARTINELLI LUDOLF R.A. 004200700274

    RADIOCOMUNICAO DIGITAL NA SEGURANA

    PBLICA

    Monografia apresentada ao curso de

    Engenharia Eltrica da Universidade So

    Francisco, como requisito obteno do ttulo

    de Engenheiro Eletricista.

    Orientador: Prof. Debora Meyhofer Ferreira

    Campinas

    2011

  • EDUARDO MARTINELLI LUDOLF R.A. 004200700274

    RADIOCOMUNICAO DIGITAL NA SEGURANA

    PBLICA

    Monografia aprovada pelo Programa de

    Graduao em Engenharia Eltrica da

    Universidade So Francisco, como requisito

    obteno do ttulo de Engenheiro Eletricista.

    Data de Aprovao: __/__/____

    COMISSO EXAMINADORA

    __________________________________

    Prof. Debora Meyhofer Ferreira (orientador)

    __________________________________

    Prof. Natache Do Socorro Dias Arrifano Sassim

    __________________________________

    Prof. Geraldo Peres Caixeta

  • A Fatima minha me e Joo meu pai e

    Vanessa minha noiva, vocs so meu

    alicerce.

  • AGRADECIMENTOS

    Agradeo a Deus pela luz na conduo deste trabalho. Aos meus pais pelos

    sacrifcios e exemplos que me conduziram at aqui. Meu corao agradece minha

    noiva, pela compreenso, conselhos e apoio sem tudo isso eu no teria terminado.

    A orientadora que merece todo meu respeito pela orientao segura deste

    pequeno desafio concludo. Amigos que me acompanharam por todo esse tempo,

    em especial aquele que me ensinou sem esperar nada em troca alm da amizade.

    Universidade So Francisco pelas oportunidades de crescimento e

    aprendizagem.

  • "Procure ser uma pessoa de valor,

    em vez de procurar ser uma pessoa de

    sucesso. O sucesso consequncia.

    (Albert Einstein)

  • RESUMO

    Este trabalho trata de uma discusso terica acerca da radiocomunicao digital na

    segurana pblica, dos padres de rdio troncalizado digitais mais utilizados nas instituies

    de segurana pblica brasileiras. Assim expondo a necessidade de modernizao da

    estrutura existente, para que seja possvel assegurar de modo eficiente radiocomunicao

    digital, que constitui um ponto indispensvel nesta modernizao estrutural e seu grau

    elevado de segurana na comunicao policial, evitando assim as interceptaes das

    mensagens por pessoas no autorizadas, bem como o compartilhamento e integrao de

    dados, visando melhores resultados no atendimento populao.

    PALAVRAS-CHAVE: Radiocomunicao digital, Segurana Pblica e Trunking.

  • ABSTRACT

    This work it is a theoretical discussion about the digital public safety radio

    communications, the digital trunked radio standards used in most institutions of public

    security in Brazil. Thus exposing the need for modernization of the existing structure, to be

    able to efficiently secure digital radio communication, which is an essential point in this

    structural modernization and its high degree of security police communication, thus avoiding

    the traps of messages by unauthorized persons as well as data sharing and integration,

    aiming at better results in service to the population.

    Keywords: Digital Radio Communications, Public Safety and Trunking.

  • LISTA DE ILUSTRAES

    Figura 1 - Ciclo de radiocomunicao digital .......................................................................... 4

    Figura 2 - Controle de rdio troncalizado ............................................................................... 5

    Figura 3 - Logo marcas dos principais Fornecedores Equipamentos P25 .............................. 9

    Figura 4 - Diagrama em blocos do mdulo de transmisso P25 .......................................... 11

    Figura 5 - Alocao dos bits de udio .................................................................................. 11

    Figura 6 Diagrama do modulador CQPSK ........................................................................ 13

    Figura 7 - Diagrama de interao da rede Tetra .................................................................. 15

    Figura 8 - Integrao da rede Tetra e rede IP ...................................................................... 17

    Figura 9 - Sinalizao e controle .......................................................................................... 20

    Figura 10 -Controle de trfego. ............................................................................................ 21

    Figura 11 - Criao de quadros de udio ............................................................................. 21

    Figura 12 - Diagrama de interao da rede Tetra ................................................................ 23

    Figura 13 - Diagrama da rede Tetrapol ................................................................................ 24

    Figura 14 - Sistema de Criptografia Tetrapol ....................................................................... 25

    Grfico 1 - Comparao desempenho APCO-25, TETRA e TETRAPOL ............................. 29

    Grfico 2 - Tamanho das Clulas......................................................................................... 29

    Grfico 3 - Custos Rede Digital de Radiocomunicao ........................................................ 30

    Figura 15 - Estrutura de antenas ......................................................................................... 37

    Figura 16 - Continer e Armrio ........................................................................................... 38

    Figura 17 - Banco de Baterias e Grupo Gerador .................................................................. 40

    Figura 18 - Centelhadores de RF e Protetores Eltricos ...................................................... 41

    Figura 19 - Kit para Montagem da Malha de Aterramento .................................................... 41

    Figura 20 - Central de Despacho ......................................................................................... 43

  • LISTA DE TABELAS

    Tabela I - Descrio geral do padro tetra ..................................................................................... 15

    Tabela II - Formatao e constelao dos smbolos no padro tetra ........................................ 16

    Tabela III - Tolerncia de taxa de erro de bit (BER) e erro de quadro (FER) ........................... 23

    Tabela IV - Quadro comparativo dos padres de rdio troncalizado ......................................... 26

    Tabela V - Parmetros utilizados para dimensionamento do trfego ........................................ 33

    Tabela VI - Caractersticas de carga dos abrigos principal e adjacente.................................... 39

  • LISTA DE ABREVIAES E SIGLAS

    ANATEL Agncia Nacional de Telecomunicaes.

    BCH Broadcasting CHannel

    BER Erro de bit

    BS Estao base- sigla em ingls

    CCH Controlado por um canal especfico-sigla em ingls

    CDMA Acesso mltiplo por diviso de codigo sigla em ingls.

    CHAP Challenge Handshake Authentication Protocol.

    COPOM Centro de Operaes Policiais Militares.

    DACH Dynamic Random Access CHannel

    EADS European Aeronautic Defence and Space Company

    ET Estao Terminal.

    ETSI Instituto Europeu de Padronizao de Telecomunicaes sigla em ingls.

    FCC Automatic Metering Management.

    FDMA Acesso mltiplo por diviso de frequncia sigla em ingls.

    FER Erro de quadro

    GMSK Chaveamento Mnimo Gaussiano- sigla em ingls.

    HT Hand-Talk.

    IP Protocolo de Internet- sigla em ingls.

    IPCP Protocolo de Configurao Internet Protocolo.

    ISO International Standards Organization.

    LCP Protocolo de Controle de Link.

    MSC Controladoras de Roteamento dos Mveis sigla em ingls.

    NTIA Agncia Nacional de Administrao de Telecomunicaes e Informao

    norte-americana sigla em ingls.

    ONU Organizao das Naes Unida.

    OSI Open Systems Interconnection.

    PAS Especificaes de Avaliao Pblica- sigla em ingls.

    PCH Paging Channel.

    PCM Modulao por Cdigo de Pulso-sigla em ingls

    PDP Protocolo de Dados de Pacote

    PIN Personal Identification Number.

    PMR Rdio Mvel Profissional - sigla em ingls.

    PSTN Rede pblica de telefonia fixa- sigla em francs.

  • QPSK Modulao por chaveamento diferencial de quadratura de amplitude e fase -

    sigla em ingls.

    RCH Random access answer CHannel

    RF Radiofrequncia.

    RNC Controlador da Rede de Rdio sigla em ingls.

    RPCELP Regular Pulse Code Excited Linear Prediction

    SAFECOM Departamento de Gesto das Comunicaes de Segurana dos Estados

    Unidos sigla em ingls.

    SCM Servios de Comunicao Multimdia.

    SDCH Signalling and Data CHannel

    SIM Subscriber Identity Module.

    SNDCP Subnetwork Dependent Convergence Protocol.

    SWMI Switching and Management Infrastructure.

    TDMA Acesso mltiplo por diviso de tempo sigla em ingls.

    TETRA Rdio Troncalizado Terrestre sigla em ingls.

    TIA Advanced Metering Infrastructure.

  • SUMRIO

    1 INTRODUO ............................................................................................................................ 1

    1.2 Objetivos ........................................................................................................................................ 1

    1.2.1 Objetivo Geral ......................................................................................................................... 1

    1.2.2 Objetivos especficos ............................................................................................................... 2

    1.3 Justificativa ..................................................................................................................................... 2

    1.4 Metodologia ................................................................................................................................... 2

    2 RADIOCOMUNICAO DIGITAL TRONCALIZADOS ....................................................................... 4

    3 OS PRINCIPAIS PADROES DE RADIOCOMUNICAO DIGITAL TRONCALIZADOS ........................... 8

    3.1 Padro PROJETO 25 ........................................................................................................................ 8

    3.1.1 Especificaes Tcnicas ......................................................................................................... 10

    3.2 Padro TETRA ............................................................................................................................... 13

    3.2.1 Especificaes Tcnicas ......................................................................................................... 14

    3.3 Padro TETRAPOL ......................................................................................................................... 18

    3.3.1 Especificaes Tcnicas ......................................................................................................... 19

    3.4 Comparativo dos Padres ............................................................................................................ 25

    4 PARAMETROS DE IMPLEMENTAO DE UM SISTEMA RADIOCOMUNICAO DIGITAL ............... 32

    4.1 Dimensionamento ........................................................................................................................ 32

    4.2 rea de Cobertura ........................................................................................................................ 34

    4.3 Pontos de Repetio..................................................................................................................... 35

    4.4 Estrutura de Implementao........................................................................................................ 35

    4.4.1 Sistema de Transmisso ........................................................................................................ 36

    4.4.2 Estao Base .......................................................................................................................... 38

    4.4.3 Estrutura Eltrica ................................................................................................................... 38

    4.4.4 Centro de Coordenao e Controle ...................................................................................... 41

    CONSIDERAES FINAIS ............................................................................................................. 44

    REFERNCIAS .............................................................................................................................. 46

  • 1

    1 INTRODUO

    Este trabalho trata da anlise do sistema de radiocomunicao digital e seus padres

    utilizados pelas instituies de segurana pblica do Brasil, comparando-a com as

    referencias de alguns pases que j implementaram este sistema e so conceito em

    inovao tecnolgica de comunicao. Com toda a gama de investimentos feitos atualmente

    em segurana pblica, torna-se foco de inmeras discusses governamentais a

    modernizao da estrutura existente, para que seja possvel assegurar de modo eficiente os

    direitos humanos to necessrios para sociedade em que vivemos.

