UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM SISTEMAS MODERNOS DE

TELECOMUNICAÇÕES

INTEROPERABILIDADE NOS PADRÕES DE RÁDIOTRONCALIZADO DIGITAL

Cristiano Torres do Amaral

Belo Horizonte2006

2

CRISTIANO TORRES DO AMARAL

INTEROPERABILIDADE NOS PADRÕES DE RÁDIOTRONCALIZADO DIGITAL

Trabalho de Conclusão de Cursoapresentado ao Curso de Pós-GraduaçãoLato Sensu a Distância Sistemas Modernosde Telecomunicações da UniversidadeFederal Fluminense/Centro de Estudos dePessoal - Exército Brasileiro.

Orientador: Prof. Luiz Pinto de Carvalho

Belo Horizonte2006

3

S U M Á R I O

1. INTRODUÇÃO 5

2. OBJETIVOS 6

3. JUSTIFICATIVA 7

4. METODOLOGIA 8

5. RÁDIO TRONCALIZADO DIGITAL 9

5.1 PADRÃO PROJETO 25 13

5.1.1 HISTÓRICO 13

5.1.2 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS 15

5.2 PADRÃO TETRA 22

5.2.1 HISTÓRICO 22

5.2.2 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS 23

5.3 PADRÃO TETRAPOL 30

5.3.1 HISTÓRICO 30

5.3.2 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS 33

5.4 COMPARATIVO GERAL DOS PADRÕES 43

6. FATORES RELEVANTES PARA INTEROPERABILIDADE 44

6.1 INTEROPERABILIDADE 44

6.2 COMPARTILHAMENTO DE REDES 45

6.3 RADIOCOMUNICAÇÕES E REDES IP 50

7. CONCLUSÕES 53

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 54

4

R E S U M O

Trata-se de uma discussão teórica acerca da interoperabilidade dos padrões de rádio

troncalizado digital mais utilizados no mercado contemporâneo: Projeto 25, Tetra, Tetrapol.

Neste sentido, o autor apresenta as possibilidades de integração desses padrões com as

redes de radiocomunicações convencionais em Very High Frequency (VHF) e Ultra High

Frequency (UHF), bem como a sua viabilidade de integração com outras redes por meio do

Internet Protocol (IP).

5

1. INTRODUÇÃO

O rádio é um dos meios de comunicação a distância mais antigos, sendo eficiente e

de baixo custo. Através dele é possível encaminhar mensagens por meio de ondas

eletromagnéticas moduladas e codificadas até um destinatário com segurança1. Contudo,

essa modulação e codificação necessitam ainda de mecanismos que possam garantir a

integridade e o sigilo das informações com eficiência. Neste sentido, a tecnologia de rádio

troncalizado (trunking) apresenta-se como uma solução arrojada contra as escutas e

interceptações indesejáveis. Essa tecnologia permite a alocação de usuários em freqüências

distintas, de modo pseudo-aleatório, em canais de radiocomunicação dedicados.

No sistema de rádio trunking as possíveis escutas e interceptações podem ser

consideravelmente atenuadas. No entanto, para obtenção de plena segurança e sigilo nas

comunicações se faz necessária a digitalização e criptografia dos canais de rádio. Essa

codificação, aliada ao acesso móvel dos canais de rádio, permitem o máximo de sigilo das

mensagens que trafegam nas redes de rádio troncalizadas. Em função dessa característica

peculiar, os Órgãos de Segurança e Defesa Social, tais como as Polícias Civis e Militares,

investem nessa tecnologia de rádio digital.

Contudo, os Órgãos de Defesa Social possuem inúmeras redes de rádio

convencionais e analógicas à sua disposição, oriundas de décadas de investimentos. Assim,

este parque tecnológico legado deve considerado pelos gestores de Segurança Pública no

momento de novos investimentos. Para tanto, esses organismos migram para a tecnologia

digital paulatinamente, caso contrário, o investimento do setor público em

telecomunicações para Segurança Pública seria muito elevado, ultrapassando os recursos

existentes e desprezando os investimentos realizados no passado.

Portanto, a grande questão neste segmento tecnológico de radiocomunicações está

centralizada na interoperabilidade e integração dos novos padrões tecnológicos de rádio

digital com as antigas redes de comunicações analógicas. Logo, essa integração tecnológica

1 GRAHAM, 1996.

6

deve observar a integração das consoles de despacho, os protocolos de compactação de

áudio, criptografia dos dados, compartilhamento da infra-estrutura nos sítios de repetição,

além da interoperabilidade dos transceptores de fabricantes distintos nas futuras redes de

radiocomunicações.