    A rede de radio digital constitui um ponto indispensvel nesta modernizao

    estrutural e seu grau elevado de segurana na comunicao policial, evita assim as

    interceptaes das mensagens por pessoas no autorizadas, bem como o

    compartilhamento e integrao de dados, visando melhores resultados no atendimento

    populao.

    O funcionamento bsico da composio dos sistemas de radiocomunicao que

    feita por mdulos, subsistemas e dezenas de equipamentos, fazem parte de um amplo

    sistema, que envolve rdios, modens, centrais telefnicas, roteadores, canais de alta

    velocidade e inmeros programas de computador sem os quais no seria possvel a

    transmisso de informaes entre policiais.

    Contudo a juno de conhecimentos de pontos antes dispersos expe o cotidiano da

    populao que convive com os benefcios de eficincia, flexibilidade e clareza nas

    comunicaes, proporcionada pelo sistema radiocomunicao digital que acaba

    potencializando os recursos humanos e materiais das instituies de segurana pblica.

    Pode-se associar a radiocomunicao digital ao servio policial que tem enorme mobilidade

    e flexibilidade para reagrupar a frota de veculos e o nmero de policiais nas suas aes de

    combate ao crime, como o despacho de viaturas em situaes emergenciais.

    1.2 Objetivos

    1.2.1 Objetivo Geral

    Este trabalho tem por objetivo identificar os fatores relevantes para a

    radiocomunicao digital na segurana publica que utilizam tecnologia rdio digital

    troncalizado.

    Definir os conceitos bsicos das redes de radiocomunicaes nos padres

    escolhidos nos principais estados do Brasil.

  • 2

    1.2.2 Objetivos Especficos

    Neste sentido, este trabalho almeja expor os conceitos de radiocomunicao digital

    na segurana pblica e os principais padres tecnolgicos de radiocomunicao digital

    disponveis no mercado nacional. Para tanto, sero descritas as especificaes dos

    padres, equipamentos, mtodos de transmisso e encriptao da comunicao.

    Expondo informaes a respeito de padres de radiocomunicao digital que foram

    adquiridos por rgos de segurana pblica no pas, tais formatos de rdio digital

    apresentam-se como opes de investimento na modernizao tecnolgica aplicada no

    atendimento policial oferecido a populao.

    1.3 Justificativa

    Com toda a gama de investimentos feitos atualmente em segurana pblica, que

    foco de inmeras discusses governamentais quanto a modernizao da estrutura existente,

    para que seja possvel assegurar de modo eficiente os direitos humanos mnimos

    necessrios para se viver em sociedade.

    Trata-se de tema atual e de grande deficincia em pesquisas e artigos que possam

    servir de base para estudos futuros, por esse motivo o trabalho far uma contribuio

    significativa. Ao realizar aquisio recente do padro Tetrapol a Polcia Federal fez com que

    comeassem as buscas de outras Polcias nacionais que se mostraram interessadas em

    adquirir novas tecnologias.

    As argumentaes tericas que aliceram a padronizao da radiocomunicao

    digital no segmento governamental da segurana pblica so frgeis. Por isso, a falta de

    padres concisos de rdio digital gera uma discusso que est presente nos principais

    debates dos profissionais de segurana pblica.

    Neste sentido, uma pesquisa abordando esse segmento de radio digital na

    segurana pblica poder contribuir de maneira significativa para a indicao de novas

    possibilidades tecnolgicas no mbito das telecomunicaes. Esse estudo acadmico

    possibilitar, acima de tudo, que se realize um valioso embasamento terico conceitual para

    novos processos de investimentos da administrao pblica em telecomunicaes.

    1.4 Metodologia

    Os procedimentos a serem adotados consistem em analisar a radiocomunicao

    digital na segurana pblica com base nas escolhas de padres realizadas por estados

  • 3

    brasileiros reunindo de forma concisa as informaes disponveis em literatura especifica.

    Sero trabalhados os aspectos bsicos do funcionamento de uma rede de radio digital seus

    principais equipamentos, mtodos de transmisso e encripitao da comunicao.

  • 4

    2 RADIOCOMUNICAO DIGITAL TRONCALIZADOS

    A base terica que conceitua sistemas de comunicao moderna cria um marco que

    serve como divisor de guas que so o advento das tcnicas de modulao digital. Desta

    forma, o sistema radiocomunicao trocalizado (trunking) digital vem para transformar o

    meio de comunicao de radio frequncia arcaicos que utilizavam as comunicaes em

    canais com pares de frequncias fixas para transmisso e recepo das mensagens. Assim

    evoluindo o processo se torna uma comutao instantnea entre o receptor e o transmissor.

    Os equipamentos comeam a seguir uma sequencia logica por sua vez

    compartilhada com todas as estaes da rede possibilitando acesso mltiplo por diviso de

    frequncia dos canais disponveis (FDMA), maneira essa onde so identificadas pelas

    estaes as frequncias que devem transmitir e de modo coordenado receber em instante

    especifico de tempo. Apenas visto que a probabilidade da utilizao de diversos canais

    simultaneamente baixa, a possibilidade de bloqueio muito inferior do que quando se

    utiliza apenas um canal de acesso.

    Existem em diversas publicaes nacionais como o Glossrio da ANATEL que

    seguem uma linha conceitual que inclui o processo de modulao, acesso e transmisso

    digital, nas mesmas definies utilizadas pelas instituies internacionais, mas somando aos

    parmetros, tambm as tecnologias dos Servios de Comunicao Multimdia (SCM)

    definido por sinais de qualquer natureza de informao como udio, vdeo e texto que

    estejam digitalizados. Assim, podemos trazer, de maneira simples, um diagrama em blocos

    que demostra as etapas do sistema de radiocomunicao digital exemplificando-o na Figura

    1 a seguir:

    Fonte: Torres (2010)

    FIGURA 1 Ciclo de radiocomunicao digital

  • 5

    O compartilhamento automtico de canais em um sistema de mltiplos repetidores

    proporciona um menor tempo de acesso ao sistema e aumento da capacidade dos canais

    para uma qualidade melhor no servio de comunicao em sistema de radiofrequncia. A

    tecnologia trunking faz com que seja otimizado o processo, pois realiza a gesto de modo

    organizado dos canais de comunicao no meio de transmisso. Desta forma o sistema

    trunking adota uma metodologia que administra o espectro de radiofrequncia em razo da

    demanda por canais de comunicao.

    A existncia de um controle de canais no sistema permite que a alocao do canal

    funcione em conformidade com a exigncia das estaes, sem que exista exclusividade.

    Pode-se analisar a metodologia do sistema radiocomunicao digital trunking de modo a

    deixa-la prxima da tecnologia que constitui as centrais telefnicas, onde vrios ramais so

    interligados aos troncos com linhas, tanto de entrada quanto de sada, de modo que atenda

    a necessidade de acesso dos ramais. A correlao do rdio troncalizado d-se pela

    utilizao dos canais de radiofrequncia comutando-as aos troncos que proporciona

    disponibilidade de acesso para as diversas estaes de rdio que fazem parte desse

    sistema de comunicao. Sistema esse que pode ser analisado na Figura 2, apresenta-se

    uma exemplificao de central de controle constituda de 5 repetidores. O exemplo traz uma

    repetidora n.1 que faz papel de canal de controle que envia um Sinal de Estado Global

    (SSW) interligando-se as estaes portteis de ambos os grupos, dando como retorno quais

    as repetidoras que esto disponveis.

    Fonte: Motorola - Conceitos Trunking (2010). FIGURA 2 Controle de rdio troncalizado.

    Portanto, o modelo permite uma maior segurana nas comunicaes tornando-as

    sigilosas, justifica-se basicamente pela maneira em que as mensagens so alocadas

  • 6

    randomicamente em canais de radiofrequncia distintos. Essa complexidade causa a

    dificuldade em interceptaes no autorizadas das mensagens, pois a estao receptora

    acompanha as mudanas de canais de acordo com o conceito do sistema trunking que se

    utiliza da otimizao de forma eletrnica gerencial. A alocao dinmica dos canais

    acontece na comunicao entre as estaes de modo aleatrio ao canal em utilizao, isso

    acontece atravs do sinal de controle.

    O projeto de implementao do sistema trunking depende do nmero de estaes

    que interligam a rede de comunicao, condiciona-se a definio de provveis trfegos que

    sero requeridos pelo fluxo paralelamente escoados. Ao se projetar, deve-se definir a

    intensidade de trfego em funo do volume de trfego no tempo (Unidade Erlang/ERL).

    Desta forma, ao dimensionar os canais de radiofrequncia tem-se como objetivo a mnima

    probabilidade de bloqueio no acesso das estaes. Conforme (Motorola 2010) os

    parmetros da Frmula de Erlang B (1) podem ser utilizados para esse calculo juntamente

    com a frmula abaixo:

    B(s,a) = Probabilidade utilizao total dos troncos ou "perda admissvel" ; s = Quantidade de canais ofertados; a = Densidade de trfego. a relao entre as transmisses que chegam e as que

    so recebidas em um determinado intervalo de tempo; k=tempo de transmisso;

    (1)

    Necessita-se enfatizar ainda que o sistema troncalizado em radiocomunicao

    utilizado em algumas instituies de segurana pblica opera canais de radiofrequncia

    mensagens em modo analgico, que de maneira gradativa esta sendo substitudo pelo

    modo digital. Assim a definio da tcnica de modulao permite um aproveitamento de

    recursos de otimizao do mtodo trunking de radiocomunicao. Por tanto, acesso mltiplo

    das estaes podem ser, conforme as modalidades abaixo:

    Acesso Mltiplo por Diviso de Frequncias (FDMA);

    Acesso Mltiplo por Diviso de Tempo (TDMA);

    Acesso Mltiplo por Diviso de Cdigo (CDMA); As instituies de segurana pblica em sua grande maioria escolhem o padro pela

    modalidade, vinculada a metodologia de modulao, pode variar tambm de acordo com os

    padres de equipamentos de rdio digital trunking que so escolhidos de forma restrita para

    manter padres de segurana.

  • 7

    Existe uma diversidade de padres de rdio troncalizado, entretanto os padres em

    modo digital se destacam sobre os padres em modo analgicos por oferecerem recursos

    no possveis at ento na forma analgica, recursos esses em que podemos destacar a

    criptografia e a possibilidade de trafegar dados, alm de criarem aspectos que previnem

    interceptaes de usurios no autorizados a trafegarem na rede. Assim abordaremos os

    principais padres normativos e tecnolgicos de radiocomunicao digital utilizados

    atualmente por instituies de segurana pblica brasileiras e internacionais, que adequam-

    se as exigncias das redes de rdio trunking digital na modalidade de atendimentos

    emergenciais de segurana, esses padres so comercializados em escala mundial.