Neste sentido, este trabalho almeja discutir os fatores relevantes para integração dos

padrões tecnológicos de rádio trunking digital disponíveis no mercado nacional. Para tanto,

serão descritas as especificações dos padrões Projeto 25, Tetra, Tetrapol. Recentemente,

esses padrões foram adquiridos por Órgãos de Segurança e Defesas Social no país e tais

formatos de rádio digital apresentam-se como opções de investimento de Governo em

telecomunicações para Segurança Pública.

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Este trabalho tem por objetivo geral identificar os fatores relevantes para

interoperabilidade nas redes de radiocomunicações que utilizam tecnologia rádio trunking

digital.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Definir os fatores relevantes para interoperabilidade das redes de

radiocomunicações nos padrões de rádio trunking Tetrapol, Tetra e Projeto 25 nas seguintes

possibilidades:

a) Integração das redes trunking com redes de rádio convencionais;

b) Integração entre os formatos digitais de rádio trunking;

7

3. JUSTIFICATIVA

A tecnologia de rádio trunking digital possui como mercado primordial o segmento

de Governo denominado internacionalmente por Mission Critical2. Este segmento de

Professional Mobile Radio (PMR) voltado para Government Radio Network (GRN)

encontra-se em plena expansão, sendo alvo de sólidos investimentos do setor público, em

especial para Segurança Pública. Recentemente, a Polícia Federal3 adquiriu o padrão

Tetrapol e outras Polícias nacionais também sinalizam para novas aquisições.

No entanto, são frágeis as argumentações teóricas que sedimentam a padronização e

a interoperabilidade neste segmento de GRN. Por isso, a inexistência de padrões

consistentes de rádio digital alimenta uma discussão que está presente no cotidiano dos

profissionais de PMR. Por exemplo, a revista Radio Resource International publicou uma

crítica sobre essa discussão, conforme observa-se na transcrição parcial a seguir:

“Imagine if an international standart for emergency communications – used bypublic safety forces in every country in the world – existed (...) The groups notedthat na international standart for emergency preparedness does not currentlyexist, and the meeting will aim to reach na agreement applicable acrossindustries by the International Organization for Standardization (ISO). SandraWendelken, Editor. (Radio Resource International, vol. 20, 2006, p.6) ”

Ainda neste contexto, a Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL)

publicou a Consulta Pública n.º 682, de 14 de março de 2006, que propõe a alteração na

regulamentação do Serviço Móvel Especializado, isto é, na Norma 002/97 que estabelece a

canalização de radiofreqüência nas faixas de 400MHz e 800MHz destinadas para o rádio

trunking. Nessa proposta foi abordada a digitalização total dos canais nesse segmento GRN.

Contudo, em nenhum momento foram especificados padrões de rádio digital trunking para

regulamentação, uma vez que esse tema ainda está presente no centro das discussões

técnicas realizadas no âmbito nacional e internacional.

2 ALVES, 2005, p.14.3 SECRETARIA NACIONAL DE SEGURANÇA PÚBLICA. Disponível em www.mj.senasp.gov.br. Acessoem 16/05/05.

8

Portanto, diante de escassos estudos sobre este tema e, considerando ainda, a atual

conjuntura desse mercado tecnológico, justifica-se de maneira significativa uma discussão

acerca dos fatores relevantes para integração dessas importantes redes de rádio digital.

Neste sentido, uma pesquisa abordando esse segmento GRN poderá contribuir de maneira

significativa para a indicação de novas possibilidades tecnológicas no âmbito das

telecomunicações. Além disso, esse estudo acadêmico poderá sedimentar um valioso

embasamento teórico para novos investimentos da Administração Pública em

telecomunicações.

4. METODOLOGIA

Este trabalho se inicia com a apresentação de conceitos elementares acerca da

tecnologia de rádio digital troncalizado. Essa fundamentação teórica será embasada na

revisão bibliográfica realizada a partir de pesquisas de campo nas bibliotecas da Escola de

Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais (EE/UFMG) e Centro Universitário

de Belo Horizonte (UNI/BH). Esse arcabouço técnico será pautado ainda por conceitos e

especificações obtidas nas bibliotecas virtuais da ANATEL, Federal Communications

Commission (FCC), European Telecommunications Standards Institute (ETSI), entre outras

entidades a serem referenciadas ao final desse estudo.