  • 8

    3 OS PRINCIPAIS PADROES DE RADIOCOMUNICAO

    DIGITAL TRONCALIZADOS

    Em vrios pases segundo a Comisso Federal de Comunicao (FCC), os padres

    esto sendo estudados e testado, no havendo um padro dominante, fechado

    tecnologicamente que comumente ocoria na rdiocomunicao analgica. Os critrios para

    escolha dos padres digitais incluem as caractersticas normativas, qualidade tcnica com

    robustez na transmisso e recepo, nivel minimo de interferncias e qualidade do sinal,

    condies de propagao em extenso da rea de cobertura, ocupao do espectro e

    compatibilidade para interroperabilidade de sinais digitais e analgicos. Assim as principais

    instituies de segurana pblica nacionais esto testando e avaliando sistemas de

    rdiocomunicao digital e iniciaram diversos processos licitatorios para envio das

    avaliaes dos sistemas atualmente existentes.

    Os trs principais padres de radiocomunicao digital, APCO-25,TETRA e

    TETRAPOL, esto sendo desenvolvidos para disponibilizar recursos e servios que possam

    contribuir para melhorar o desempenho das atividades dos rgos de Segurana Pblica. As

    empresas fabricantes que desenvolvem produtos a partir destes padres, travam uma

    batalha mercantil para tentar alcanar a hegemonia no mercado mundial, e

    consequentemente aumentar seus lucros. Nesta batalha cada empresa apresenta apenas

    as vantagens, procurando ignorar as deficincias de seus produtos. Pretende-se a

    realizao de um analise cujas caractersticas principais sero iseno de pr-conceitos, na

    elaborado a partir de conhecimentos tcnicos e cientficos, faz-se com que viabilize a

    apresentao de um panorama esclarecedor que permite uma comparao objetiva e

    conclusiva entre os que sero padres analisados.

    3.1 Padro PROJETO 25

    O Projeto 25 refere-se reunio de padres da Associao da Indstria de

    Telecomunicaes (TIA) para radiocomunicaes digitais. Estes padres esto direcionados

    em sua grande maioria das instituies de segurana pblica, associaes da indstria e

    fabricantes de equipamentos definiram a funcionalidade e as interfaces necessrias para

    que se tornasse possvel interoperabilidade entre vrios fabricantes de equipamentos.

    Como maneira de solucionar o problema de congestionamento na faixa de

    frequncia utilizada por estaes de radiocomunicao, a Comisso Federal de

    Comunicaes (Federal Communications Commission FCC), agncia reguladora dos

  • 9

    Estados Unidos da Amrica, comea a realizar pesquisas na rea de padres troncalizadas

    que utilizavam 200 canais de radiofrequncia nesta faixa do espectro radioeltrico conforme

    kavanagh (1978). No entanto, a base evolutiva do Projeto 25 foi criada pela Associao de

    Oficiais de Comunicaes em Segurana Pblica dos Estados Unidos (Associated Public-

    Safety Communications Officers APCO), acordos de cooperao com empresas de

    telecomunicaes, em pesquisas, resultaram em um padro chamado Projeto 16, projeto

    esse que contava com estaes de rdio-base em modo duplex, onde eram necessrias 5

    estaes repetidoras e 10 canais de radiofrequncia, a faixa compreendida estava entre 806

    e 866MHz. Desse modo especificou-se a largura de canal em 12.5kHz com o espaamento

    de subida e descida entre canais de 5MHz, a modulao dos canais de voz era analgica,

    mas pesquisas com canais digitais se tornaram possveis.

    A empresa Motorola Inc. se especializou no padro APCO 16 que tambm ficou

    conhecido como Projeto 16, projetou os primeiros equipamentos que foram comercializados,

    causando o que digamos uma exclusividade forada, atribui-se ao padro o termo fechado

    de rdio troncalizado. Assim pela necessidade de evoluo para a era digital, proporcionou

    ao padro Projeto 25 (P25), que sua comercializao ultrapassasse as fronteiras dos

    Estados Unidos desta forma alcanando uma aceitao mundial.

    No Brasil, o padro P25 est presente nas comunicaes das principais instituies

    de segurana pblica, dentre elas a Secretaria de Segurana Pblica do Estado de So

    Paulo. A abertura atravs da publicao do documento BSR/TIA 102.AAC/2001, que traz a

    documentao tcnica do padro P25, fez com que as instituies de segurana pblica de

    outros pases adotassem o padro. Por sua vez, o canal de controle que possibilita a

    configurao dos requisitos tcnicos para o trfego de mensagens em uma rede P25,

    contribui para uma corrida aberta na produo de equipamentos por inmeras empresas

    que iniciam o fornecimento de solues em rdio troncalizado P25. A Figura 3 ilustra a

    diversidade de fornecedores concorrentes da Motorola Inc. nica fornecedora destes

    equipamentos at ento:

    Fonte: Motorola- Conceitos Trunking (2010) FIGURA 3 Logo marcas dos principais Fornecedores Equipamentos P25

  • 10

    As especificaes tcnicas do Projeto 25 traro base para discusses que sero

    completadas por explanaes de outros padres, para que as decises futuras possam ser

    assertivas.

    3.1.1 Especificaes Tcnicas

    As especificaes tcnicas das interfaces areas de outros sistemas foram

    integradas, por meio de Interfaces Areas Comuns (CAI). Por sua vez, a tecnologia de

    Acesso Mltiplo por Diviso de Frequncias (FDMA) em sistemas digitais tem como base o

    CAI em canais de radiofrequncia de 12.5kHz. Em conformidade com o conceito de

    integrao o P25, tem seu funcionamento em modo integrado a redes FDMA, mas, pode

    tambm funcionar em canais de radiofrequncia de 6.5kHz com modo de Acesso Mltiplo

    por Diviso de Tempo (TDMA). Embora se espere que uma tecnologia se sobreponha a

    outra que consideremos ultrapassada o P25 se comporta de modo diferente incorporando

    stios de repetio com tecnologias anteriores.

    Temos como definies que a faixa de operao P25 se enquadra em um espectro

    radioeltrico entre 121-124/866-869MHz em canais duplex. Contudo, a evoluo para canais

    com comutao instantnea na faixa de espectro j se encontra em equipamentos sendo

    operados em 700MHz , a Comisso Federal de Comunicaes(FCC), agencia reguladora

    nos Estados Unidos, onde disponibilizou para os rgos de segurana pblica. Entretanto

    no Brasil o rgo regulador a Agncia Nacional de Telecomunicaes(Anatel), que destina

    a faixa de 700 (Mhz) para transmisso de canais das emissoras de TV aberta. Somente

    aps a concluso do processo de digitalizao do sistema de transmisso, previsto para

    2016, a faixa poder ter sua destinao alterada para outros servios. A Figura 4 demonstra

    um diagrama em blocos do mdulo de transmisso P25.

  • 11

    Fonte: TIA (1995). FIGURA 4 Diagrama em blocos do mdulo de transmisso P25.

    O diagrama demonstra o fluxo de um sinal de voz em modo analgico inicialmente

    codificado atravs do Codec PCM, a resultante passa pelo vocoder que realiza a

    compresso do sinal de voz a 4.4kbits/s, que se utiliza da tcnica Improved Multiband

    Excitation (IMBE). A empresa Digital Voice System, Inc (DVSI), detem a tecnologia do IMBE

    que segundo a mesma possibilita uma taxa de compresso de at 7200bps em quadros de

    20ms. Neste modelo utiliza-se do recurso de 144 bits por quadro, com 87 para o cabealho

    de informao, 1 bit responsvel pelo sincronismo e 56 ficam no controle de codificao de

    erro. A Figura 5 ilustra a disposio dos bits udio comprimidos nos quadros P25.

  • 12

    Fonte: Daniels P25 Training Guide DVSI Electronics (2004). FIGURA 5 Alocao dos bits de udio.

    Os bits ao sair do vocoder IMBE, so direcionados ao codificador de canal que

    acresce de informaes de sinalizao, correo de erro e totaliza 9.6kbits/s de dados para

    a transmisso. Para modulao da portadora o esquema Compatible 4-Level Frequency

    Modulation (C4FM), A modulao C4FM uma forma particular da modulao por

    Chaveamento de Fase em Quadratura (CQPSK), na qual ao invs de ser enviado um

    smbolo correspondente a um parmetro puro de fase, este smbolo representado por um

    desvio de frequncia. Neste caso, cada conjunto de bits representado por um smbolo

    provoca uma variao de freqncia determinada no sinal da portadora.

    A modulao no P25 utiliza-se do mtodo CQPSK, onde os smbolos so

    sucessivamente mudados em fase de 45 no predecessor, mas passa a operar em canais

    6.5kHz. Neste processo a modulao acontece em fase e amplitude de portadora

    simultaneamente, a largura espectro ocupado reduzida em um sinal modulado CQPSK

    segundo Torres (2010). A Figura 6 apresenta o diagrama do modulador CQPSK.

  • 13

    Fonte: Daniels P25 Training Guide DVSI Electronics (2004). FIGURA 6 Diagrama do modulador CQPSK.

    O padro P25 possui compatibilidade com verses anteriores e com outros sistemas

    Professional Mobile Radio (PMR), graas s tcnicas de migrao que acontecem a partir

    da diviso dos canais de radiofrequncia. Os canais analgicos de 25kHz podem ser

    divididos em dois canais digitais de 12.5 kHz. Para tanto, realiza-se uma reconfigurao dos

    centros que so compensados para 6.25kHz em canais digitais.

    A migrao a partir do mtodo de centralizao, um canal digital de 12.5 kHz

    inserido no centro do canal analgico de 25 kHz.

    Importante padro de rdio digital troncalizado foi desenvolvido para o segmento de

    segurana pblica com a colaborao dos usurios. No entanto tambm possui suas

    restries de mercado que deram incio com um longo perodo de exclusividade da empresa

    Motorola Inc, que produz microprocessador vocoder da DVSI. O P25 evolui e o perodo de

    exclusividade terminou causando a abertura para inmeros fabricantes de interfaces que

    agora esto focados em produzirem em plataformas IP.

    3.2 Padro TETRA

    A tecnologia tem como ponto forte o fato de sua pesquisa de desenvolvimento ser

    direcionada a possibilitar um padro aberto de rdio digital troncalizado denominado

    Terrestrial Trunked Radio (Tetra) segundo Torres (2010). Para tanto, o padro transformou-

    se em uma tecnologia de Public Access Mobile Radio (PAMR) global, englobando inovaes

    tecnolgicas de transmisso.

    O padro Tetra foi disponibilizado para domnio publico pela European

    Telecommunication Standards Institute (ETSI). Desse modo, a associao fundada a partir

    do Tetra Memorandum of Understanding (Tetra MoU) ampliou a comercializao do padro

    em mbito mundial. Na Europa, inmeras empresas comearam a fabricar e comercializar o

  • 14

    padro Tetra para diferentes mercados PMR, desde o segmento militar at aplicaes civis

    convencionais.

    Protocolo TETRA foi pensado para usos em agencias governamentais, segurana

    pblica (polcias, bombeiros e ambulncias), servios de emergncia, etc. Essas

    organizaes tm alguns requerimentos especiais que os diferenciam de usurios comuns

    de rdios:

    As comunicaes tem que ser seguras, sem possibilidades de escutas no

    autorizadas;

    Comunicaes importantes tem que ser completadas (por exemplo, em casos de

    emergncias);

    Grupos de comunicaes devem poder ser criados para possibilitar comunicaes

    entre diferente organizaes em eventos especiais ou emergncias;

    O protocolo tem que ser aberto suficiente para incorporar novos usos e aplicaes.

    Essas necessidades levaram ao desenho do protocolo de rdio troncalizado digital

    TETRA, que contempla mecanismos para assegurar que todas essas funes e

    necessidades sejam cumpridas. Portanto, o protocolo TETRA um protocolo seguro, com

    vrios mecanismos de segurana e criptografia, feito para funcionar em situaes exigentes

    de emergncias, e com uma lista abrangente de funes que, hoje em dia, so usadas por

    profissionais usurios de rdios em vrios mercados diferentes.

    3.2.1 Especificaes Tcnicas

    O Padro Tetra foi desenvolvido para funcionamento compartilhado nas faixas de

    radiofrequncia destinadas aos sistemas PMR convencionais existentes VHF e UHF, e

    tambm com a telefonia mvel. Essas informaes possuem descrio e registro detalhado

    em especificaes na ETSI (2005).

    Nesse sentido, nos canais existentes, com espaamentos de 25kHz, so alocadas as

    portadoras do Tetra, de modo que possam coexistir os sistemas PMR convencionais

    legados e telefonia mvel. Contudo, o acesso aos canais feito por meio de janelas de

    tempo definidas, isto , segundo a tecnologia TDMA. A rede Tetra possui ainda inter-

    conexo entre redes por meio de interface IP, com stios de repetio, estaes de

    despacho, bancos de dados, e outros elementos da rede que podem ser observados no

    diagrama geral da rede na Figura 7.

  • 15

    Fonte: Adaptado de Tutorial mundo tetra, 2011, p.9.

    FIGURA 7 Diagrama de interao da rede Tetra.

    Em linhas gerais, as especificaes do padro foram definidas de maneira que o

    padro possa coexistir com outras redes. Essas informaes generalizadas podem ser

    avaliadas na Tabela I, onde esto descritos o espaamento de canal, tecnologia de

    modulao, taxa de transmisso da portadora e outras caractersticas tcnicas:

    TABELA I Descrio geral do padro tetra.

    Parmetro Valor

    Espaamento entre portadoras 25KHz

    Modulao /4 DQPSK

    Taxa de transmisso da portadora 36 Kb/s

    Taxa de codificao ACELP(4,58 Kb/s net, 7,2 Kb/s gross)

    Mtodo de acesso ao meio TDMA

    Taxa de dados para o usurio 7,2 Kb/s por timeslot

    Mxima taxa de transmisso 28.8 Kb/s

    Taxa de dados protegidos At 19,2 Kbps

    Fonte: Alotaib (2006).

    Os canais de radiofrequncia do Tetra so separados por um espaamento de

    25kHz, com acesso TDMA. As janelas de tempo possuem um perodo de 14,167ms para

    transmisso da informao com taxa de modulao de 36kbit/s. Para tanto, adotado o

  • 16

    esquema de modulao /4 Shifted Differential Quaternary Phase Shit Keying (/4 -

    DQPSK). So modulados 255 bits em sub-quadros com durao de aproximadamente

    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 sequncia de 60 multi-quadros.

    A modulao dos 255 bits ocorre em funo de sua fase e estado lgico. Essa

    tcnica segue a fundamentao definida na Frmula (2) a seguir:

    (2)

    Fonte: ETSI (2005)

    Onde:

    S (K) = Smbolo resultante

    D - Mudana de fase

    K Nmero mximo de smbolos

    Para a mudana de fase e estado lgico dos smbolos adotada a Tabela II a

    seguir:

    TABELA II Formatao e constelao dos smbolos no padro tetra.

    B(2k-1) B(2k) D(K)

    1 1 -3/4

    0 1 +3/4

    0 0 +/4

    1 0 - /4

    Fonte: Alotaib (2006).

  • 17

    Quanto modulao dos sinais, os smbolos so selecionados em funo da

    Frmula (3):

    (3)

    Fonte: ETSI (2005).

    S(t) Smbolo modulado

    K Nmero mximo de smbolos

    t Durao do smbolo

    g(t) Formatao ideal de smbolo

    Os pacotes de dados so formatados para o trfego na interface area de modo que

    sejam facilmente integrados ao protocolo IP em seu destino. Neste caso, existe

    compatibilidade da rede Tetra com o esquema de camadas proposto pela International

    Standards Organization (ISO) na arquitetura do modelo referncia de protocolos Open

    Systems Interconnection (OSI). Para tanto, na camada de rede Tetra existe o Subnetwork

    Dependent Convergence Protocol (SNDCP) responsvel pelo controle e negociao do fluxo

    dos pacotes de dados entre os terminais Tetra com a infra-estrutura de roteamento e

    gerenciamento (SwMI - Switching and Management Infrastructure). A Figura 8 ilustra essa

    integrao:

    Fonte: Alotaib (2006). FIGURA 8 Integrao da rede Tetra e rede IP.

    TE Estao Terminal

    MT Terminal Mvel

    TE MT

    SwMI

    RADIUS

    Client

    IP Network(s)

    AAA Sever

    MS

  • 18

    MS Estao Mvel

    SwMI- Infra-estrutura de gerenciamento

    AAA Servidor IP

    RADIUS Protocolo de Autenticao

    Neste processo a estao terminal se comunica com a estao mvel por meio de

    um protocolo Ponto-a-ponto (PPP) e estabelece um enlace de comunicao de configurao

    preliminar atravs do Protocolo de Controle de Link (LCP). Em seguida, estabelecida a

    conexo e se inicia o processo de autenticao por meio do Challenge Handshake

    Authentication Protocol (CHAP).

    Contudo, a autenticao da estao terminal validada apenas quando a estao

    mvel Tetra acessa a rede. Isso ocorre aps o acesso ao servidor de autenticao atravs

    da infra-estrutura de rede. O acesso rede de dados ocorre por meio de uma negociao

    de transferncia entre o Protocolo de Dados de Pacote (PDP) e o formato IP. Para tanto, o

    Protocolo de Configurao IP (IPCP) gerencia esse processo definindo os endereos

    apropriados na rede.

    Nesse sentido, verifica-se que o padro Tetra possui grande facilidade de integrao

    com outras redes a partir da plataforma IP. A autenticao das estaes e sua comunicao

    na rede segundo o protocolo IP deixa o padro Tetra em destaque como soluo em

    radiocomunicaes digitais.

    3.3 Padro TETRAPOL

    O padro Tetrapol de rdio digital troncalizado surgiu na Frana, no final da dcada

    de 90, a partir da parceria formada pela guarda nacional francesa Gendarmerie e a empresa

    Matra Comunicaes. No incio do projeto foram criadas redes de radiocomunicaes

    digitais envolvendo diferentes rgos de segurana franceses, pouco depois, foi criada a

    rede nacional de comunicaes para segurana pblica denominada ACROPOL.

    A Espanha iniciou as implementaes, com o projeto NEXUS de comunicaes para

    segurana pblica, dentre os projetos a implementao do Mxico em 1995 inicia a

    utilizao do padro em sua capital nacional. Outros pases tambm implantaram o Tetrapol

    nas redes de segurana pblica, como a Romnia, Eslovquia e recentemente o Brasil, com

    o sistema recm-adquirido pela Polcia Federal.

    Desde a sua criao, o padro Tetrapol no foi adotado exclusivamente em redes

    governamentais, pelo contrrio, empresas privadas tambm investiram na aquisio dessas

    redes digitais de radiocomunicaes. Em funo disso, diferentes empresas de

    telecomunicaes se reuniram e fundaram um frum de discusses para o desenvolvimento

  • 19

    do padro em mbito global. Com essa iniciativa, as especificaes tcnicas foram

    compartilhadas e o detalhamento da tecnologia permitiu a divulgao desse formato de

    rdio digital para a fabricao em larga escala industrial.

    Esse frum de discusses tcnicas est disponvel no endereo eletrnico

    www.tetrapol.org, onde so disponibilizadas as Especificaes de Avaliao Pblica (PAS)

    do padro Tetrapol. Essas especificaes foram escritas segundo as normas do Instituto de

    Padronizao de Telecomunicaes Europeu (ETSI). Logo, as especificaes descritas nas

    PAS foram selecionadas pelas empresas que integram o frum Tetrapol para divulgao

    parcial, no sendo publicadas na ntegra todas as informaes tcnicas desse formato de

    rdio digital.

    Neste ponto existe uma polmica industrial, pois as empresas que integram o frum

    Tetrapol afirmam que as especificaes tcnicas descritas nas PAS so suficientes para a

    fabricao de equipamentos neste padro, mas as empresas concorrentes afirmam o

    contrrio. Isso significa dizer que para algumas empresas o padro Tetrapol deve ser

    considerado como uma tecnologia restrita ou de padro fechado. Para essas empresas, o

    Padro Tetrapol deveria publicar suas especificaes de maneira ampla e detalhada, como

    ocorrem com os formatos Projeto 25 e Tetra. Por exemplo, o padro europeu Tetra possui

    toda a sua documentao tcnica publicada no rgo de padronizao daquele continente.

    Esse o caso da ETSI EN 300 392-2 Terrestrial Trunked Radio (TETRA) Voice

    plus Data (V+D) - Part 2: Air Interface (AI), que diferentemente do Tetrapol, compe uma

    documentao tcnica de domnio pblico que detalha sua interface area. Contudo,

    segundo o entendimento das empresas que integram o frum Tetrapol, esse padro seria

    totalmente aberto, pois as PAS possuiriam informaes tcnicas detalhadas e suficientes

    para compreenso plena do funcionamento dessa tecnologia.

    Polmica a parte, fato que o padro Tetrapol est presente no mercado global e

    apresenta-se como uma das opes de rdio digital troncalizado para segurana pblica.

    Segundo o frum Tetrapol (2011) esto em operaes 90 redes de radiocomunicaes,

    instaladas em 35 pases, com uma cobertura de 1.700.000 Km2, 850.000 usurios, e

    investimentos previstos na ordem de 5 bilhes de Euros.