Em seguida, serão discutidos os fatores técnicos mais relevantes para

interoperabilidade das redes de rádio trunking. Dentre os aspectos mais significativos, serão

abordadas as possibilidades de integração das redes digitais com as redes convencionais, a

interoperabilidade entre os padrões, e a integração entre redes IP. Para tanto, as

especificações técnicas descritas neste trabalho servirão de embasamento teórico para

identificar os pontos-chave de interoperabilidade dessas redes digitais. A fundamentação

teórica será pautada no detalhamento parcial das especificações técnicas de cada padrão,

que será obtida a partir da revisão bibliográfica da documentação técnica oficial, por meio

das biblioteca acadêmicas e virtuais visitadas.

9

Essas atividades foram subdividas em etapas, as quais seguirão os passos previstos

no cronograma disposto na Tabela I a seguir:

TABELA I – CRONOGRAMA DAS ATIVIDADES

Etapa Período

Revisão bibliográfica 24/07/06 a 06/08/06

Levantamento de campo 07/08/06 a 14/08/06

Organização dos dados 14/08/06 a 15/09/06

Conclusões 16/09/06 a 22/09/06

Remessa para a UFF/CEP 29/09/06

Ao final deste trabalho, serão apresentados os fatores identificados como relevantes

para integração das redes digitais. Tais conclusões serão condensadas e subsidiadas por

sólidas argumentações técnicas pautadas na documentação oficial obtida para os padrões de

rádio trunking selecionados.

5. RÁDIO TRONCALIZADO DIGITAL

A União Internacional de Telecomunicações (ITU) adota o seguinte conceito para

equipamento de rádio que emprega técnica de modulação digital:

“Equipamento que possa modular alguma característica de uma ondaeletromagnética portadora, seja sua freqüência, fase, amplitude ou combinaçãodestas, em função de um sinal constituído de pulsos codificados ou de estadosderivados de informação quantizada.” [Adaptado da Recomendação ITU - 573-4– Vocabulário Internacional de Telecomunicações]

A ANATEL, por meio de sua publicação Glossário Brasileiro de Direito das

Telecomunicações, conceitua ainda o processo de modulação, acesso e transmissão digital

de modo semelhante, mas acrescenta as tecnologias que possam realizar os Serviços de

Comunicação Multimídia (SCM) por meio de sinais de áudio, vídeo, dados, voz, imagens,

textos e outras informações de qualquer natureza que estejam digitalizadas.

10

Para tanto, os equipamentos de rádio digital possuem as características técnicas

semelhantes ao diagrama em blocos disposto na Fig. 5.1 a seguir:

Fig. 5.1 – Diagrama em blocos de um sistema de radiocomunicação digitalFonte: Adaptado de ASSIS, 2005, p.17.

No sistema convencional cada canal de radiofreqüência é alocado de maneira

exclusiva para estações digitais definidas. Assim, caso não ocorra a comunicação entre as

estações, o canal alocado no espectro de radiofreqüência permanece ocioso. Por sua vez, a

tecnologia trunking otimiza o processo de comunicação por rádio digital, pois permite a

gestão eficiente dos canais de comunicação no meio de transmissão. Isso ocorre porque o

sistema trunking adota uma metodologia que administra o espectro de radiofreqüência em

função da demanda por canais de comunicação. Neste sistema, existe um controle de

canais, e cada um deles é alocado em função da demanda das estações, sem nenhuma

exclusividade.

A filosofia do sistema trunking é semelhante à tecnologia adotada em centrais

telefônicas, onde inúmeros ramais são comutados para troncos de linhas de entrada e saída

de acordo com a demanda por acesso dos ramais. Contudo, o rádio troncalizado utiliza os

canais de radiofreqüência como troncos para disponibilizar o acesso para as diversas

estações de rádio que integram esse sistema de comunicação. Esse sistema pode ser

11

observado na Fig. 5.2, a qual apresenta uma central controle de 5 repetidores. Neste

exemplo, a repetidora n.º1 é o canal de controle que envia um Sinal de Estado Global

(SSW) para todas as estações portáteis dos grupos A e B, informando quais as repetidoras

que estão livres para comunicação.

Fig. 5.2 - Controle de rádio troncalizadoFonte: Adaptado do Curso Motorola - Conceitos Trunking, 2005, p.36.

Portanto, esse método permite maior sigilo nas comunicações, uma vez que as

mensagens são alocadas de maneira pseudo-aleatória em canais de radiofreqüência

distintas. Essa complexidade dificulta as escutas e interceptações das mensagens, pois a

estação receptora deve acompanhar as mudanças de canais de acordo com a gerência

eletrônica do sistema. A alocação dinâmica dos canais ocorre a cada contato entre as

estações, independentemente do último canal utilizado, por meio do envio de um sinal de

controle.