    Em meados do ano 2000 surgiu a empresa European Aeronautic Defence and Space

    Company (EADS), tendo sua gnese razes na antiga Matra Comunicaes. Atualmente, a

    empresa EADS lidera mundialmente a fabricao e o fornecimento de solues Tetrapol em

    rdio digital. Suas atividades tambm podem ser acompanhadas pelo frum de fabricantes

    Tetrapol ou na pgina oficial da empresa no endereo eletrnico www.eads.com.

  • 20

    3.3.1 Especificaes Tcnicas

    O padro Tetrapol adota tecnologia de Acesso Mltiplo por Diviso de Frequncias

    (FDMA) e tcnica de Modulao por Chaveamento Mnimo Gaussiano (GMSK), que pode

    ser feito na faixa de frequncias compreendidas entre 70Mhz a 520MHz segundo PAS

    (2008). Na Europa, o Tetrapol est presente na faixa de 380MHz a 400MHz, em canais

    dedicados segurana pblica. Para tanto, recomenda-se a faixa de UHF (Ultra High

    Frequency) com a canalizao de 10KHz ou 12.5KHz e espaamento de 5MHz na

    modalidade Duplex.

    A estao base (BS) pode ser composta por at 24 repetidores controlados por um

    canal especfico (CCH). Este canal emite um sinal piloto de sincronismo (PCH Paging

    Channel) para controle de trfego e acesso (FDMA) nos canais da BS. O PCH est presente

    nos quadros (frames) denominados DATA, os quais pertencem a sequncia 98, 99, 198 e

    199 dos quadros de dados emitidos pelo CCH.

    O canal de controle de uma estao base Tetrapol emite ainda os sinais de difuso

    para todos os terminais (ET) por meio do quadro Broadcasting CHannel (BCH), assim como

    o Canal de Resposta de Acesso Aleatrio (RCH Random access answer CHannel).

    Em ambos os casos segundo Torres (2006), a sinalizao de descida (downlink),

    de maneira uni-direcional. Esses sinais integram um superquadro que possui tambm uma

    sinalizao de subida (up-link) uni-direcional no CCH, tanto para alocao dinmica dos

    repetidores (DACH Dynamic Random Access CHannel) como para o canal de acesso

    aleatrio (RACH Random Acess CHannel). A sinalizao e controle de um terminal

    Tetrapol podem ser avaliados na Figura 9 abaixo:

    Fonte: Tetrapol (2011). FIGURA 9 Sinalizao e controle.

  • 21

    O superquadro de sinalizao possui 200 quadros com 160bits que so transmitidos

    em intervalos de 20ms. Ao todo, no perodo de 4s, so enviados e recebidos os bits

    correspondentes ao PCH, RCH, DACH e outros dados de controle e sinalizao no CCH,

    nas frequncias de subida ou descida correspondentes. A comunicao entre a BS e o ET

    no ocorre apenas em modo uni-direcional nos canais lgicos de controle especficos, pois

    existe tambm o canal de comunicao permanente de dados e sinalizao bidirecional

    Signalling and Data CHannel (SDCH). O SDCH viabiliza a sinalizao necessria para as

    comunicaes ponto-a-ponto e ponto-multiponto na rede Tetrapol.

    Por sua vez, o controle de trfego obtido a partir de quadros enviados e recebidos

    em canais lgicos bem definidos. O Signalling channel for transmitter interruption (SCH/TI)

    enviado de maneira uni-direcional no superquadro de descida e indica o momento correto

    para a transmisso do ET. O Signalling CHannel (SCH) tambm integra o superquadro de

    160bits e possui funo semelhante. Esta sinalizao controla o trfego dos Voice Channel

    or Data Channel (VCH/DCH) na interface area do Tetrapol. A Figura 10 abaixo descreve

    resumidamente este fluxo de sinalizao entre a ET e BS por meio do CCH:

    Fonte: Tetrapol (2011). FIGURA 10 Controle de trfego.

    Os quadros que integram os canais lgicos de udio ou dados so embaralhados no

    processo de preparao para seu envio na interface area. Dessa maneira, o Tetrapol inicia

    o procedimento de proteo para segurana e sigilo das mensagens que trafegam na rede.

    Os bits que compe a mensagem original so alocados em blocos de 20bits e

    recebem bits redundantes de proteo para codificao e embaralhamento criptogrfico na

    rede. Este processo pode ser visualizado na Figura 11.

  • 22

    Fonte: Tetrapol (2011). FIGURA 11 Criao de quadros de udio.

    A Figura 11 acima descreve passo a passo o processo de formao dos quadros de

    udio que trafegam na rede Tetrapol. O codificador entrega blocos de 20bits de udio,

    separados por 2bits de proteo no primeiro bloco. O primeiro bloco de 20bits + 2bits de

    proteo so responsveis pelo incio da sequncia de codificao.

    A codificao e decodificao (CODEC) do Tetrapol so baseados em algoritmos

    Regular Pulse Code Excited Linear Prediction (RPCELP) que so implementados a partir de

    amostras de 20ms, perfazendo um grupo de 160 quadros que so convertidos em blocos

    120bits. No receptor, os 120bits decodificados so recuperados e transformados em 13bits

    no formato de Modulao por Cdigo de Pulso (PCM) para reproduo do udio. As

    Frmulas (4) e (5) a seguir representam as definies matemticas para a gerao dos

    blocos de bits no CODEC RPCELP do formato Tetrapol:

    (4)

    (5)

    Os elementos assim esto descritos:

    ELPT Palavra Codificada (Long Term Predictor)

    bo Ganho de cada palavra codifica

  • 23

    H Matriz Convolucional Toeplitz triangular baixa (diagonais da matriz).

    d - Amostras

    t Tempo de amostragem

    To Tempo de atraso (Delay)

    d Sinal residual.

    d' To Quantidade de tempo residual perdido

    Para o processo de embaralhamento (scrambling) dos bits utilizada a sequncia lgica

    obtida a partir da Frmula (6) abaixo:

    s(k) = ( s(k-1) + s(k-7) ) para k > 6 ( 6 )

    Onde:

    S = Sinal de sada

    K = Amostra

    Na formatao dos quadros de dados utilizado um procedimento semelhante e pode ser

    avaliado na Figura 12 a seguir:

    Fonte: Tetrapol (2011). FIGURA 12 Diagrama de interao da rede Tetra.

    As Taxas de Erro de bit (BER) so toleradas tanto para os quadros de udio quanto

    para os quadros de dados. O valor mximo de BER est em torno de 0.1% para condies

    de interferncia de at 20dBm. A Tabela III a seguir apresenta os valores tolerveis para as

  • 24

    Taxas de Erro de Quadros (FER) e BER para at 85dBm de interferncia e boas condies

    de propagao, tanto para os canais lgicos de udio (VCH) quanto de dados (DCH):

    TABELA III Tolerncia de taxa de erro de bit (BER) e erro de quadro (FER)

    Canal

    Lgico

    Erro

    Caracterstico

    Propagao

    com Esttica

    VCH Classe1 FER

    0,005%

    VCH Classe 2 BER

    DCH

    (Quadro de dados)

    FER

    DCH

    (Alta taxa de quadro de dados)

    FER

    Fonte: Tetrapol (2011).

    Para a perfeita operao da rede, a sensibilidade de recepo da Estao Base deve

    ser de113dBm , e 111dBm para os terminais. tolerada ainda uma interferncia entre os

    canais de at 45dB para canais de 12.5KHz. As Estaes Base Tetrapol podem ser

    conectadas ainda rede pblica de telefonia fixa (PSTN), mvel, ou mesmo a uma rede IP.

    Assim, o diagrama geral de uma da rede Tetrapol pode ser avaliado na Figura 13.

  • 25

    Fonte: Tetrapol (2011). FIGURA 13 Diagrama da rede Tetrapol.

    Neste diagrama verifica-se a interoperabilidade da rede Tetrapol a partir das

    interfaces IP disponveis para cada bloco da rede. Diante dessa realidade, verifica-se ainda

    que para integrao de uma rede Tetrapol deve-se adotar mecanismos que possam

    compartilhar canais lgicos na plataforma IP entre os blocos das redes. Conforme descrito

    anteriormente, a interface area do Tetrapol possui criptografia fim-a-fim, no se admitindo

    conexes na rede seno em seu formato original. Este posicionamento tcnico pode ser

    avaliado na Figura 14.

  • 26

    Fonte: Tetrapol (2011). FIGURA 14 Sistema de Criptografia Tetrapol.

    No processo descrito na Figura anterior, a interface area criptografada e possui

    chaves de autenticao para os terminais mveis. Essas chaves lgicas esto armazenadas

    em cartes SIM (Subscriber Identity Module) nos terminais, com tecnologia semelhante

    telefonia mvel. Cada terminal tambm possui um cdigo numrico pessoal (PIN) de

    identificao, que requisitado pelo canal de controle durante a habilitao do terminal na

    rede Tetrapol. Desse modo, as comunicaes que fluem do terminal mvel, passando pela

    interface area, estao base, at o terminal de destino so criptografas.

    Na rede Tetrapol a formatao dos quadros possibilita o fluxo dos dados em canais

    lgicos de maneira criptogrados, desde o seu envio pelo terminal mvel, at chegar ao

    repetidor, fluir pela rede IP, at chegar ao seu destino. Para interconexes das redes deve-

    se utilizar um conversor de canal. Este equipamento permite a interoperabilidade de um

    terminal que opera em outro padro com o formato Tetrapol.

    Em alguns segmentos, como aplicaes militares e segurana pblica, a criptografia

    fim-a-fim apresenta-se como um diferencial razovel nas redes de rdio digital. Tal

    caracterstica permite maior sigilo nas comunicaes, evitando interceptaes indesejveis.

    Contudo, essa caracterstica tambm restringe o acesso dos fabricantes ao padro de rdio

    digital, uma vez que essas solues tecnolgicas exigem investimentos em todos os blocos

    da rede, de maneira uniformizada.

    3.4 Comparativo dos Padres

    Conforme observado ao longo deste trabalho, os padres de rdio digital

    troncalizado Tetrapol, Tetra e P25 apresentam diferenas tcnicas relevantes. A Tabela IV

    apresenta as caractersticas tcnicas de cada padro, bem como suas divergncias:

  • 27

    TABELA IV Quadro comparativo dos padres de rdio troncalizado.