Para tanto, o sistema trunking é planejado de acordo com o número de estações que

integram a rede de comunicação, de maneira que possam ser definidos os prováveis

tráfegos requeridos e escoados. Neste planejamento, a intensidade de tráfego pode ser

definida em função do volume de tráfego no tempo (Unidade Erlang/ERL). Os canais de

radiofreqüência são dimensionados de modo que seja mínima a probabilidade de bloqueio

no acesso das estações. Essa engenharia de tráfego baseia-se na relação entre o tráfego

12

oferecido (A), tempo da chamada (i), número de canais ofertados (N) e o grau de serviço

(GOS) do sistema. A Fórmula de Erlang B (1) pode ser utilizada para esse cálculo e pode

ser observada abaixo:

(1)

Deve-se ressaltar ainda que o sistema troncalizado pode alocar nos canais de

radiofreqüência mensagens em modo analógico ou digital. Assim, a técnica de modulação

empregada pode otimizar de modo mais significativo o método trunking de

radiocomunicação. Dessa forma, o acesso múltiplo das estações também pode ocorrer, em

diferentes modalidades, seja por Acesso Múltiplo por Divisão de Freqüências (FDMA),

Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo (TDMA) ou Acesso Múltiplo por Divisão de

Código (CDMA). No entanto, tais tecnologias não são definidas de modo amplo e abertas,

pelo contrário, a metodologia empregada para modulação e/ou acesso varia de acordo com

o padrão de rádio digital trunkig adotado.

Existem inúmeros padrões de rádio troncalizado, seja em modo analógico ou digital.

Contudo, os padrões digitais destacam-se sobre os padrões analógicos por disponibilizar

recursos de criptografia e tráfego que dados valorizam essa tecnologia em relação aos

formatos analógicos. Os padrões TETRAPOL, TETRA e Projeto 25 evidenciam-se dentre

os demais padrões de rádio trunking digital. Esses formatos são comercializados em escala

mundial e também estão presentes no mercado nacional.

13

5.1 PROJETO 25

5.1.1 HISTÓRICO

Em 1974, a faixa de 900MHz nos Estados Unidos já se encontrava congestionada

por estações de radiocomunicações do segmento de segurança pública. Para solucionar esse

problema, a Comissão Federal de Comunicações (Federal Communications Commission –

FCC), agência reguladora daquele país, propôs a implantação de soluções troncalizadas em

200 canais de radiofreqüência nesta faixa do espectro radioelétrico4. Contudo, não foi

definido um padrão de rádio troncalizado para essa finalidade.

No entanto, a Associação de Oficiais de Comunicações em Segurança Pública dos

Estados Unidos (Associated Public-Safety Communications Officers – APCO), em conjunto

com empresas de telecomunicações, iniciaram diferentes estudos técnicos para definição do

padrão rádio troncalizado para os órgãos de segurança na América do Norte. Em 1978,

dentre inúmeros estudos, foi concluído o Projeto 16, o qual teve estações de

radiocomunicações instaladas para testes em diferentes cidades estadunidenses, tais como

Miami, Los Angeles e Chicago.

Nesse projeto piloto, as estações de rádio-base eram compostas de 5 estações

repetidoras, operando em 10 canais de radiofreqüência em modo duplex, na faixa

compreendida entre 806 e 866MHz. Foi definida a largura de canal em 12.5kHz e

espaçamento entre canais de 5MHz entre subida e descida. A modulação dos canais de voz

era analógica, porém, os testes com canais digitais também se iniciaram naquele ano. Na

rede de Chicago foram instaladas 150 estações denominadas Special Mobile Automated

Remote Terminals (SMART) para o tráfego de dados prioritários em ocorrências policiais.

Na verdade, eram 3 linhas de informações básicas, como endereço, telefone e o nome da

pessoa contato, para que as viaturas pudessem se deslocar para o local de chamada com

maior agilidade5.

Esse projeto evoluiu e seu padrão foi registrado na Associação da Indústria de

Telecomunicações (Telecommunications Industry Association - TIA) e na Aliança das

4 KAVANAGH, 1978, p.2.5 KARR, 1978, p.14.

14

Indústrias de Eletrônicos dos Estados Unidos (Electronic Industries Alliance – EIA). Esse

projeto ficou conhecido como APCO 16 ou simplesmente Projeto 16. Os primeiros

equipamentos foram comercializados pela empresa Motorola Inc., e por um longo período

foi considerado como um padrão “fechado” de rádio troncalizado.