    CARACTERSTICAS APCO-25 TETRA TETRAPOL

    TECNOLOGIA FDMA TDMA FDMA

    MODULAO QPSK-C _/4DQPSK GMSK

    VOCODER IMBE A-CELP RP-CELP

    BANDA DE FREQUNCIA (Mhz) 130-900 380-900 70-900

    ESPAAMENTO DE CANAIS (Khz) 12,5 25 10 e 12,5

    POTNCIA DE EQUIPAMENTO MVEL (W) 1,3 e 10 1,3 e 10 1,5 e 10

    TAXA P/ TRANSMISSO DADOS NA REDE (kbits/s) 9,6 28,8 7,2

    TAMANHO DAS CLULAS EM REA RURAL 53 km 20,7 km 31,1 km

    TAMANHO DAS CLULAS EM REA URBANA 5,4 km 2,9 km 4,3 km

    MXIMO PATH LOSS EM REA RURAL (MARGEM 7 db) 157,8db 144 db 150 db

    MXIMO PATH LOSS EM REA URBANA (MARGEM 20 db) 131,3 db 122 db 128 db

    NMERO DE ESTAES BASE EM REA RURAL 161 1056 466

    NMERO DE ESTAES BASE EM REA URBANA 683 2427 1071

    CUSTO TERMINAL (dlares) 2.500 700 1.300

    Fonte: Motorola - Conceitos trunking (2010).

    Essas so informaes relevantes, pois o conhecimento das especificaes tcnicas

    de cada padro apresenta-se de modo estratgico para compresso e anlise das

    possibilidades de integrao entre os padres e demais redes de comunicaes. A seguir

    passaremos a analisar as principais caractersticas capazes de influenciar no desempenho

    de uma rede de radiocomunicao digital.

    O item banda de frequncia de operao de cada padro de radiocomunicao,

    sendo que neste quesito o TETRA possui pior desempenho, tendo em vista que sua

    frequncia mais baixa de operao de 380 Mhz, enquanto que no APCO-25 chega a 130

    Mhz e no TETRAPOL at mesmo a 70 Mhz. Quanto menor a frequncia de operao, maior

    ser a rea de cobertura de cada stio, ou seja, sero necessrio menor investimento em

    infraestrutura, isto se o custo de cada site fosse similar para cada padro, no entanto o

    custo de cada site varia de acordo com o projeto e padro da rede.

  • 28

    Existe um custo mnimo necessrio para ativao de um Site, tendo em vista ser

    necessrio prever a compra ou locao de um terreno, a construo de uma torre,

    construo de um abrigo para guardar os equipamentos, compra de geradores e banco de

    baterias, gastos para manuteno das instalaes e pagamento da conta de energia

    eltrica. Todos estes custos so independentes do equipamento que ser instalado no local.

    Quanto maior a quantidade de sites, maior sero os custos, porque nem todos os locais

    considerados tecnicamente ideais para instalao do Site, podero receber esta

    infraestrutura.

    Os sites so ativados onde possvel e no onde deveriam ser instalados, tornando-

    se necessrio ativar mais sites do que o previsto no projeto original.

    O item espaamento de canais e quantos canais podem operar em 25 kHz. O

    TETRA apresenta uma eficincia espectral 100% superior ao APCO-25 e TETRAPOL, que

    apresentam o mesmo desempenho, ou seja, em 25 kHz consegue utilizar apenas dois

    canais tendo em vista que cada canal utiliza 12,5 kHz, enquanto que o TETRA possui canais

    de 6,25 kHz. Quanto menor for o canal, maior a quantidade de canais podem ser utilizados

    em determinada banda de frequncia. Esta uma caracterstica importantssima tendo em

    vista que o espectro de radiofrequncia encontra-se cada vez mais saturado, sendo este

    justamente a principal virtude das redes troncalizadas, que so capazes de utilizar a mesma

    frequncia para diversas redes, sem que haja interferncias entre elas. No entanto no

    basta utilizar uma rede troncalizada para resolver o problema de espectro de

    radiofrequncia, necessrio utilizar canais cada vez menores, a fim de aumentar a

    quantidade destes, mas neste aspecto o principal problema a qualidade, tendo em vista

    que em canais com pequena largura a qualidade do udio pode ser prejudicada, bem como,

    poder ficar limitada a taxa de transmisso de dados. A rede TETRA apresenta udio com

    boa qualidade e resolve o problema da taxa de transmisso de dados, alocando

    simultaneamente, quando necessrio, quatro canais, de forma a multiplexar e quadruplicar a

    taxa de transmisso de dados. O APCO-25 e o TETRAPOL esto desenvolvendo-se

    tecnologicamente, de modo a viabilizar sua operao em canais de 6,25 kHz, a fim de suprir

    esta deficincia na otimizao do espectro de radiofrequncia.

    A potncia do equipamento mvel, sendo que em comparao com sistema

    analgicos, h uma reduo na potncia dos equipamentos, de modo que temos mais um

    motivo para justificar a necessidade de ser empregado nestas redes um nmero muito maior

    de sites. O principal motivo desta reduo da potncia, que na Europa e nos Estados

    Unidos, temos a presena de agncias reguladoras, que preocupadas em no expor o ser

    humano a emisses de radiofrequncia, cujo resultado, no foram at o presente momento

    exaustivamente analisado pela cincia, sendo que na dvida optou-se por determinar o

    desenvolvimento de equipamentos que apresentem menor risco possvel para a sade

  • 29

    humana, e consequentemente operem com potncias inferior a dos equipamentos de redes

    analgicas. A cobertura e propagao de radiocomunicao apresenta as seguintes

    caractersticas: quanto maior a potncia e sensibilidade maior a cobertura; quanto maior a

    frequncia e modulao mais complexa menor ser a cobertura. Um sistema com maior

    cobertura necessita de mais: frequncias, mais stios, mais enlaces, mais equipamentos,

    mais complexo, e apresenta maior custo de aquisio e manuteno.

    Assim a taxa de transmisso de dados, no pode ser analisada a partir de

    nmeros absolutos, tendo em vista que uma varivel muito importante a ser analisada a

    sensibilidade dos transceptores utilizados e da prpria estrutura de rede, tendo em vista que

    a sensibilidade influencia diretamente na taxa de erros, consequentemente no adianta ter

    um fluxo com grande quantidade de dados, se o ndice da taxa de erros for alto, neste caso

    ser necessrio descartar muitos pacotes, resultando em desempenho inferior ao

    apresentado por velocidades inferiores, mas com menores taxas de erros.

    Outro aspecto importante que o ndice apresentado trata-se de velocidade mxima

    nominal, que a velocidade de pico da rede. O ndice que apresentaria melhor qualidade

    para fazer-se uma comparao tcnica seria obtido a partir da anlise da taxa mdia de

    trfego de dados em condies similares.

    Apresentam a anlise comparativa do path loss o tamanho das clulas em reas

    urbanas e rurais, conforme ilustra grfico 1. Esta caracterstica apresenta reflexo imediato

    nos custos de uma rede de radiocomunicao, tendo em vista que quanto maior a

    quantidade de sites maior ser, em geral, o valor a ser investido em infraestrutura, bem

    como maior ser o custo de manuteno da rede. A diferena entre os padres

    extremamente acentuada, tendo em vista que o TETRA apresenta o pior desempenho, tanto

    em rea rural, quanto em rea urbana inferior ao TETRAPOL, que apresenta por sua vez

    um desempenho apenas mediano, sendo o APCO-25 a rede que apresenta o maior

    tamanho de clula, consequentemente uma rede com este padro possuir um menor

    nmero de sites.

  • 30

    Grfico 1 - Comparao desempenho APCO-25, TETRA e TETRAPOL

    Legenda:

    A = Proporo de estaes base em rea rural (Km);

    B = Proporo de estaes base em rea urbana (Km);

    C = Mximo path loss em rea rural (margem 7 db);

    D = Mximo path loss em rea urbana (margem 20 db);

    E = Tamanho das clulas em rea rural (Km);

    F = Tamanho das clulas em rea urbana (Km).

    O grfico 2 apresenta com maior nvel de detalhamento os dados referentes ao

    nmero de estaes bases, necessrias em cada rede, bem como, a comparao do

    tamanho das clulas de cada padro.

    Grfico 2 - Tamanho das Clulas

  • 31

    O custo dos terminais considera-se aspecto importante em um projeto de rede onde

    se deve prever que pelo menos 50% do seu investimento dever ser destinado aquisio

    de terminais (fixos, mveis, portteis e acessrios).

    Grfico 3 - Custos Rede Digital de Radiocomunicao

    O grfico 3 apresenta uma anlise comparativa entre custos de infraestrutura,

    terminais e uma anlise dos custos total da rede. Neste grfico podemos verificar que o

    padro TETRAPOL apresenta menor custo mdio, que foi obtido a partir da soma dos

    custos de infraestrutura e dos terminais. Para estabelecer uma comparao entre os custos

    da infraestrutura e dos terminais, atribuiu-se 100% ao padro com maior custo, sendo que

    os outros dois padres foram valorados em termos proporcionais, a partir da anlise da

    quantidade de sites que seriam necessrios para estabelecer a rede.

    Para definir o custo total da rede foram somados os custos com infraestrutura e com

    terminais e divididos por dois, de forma a obtermos a mdia de gastos, tendo em vista que

    atribumos um peso de 50% para infraestrutura e 50% para terminais.

    As informaes apresentadas permitem realizar um comparativo concreto dos

    padres de radiocomunicao digital, de forma a viabilizar uma analise a respeito do

    desempenho de cada padro.

    O modo ideal para realizar esta comparao seria implantar os trs padres na

    mesma rea geogrfica, em condies similares de operao, para somente a partir da

    anlise deste desempenho, definir qual padro atende as necessidades dos rgos de

    Segurana Pblica.

    Entretanto diante da impossibilidade de efetuar-se este tipo de teste de campo,

    realizamos uma pesquisa cientfica, de forma a obter-se os dados para estabelecer um

  • 32

    quadro comparativo e desta forma viabilizar uma anlise emprica, que apresentou

    resultados consistentes a partir do uso de tcnicas especficas.

    A escolha de um padro de radiocomunicao digital deve levar em conta no as

    caractersticas tcnicas disponibilizadas, mas sim quais so as caractersticas que possuem

    importncia para o usurio da rede, bem como, a relao custo benefcio do sistema, e

    principalmente as condies financeiras no somente para adquirir o sistema, mas

    principalmente, qual a previso do custo de manuteno deste sistema, avaliar qual o ciclo

    de vida estimado para terminais e infra-estrutura.

  • 33

    4 PARAMETROS DE IMPLEMENTAO DE UM SISTEMA

    RADIOCOMUNICAO DIGITAL

    O projeto da rede de radiocomunicao digitalizada se inicia a partir da definio dos

    parmetros bsicos de demanda exigida para as comunicaes. Nesse aspecto,

    inicialmente, devem ser considerados o permetro de segurana a ser atendido e o nmero

    de estaes envolvidas no policiamento ostensivo. De acordo com esses parmetros, ser

    possvel determinar o trfego e a rea de cobertura desejada para a rede. Aps a definio

    destas caractersticas, sero estabelecidos os pontos de repetio e dimensionados os

    stios com as estaes base.

    De acordo com o fluxo de pessoas possvel determinar o nmero de policiais

    necessrios para o que conhecemos como cerco de segurana. Para tanto, o critrio

    adotado definido pela Organizao das Naes Unidas (ONU) que estabelece 1 policial

    para 250 habitantes. Os policiais costumeiramente atendem ocorrncias rotineiras, tal como

    combate ao trfego de drogas e controle de trnsito.

    De acordo com estas informaes possvel definir o nmero mnimo de 3.500

    policiais por turno durante o policiamento padro de uma capital metropolitana brasileira,

    bem como o nmero de veculos envolvidos. Assim, podem ser necessrias cerca de 3.500

    estaes mveisportteis (policiais a p) e 2.000 estaes mveis-veiculares para

    atendimento desta demanda.

    Estimados os nmeros de estaes necessrias para estabelecer a demanda por

    trfego na rede que deve seguir dados estatsticos de cada regio. De acordo com Shao

    (2008) e Ketterling (2009), o trfego de voz de rgos de segurana pode alcanar at 50

    Erl por usurio, adotando a seguinte caracterstica. Em estudos recentes pode-se

    determinar que a media de chamadas de radio de policiais e bombeiros tem a durao tpica

    de 90 segundos, enquanto a polcia jurdica usando principalmente telefones mveis em

    redes pblicas, com uma durao tpica chamada de 150 segundos.

    Estabelecidos os parmetros quantitativos estaes e trfego, possvel avanar na

    anlise da rede, estudando o permetro de segurana para cobertura, os pontos de

    repetio e dimensionamento dos stios com as estaes base.

    4.1 Dimensionamento

    Nesta etapa do projeto so dimensionados os stios de repetio com as estaes

    base da rede. Para tanto, ser analisado o pior caso, isto , o ponto onde existir a maior

  • 34

    demanda por trfego na rede. Estima-se que em uma capital metropolitana brasileira onde o

    fluxo pode chegar cerca 200.000 pessoas concentradas em reas centrais, e seguindo as

    recomendaes da ONU para o pblico temporrio e residente, o policiamento nestes locais

    definisse a utilizao de aproximadamente 1.200 policiais. Alm disso, esses policiais,

    geralmente, podem atuar em grupos de 2 a 6 indivduos. Portanto, podem ser necessrias

    entre 600 e 1.000 estaes mveis-portteis e mveisveiculares (Agncia de Segurana

    Pblica de So Paulo, 2009).

    A cobertura da rede no ponto mais crtico deve ser definida, conforme parmetros do

    padro a ser escolhido. Para tanto, so considerados os seguintes parmetros para clculo:

    TABELA V Parmetros utilizados para dimensionamento do trfego.

    Parmetro Valor

    Estaes 1.000

    Trfego 50 Erl

    Tempo mdio das Chamadas 90s

    Conforme consideraes de Ketterling (2004) e Stavroulakis (2007) recomendam,

    para Segurana Pblica, um estudo de trfego baseado na distribuio de Poisson seguindo

    o modelo de Erlang C. Neste clculo prevista uma fila de espera, no h bloqueio, uma

    vez que todas as chamadas dos agentes de segurana devem ser completadas. A frmula

    de Erlang C pode ser avaliada a seguir:

    (7)

    Onde:

    P = Probabilidade de Espera

    N = Nmero de Canais

    A= Trfego (Erl)

    Admite-se Grau de Servio (GoS) de 5% para satisfazer a demanda por trfego de

    uma rede de Segurana Pblica conforme Stavroulakis (2007). Para tanto, utilizando os

    parmetros da Tabela V e a frmula de Erlang C verifica-se que so necessrios 64 canais

    de rdio para atender a demanda da rede. Neste caso faremos o uso do padro TETRA,

  • 35

    que tem como definio a fcil implementao, por seus parmetros serem de domnio

    pblico. Assim cada canal de rdio suporta 4 estaes em modo de voz e, portanto, so

    necessrios, pelo menos, 16 portadoras para escoar o trfego desejado na clula.

    Alm disso, de acordo com a Resoluo 435/2006 da Anatel, no h previso de

    setorizao inferior a 60, uma vez que a rede no exige coordenao rigorosa das

    frequncias na faixa de 380 MHz, exclusiva para Segurana Pblica.

    4.2 rea de Cobertura

    A rea de cobertura da rede deve contemplar os pontos crticos de segurana no

    permetro estabelecido e segmentos de fronteira/transio do territrio com a topologia

    sugerida no item anterior. Em funo disso, devem ser identificados os pontos crticos de

    segurana na rea a ser realizada a cobertura. Este permetro pode possuir a altimetria

    variando de acordo com o nvel do mar, a topografia tambm bastante variada, alternado

    de alta densidade de edificaes no hipercentro e as zonas de vale com vegetao.

    A topologia da rede proposta adota a formatao sugerida por Rappaport (1996) com

    cluster hexagonal de 7 clulas e reuso de frequncias. Ressalta-se ainda o Relatrio M.2014

    da Unio Internacional de Telecomunicaes, que recomenda rea de at 3,8 km2 para

    cada clula em um relevo com baixa declividade e pouca obstruo (ITU, 1998). Entretanto

    em grandes capitais brasileiras com demografia concentrada, este tamanho pode ser ainda

    menor, uma vez que as caractersticas do terreno no favorecem a propagao na faixa de

    380 MHz Faixa licenciada pela Anatel. Portanto, se faz necessrio um estudo de predio

    cauteloso para garantir a cobertura da rea desejada com o menor custo possvel.

    Para anlise da cobertura e definio da localizao dos stios das estaes base

    sugere-se a utilizao de programas que auxiliem nos clculos como exemplo escolheu-se o

    Software Rdio Mobile verso 10.6.9. Trata-se de um software livre de mapeamento e

    predio, com resultados satisfatrios para as faixas de VHF e UHF. O Radio Mobile utiliza

    o mtodo proposto por Longley (1982) para modelagem e predio dos sinais de rdio em

    reas urbanas.

    A base dos mapas topogrficos utilizados no Radio Mobile disponibilizada

    livremente pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria (Embrapa). Estes mapas

    possuem como fonte primria modelos digitais de elevao, com aproximadamente 90

    metros de resoluo espacial, originrios da misso de mapeamento do relevo terrestre

    Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) e Embrapa conforme Miranda (2005).

    Os modelos digitais de elevao podem ser gerados por um processo denominado

    interferometria de radar. Neste processo, o sinal emitido pelo radar recebido por duas

  • 36

    antenas separadas por uma distncia fixa (60 m), permitindo o clculo da elevao da

    superfcie, com uma tolerncia vertical absoluta de 16 metros. De acordo com Miranda

    (2010), estas caractersticas garantem 90% de confiana na anlise do relevo nos mapas

    que utilizam estes modelos digitais de elevao.

    4.3 Pontos de Repetio

    Conforme observado no item anterior, a instalao de uma estao base no entorno

    da localidade a ser atendida imprescindvel para garantir a qualidade do servio, no

    entanto, as reas mais distantes exigem um estudo de viabilidade para instalao de torres

    em pontos topograficamente privilegiados.

    A ser considerada a topologia da rede, os aspectos tcnicos e paisagsticos, bem

    como a legislao municipal pertinente ao uso do solo e de preservao do meio ambiente

    se tem a viabilidade exposta. De acordo com a demanda por cluster de 7 clulas e reuso de

    frequncias, para atender a topologia em media so necessrios 13 clusters com 91 clulas

    para instalao de estaes base. Os pontos podem ser escolhidos entre as localidades

    indicadas no processo de modelagem e predies com o software Radio Mobile.

    Aps a seleo dos pontos nas localidades disponveis, a anlise avana com a

    predio do sinal para cada uma das 91 clulas da rede. Assim a anlise de cobertura deve

    ser feita com parmetros de base-mvel, resultando em pontos que direcionam a

    modelagem de cobertura o Software Radio Mobile e sobreposio das imagens de satlite e

    curvas de nvel do terreno concluem o processo.

    Ressalta-se ainda a possibilidade otimizao dos trabalhos de instalao das

    estaes base de acordo com a execuo do projeto. Este procedimento pode acrescentar

    mais eficincia ao sistema, com o alinhamento de potncia dos equipamentos com a

    realidade local.

    4.4 Estrutura de Implementao

    De acordo com o dimensionamento sugerido para as estaes base possvel

    dimensionar o abrigo necessrio para receber os equipamentos da rede de rdio. Desta

    forma devem ser avaliados o sistema irradiante, a estrutura fsica, o sistema eltrico e

    aterramento, bem como o Centro de Coordenao e Controle de toda a rede.

    Podemos assim adotar dois modelos de stio para acomodao das estaes base,

    sendo um para atendimento da clula principal do cluster com 16 rdios, e outros 6

  • 37

    secundrios, com 2 rdios para as clulas adjacentes. Estas informaes avalizam o

    dimensionamento do abrigo, que dever atender estes dois modelos de stios.

    4.4.1 Sistema de Transmisso

    A implementao depende de normas especificas, uma delas Resoluo 435/2006

    da Anatel estabelece a canalizao e as condies de uso de radiofrequncias na faixa de

    380 MHz por sistemas digitais do Servio Limitado Mvel Privativo (SLMP) em aplicaes de

    segurana pblica. De acordo com os Artigos 8 e 9 desta norma, as estaes fixas devem

    utilizar antenas diretivas e, as estaes base, antenas com irradiao em setores maiores

    que 60. Alm disso, o Art. 18 do referido documento, tambm prev a possibilidade de

    adoo de outros critrios para instalao da rede.

    Considerando estas recomendaes, com exceo s estaes fixas, as estaes

    base podem utilizar antenas omnidirecionais. Estas antenas possuem menor custo de

    instalao e possibilitam maior cobertura geogrfica de uma determinada rea. A

    desvantagem deste tipo de antena a dificuldade de coordenao de frequncias e a

    captao de interferncia de clulas adjacentes. Contudo, devido potncia reduzida das

    estaes base estas caractersticas no devem ser observadas de maneira crtica segundo

    Rappaport (1996).

    Escolha deve ficar entre alguns tipos de antenas porem sugerimos dois tipos de

    antenas, sendo um para as estaes base e outro para as estaes fixas. As estaes base

    devem utilizar antenas omnidirecionais com ganho de at 3 dB. Estas caractersticas so

    susceptveis de modelagem com Radio Mobile e atendem grande parte dos projetos.

    As antenas devem estar dispostas em mastros ou torres. A altura destes prticos

    depende de cada localidade. Considerando a necessidade de padronizao so sugeridos

    dois modelos, sendo o primeiro, um mastro de 15 metros, e o segundo, uma torre de 30

    metros, conforme observado na Figura 15.

  • 38

    Fonte: Tela Viva, 2011.

    FIGURA 15 Estrutura de antenas.

    As estruturas das torres metlicas devem ainda seguir as exigncias de

    padronizao estabelecidas, montagem, acabamento, inspeo e manuteno previstas

    pelos rgos reguladores. Os principais parmetros de especificao destas estruturas so:

    a capacidade de suportar as cargas previstas para as antenas e cabos; resistncia ao

    deslocamento de massas de ar; fundao; escada de acesso; esteiras verticais e

    horizontais; plataformas de servio; para-raios; aterramento; iluminao de obstculo e

    pintura.

    Para interligar as antenas s estaes base recomenda-se ainda a utilizao de uma

    linha de transmisso que apresente pequena perda e baixo custo de instalao. O ideal

    seriam guias de onda para a faixa de 380 MHz, no entanto, para esta faixa, no h

    disponibilidade comercial, o que poderia elevar o custo. Logo, para as estaes fixas e base

    sugere-se o uso de cabos coaxiais tipo RGC213, pois na faixa de 380 MHz podem

    apresentar perdas de 0,42 dB a 1,26 dB.

    Os cabos necessitam ainda de conectores, os quais tambm podem apresentar

    algumas perdas, com valores tpicos entre 0,5 dB e 1dB. Por fim, so necessrios

    combinadores e multi-acopladores para as antenas que atendem as frequncias de subida e

    descida para cada clula, podendo resistir at 50 Watts contnuos. Trata-se de um

    importante recurso para a combinao de 8 a 16 estaes base em uma nica antena.

    Geralmente, possuem perdas de at 1dB e isolao de at 60 dB entre as portas de sada.

    Considerando os equipamentos e materiais descritos acima, bem como o custeio

    com os servios de instalao da torre, antenas, linha de transmisso e combinadores, os

    stios da estao base e fixa. Desta forma no estimaremos custos, pois a variao de

    mercado torna invivel estimar com base em dados no especficos.

    MASTRO TORRE

  • 39

    Algumas estaes fixas podem utilizar a estrutura fsica das edificaes e poupar o

    custo com a instalao de um mastro ou torre metlica.

    4.4.2 Estao Base

    Os abrigos devem ser capazes de receber as estaes base das clulas principais e

    adjacentes, sendo estas caracterizadas por 16 e 2 duas estaes base respectivamente.

    Portanto, normalmente definisse como necessrias duas estruturas distintas para atender a

    demanda. Para as clulas principais, so necessrios abrigos que comportem um bastidor

    com rdios, combinador/multiacoplador, sistema de alimentao principal e reserva, bem

    como demais acessrios. Para tanto, recomenda-se a adoo de duas estruturas, sendo um

    continer para suprir a estao base principal, e um armrio, para atender as clulas

    adjacentes com rdios. Estas estruturas podem ser observadas na Figura 16 a seguir:

    Fonte: Torres (2010). FIGURA 16 Continer e Armrio.

    Em ambos os casos, necessrio prever o controle da temperatura ambiente por

    meio de um sistema de climatizao automatizado. Tambm se faz necessrio um sistema

    de monitoramento, superviso e alarme remoto, bem como controle de acesso ao sistema.

    O material de fabricao destas estruturas deve oferecer proteo contra incndio e

    resistncia suficiente contra a ao de intempries, tempestades, pragas, insetos e demais

    danos que possam ser causados pela ao da natureza e do homem.

    4.4.3 Estrutura Eltrica

    Os sistemas eltricos dos abrigos dos stios principal e adjacentes so semelhantes

    e por isso podem ser descritos em conjunto. Para tanto, ressalta-se a conexo principal com

    a rede eltrica pblica e os sistemas de alimentao reservas. A conexo com a rede

    CONTINER ARMRIO

  • 40

    eltrica pblica deve prover a alimentao principal do sistema e ser capaz de atender a

    demanda de energia na potncia mxima de todas as estaes base operando

    simultaneamente. Isso significa dizer que, a rede pblica deve ser suficiente para manter as

    estaes base transmitindo com at 25 Watts, alm dos sistemas de condicionamento

    trmico do abrigo, monitoramento remoto, carga do sistema reserva e demais acessrios

    previstos.

    Para anlise desta demanda, a Tabela VI apresenta um resumo das caractersticas

    da carga total do abrigo principal e adjacente:

    TABELA VI Caractersticas de carga dos abrigos principal e adjacente

    STIO EQUIPAMENTO/MATERIAL CARGA (W)

    Abrigo Principal

    Controladores (MSC) 100

    Enlace de Micro-ondas 250

    Multiplexador 150

    Iluminao 250

    Alarmes e Sistema de Vigilncia 150

    Controle Trmico 250

    Acessrios Auxiliares 50

    Total 1.800

    Abrigo

    Adjacente

    Estaes Base 200

    Controladores (MSC) 50

    Enlace de Micro-ondas 250

    Multiplexador 150

    Iluminao 50

    Alarmes e Sistema de Vigilncia 150

    Controle Trmico 100

    Acessrios Auxiliares 50

    Total 1.000

    Fonte: Adaptado de manuais dos fabricantes.

  • 41

    Por sua vez, os sistemas reservas devem permitir a utilizao do sistema de

    transmisso em, pelo menos, 60% de sua capacidade de potncia. Isso significa dizer que,

    durante as panes do sistema eltrico da rede pblica, os sistemas reservas devem permitir a

    utilizao das estaes base com at 60% de sua potncia durante tempo suficiente para

    restaurar a energia do sistema principal ou acionamento da equipe de manuteno para

    reparo.

    Os sistemas reservas so compostos de banco de baterias de 48 volts e grupo

    gerador para os stios principais, e para os stios adjacentes, banco de baterias 48 volts so

    suficientes para atender a demanda de rdios base. No caso do banco de baterias,

    observado na Figura 17, a potncia mnima desejvel 1.200 Watts, ou seja, cerca de 60%

    da carga do abrigo principal com uma pequena margem de segurana. No caso do grupo

    gerador, Figura 17, o dimensionamento deve considerar ainda os valores comerciais

    encontrados no mercado, que fiquem em torno de 1800 Watts.

    Fonte: Torres (2010). FIGURA 17 Banco de Baterias e Grupo Gerador.

    Em ambos os sistemas, operando isoladamente ou em conjunto, se faz necessrio

    um sistema remoto de monitoramento e superviso, os quais permitem o acompanhamento

    distncia do funcionamento dos abrigos. Alm disso, o sistema eltrico do abrigo deve

    utilizar um sistema de aterramento que contemple a proteo contra surtos oriundos da rede

    pblica ou descargas atmosfricas captadas pelo sistema irradiante do stio.

    Para proteo contra as descargas atmosfricas captadas pelo sistema irradiante

    recomenda-se a utilizao de centelhadores de RF. Estes tem como funo proteger os

    rdios base contra sobre cargas na linha de transmisso. No quadro eltrico principal

    recomenda-se a instalao de protetores eltricos conforme observado na Figura 18:

    GRUPO GERADOR BANCO DE BATERIAS

  • 42

    Fonte: Torres (2010).

    FIGURA 18 Centelhadores de RF e Protetores Eltricos.

    Alm da utilizao de protetores eltricos e centelhadores de RF, tambm se faz

    necessria implantao de uma malha de aterramento que permita escoar as descargas

    atmosfricas no sistema irradiante e surtos oriundos da rede eltrica, bem como aterrar e

    equalizar toda a estrutura metlica do stio. A instalao desta malha de aterramento na

    estrutura da torre e abrigo para instalao nos stios principais. A Figura 19 apresenta

    alguns itens que compe um kit para instalao de uma malha de aterramento que pode

    atender a demanda deste projeto:

    Fonte: Torres (2010). FIGURA 19 Kit para Montagem da Malha de Aterramento.

    4.4.4 Centro de Coordenao e Controle

    O Centro de Coordenao e Controle (CCC) o local onde deve ser instalada a

    infraestrutura de suporte para a rede de rdio, bem como o acesso para as consoles de

    despacho das cabines de coordenao do policiamento. No CCC, a infraestrutura da rede

    CENTELHADORES

    DE RF

    PROTETORES

    ELTRICOS

  • 43

    gerenciada por um Controlador da Rede de Rdio (RNC sigla em ingls) que exerce a

    centralizao do controle e superviso de todas as estaes mveis da rede por meio da

    gesto das Controladoras de Roteamento dos Mveis (MSC sigla em ingls).

    Este processo consiste em interligar MSC em todos os stios por um gateway de

    Gerenciamento e Roteamento da Infraestrutura (SwMI sigla em ingls). Este gateway

    pode utilizar fibra ptica ou rdio de micro-ondas como meio de transmisso. Recomenda-se

    a utilizao de sistemas de transmisso que se adequem melhor as necessidades de cada

    CCC, os mais utilizados so enlaces de rdios de micro-ondas, mas fibras ticas comeam

    a ser utilizadas por sua confiabilidade e segurana nas interligaes.

    A soluo de gateway para interligao dos stios por enlaces de micro-ondas

    depende da localizao e distncia entre as estaes. Outro aspecto importante neste

    dimensionamento a taxa de dados necessria para escoamento dos frames de dados

    TDMA/TETRA.

    De acordo com a recomendao ETSI EN 300.392-2, v.2.5.2/2005, uma estao

    base recebe 2040 bits a cada 56,67 ms pela interface area, em um frame de dados TETRA

    contendo dados de voz de 4 estaes mveis modulados a uma taxa de at 28,8 kbps.

    Caso seja necessrio, esses bits devem ser encaminhados pelo SwMI para outras clulas

    da rede. De acordo com essa informao, o trfego na interface area da clula principal do

    cluster deve ser de 32.640 bits em 56,67 ms, isto , 2040 bits para cada uma das 16

    estaes base controladas. Para escoar estes bits a estao base entrega rede de dados

    575.966 kbps (32.640 bits em 56,67 ms) que so demodulados a uma taxa de at 28,8 kbps

    por estao. Portanto, no stio principal, as 16 estaes base podem processar os dados de

    voz de at 64 estaes mveis operando simultaneamente a uma taxa de 28,8 kbps. Esta

    taxa exige uma rede de dados no gateway que possa escoar, pelo menos, 1.843.200 bits

    por segundo.

    Alm desses dados oriundos dos mveis, a rede do gateway deve transportar ainda

    dados de controle do stio, permitindo que o RNC processe as informaes necessrias para

    o SwMI. De acordo com Ketterling (2004) e Stavroulakis (2007), enlaces de dados para

    stios TETRA devem possuir capacidade de, pelo menos, 2 Mbps.

    No entanto, o gateway com essa dimenso no atenderia o stio prin