Poucos anos mais tarde, as demandas por tráfego de dados obrigou a tecnologia

digital a substituir as redes analógicas do Projeto 16. Tal como ocorreu no início, foram

inúmeros estudos e o novo sistema recebeu a denominação de Projeto 25 (P25). A

comercialização desse padrão se expandiu além das fronteiras dos Estados Unidos e é

adotado atualmente em inúmeros países. As especificações técnicas do P25 estão descritas

nos documentos da série TIA-102. No Brasil, o Projeto 25 está presente nas comunicações

dos órgãos policiais das grandes metrópoles, como em Belo Horizonte e São Paulo. A Fig.

5.3 apresenta a logomarca do P25, a qual é afixada nos equipamentos compatíveis com o

sistema:

Fig. 5.3 - Logomarca do Projeto 25.

A documentação técnica do padrão P25 pode ser encontrada com facilidade em

páginas de busca da internet, ou acessando as páginas da TIA, FCC ou do Instituto de

Padronização Nacional Americano (American National Standards Institute - ANSI). Como

exemplo, a publicação do documento BSR/TIA 102.AAC/2001, o qual descreve os

requisitos técnicos para o tráfego de mensagens pelo canal de controle em uma rede P25.

A publicação dessa documentação técnica possibilitou inúmeras empresas a

fornecerem soluções em rádio troncalizado P25. A Fig. 5.4 a seguir, apresenta alguns

modelos de equipamentos fabricados por diferentes empresas concorrentes:

15

Fig. 5.4 - Equipamentos P25 fabricados pelas empresas EFJohnson, Motorola, Tait e Vertex.

Assim, as especificações técnicas do Projeto 25 serão discutidas adiante, com ênfase

nos aspectos relevantes para integração entre redes. O conteúdo técnico que será

apresentado foi obtido junto a bibliotecas eletrônicas da ANSI, FCC e TIA, bem como nas

bibliotecas presencias da EE/UFMG e UNI/BH.

5.1.2 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS

O Projeto 25 pode ser subdividido em três fases de desenvolvimento, sendo

denominadas Fase 0, 1 e 26. Na Fase 0, o P25 procurou adequar suas especificações

técnicas às interfaces aéreas de outros sistemas, em especial dos equipamentos analógicos,

por meio de Interfaces Aéreas Comuns (CAI). Por sua vez, a Fase 1 foi responsável pela

integração e suporte de CAI em sistemas digitais que utilizam tecnologia de Acesso

Múltiplo por Divisão de Freqüências (FDMA) em canais de radiofreqüência de 12.5kHz. A

Fase 2, estágio atual do projeto, responde pelo funcionamento do sistema de modo

integrado à redes FDMA, e também, para as redes com Acesso Múltiplo por Divisão de

Tempo (TDMA) em canais de radiofreqüência de 6.5kHz.

Neste trabalho serão analisados os aspectos relevantes para integração entre redes

para a Fase 1 e 2 do Projeto 25, uma vez que a última ainda não se encontra totalmente

implementada no mercado global. Ressalta-se também a compatibilidade das fases

superiores em relação às fases anteriores, incluídas neste caso o Projeto 16. Assim, uma

6 Project 25. Statement of Requeriments. de 09/03/2006, p.11.

16

infra-estrutura P25 Fase 2 pode incorporar sítios de repetição que adotam a tecnologia das

fases anteriores.

A faixa do espectro radioelétrico de operação P25 está compreendida entre 821-

824/866-869MHz em canais duplex, sendo a menor de descida e a maior de subida.

Contudo, nos Estados Unidos já estão em operação equipamentos na faixa 700MHz, onde a

FCC disponibilizou canais de radiofreqüência para os órgãos de segurança pública7. A Fig.

5.5 apresenta um diagrama em blocos do módulo de transmissão P25:

Fig.5.5 – Diagrama em blocos do módulo de transmissão P25

Fonte: Adaptado de Tait – “What is APCO Project 25?” emhttp://www.taitworld.com/main/index.cfm/3,255,289/whatisapcop25.pdf.

O sinal de voz analógico é amostrado e codificado preliminarmente por um Codec

PCM, para depois ser entregue ao vocoder que emprega técnica Improved Multiband

Excitation (IMBE) para compressão dos sinais de voz a 4.4kbits/s. Trata-se de um vocoder

proprietário da empresa Digital Voice System, Inc8 (DVSI). Segundo a empresa DVSI, o

IMBE possibilita uma taxa de compressão de até 7200bps em quadros de 20ms, com

amostras dos sinais de voz apenas nas bandas do espectro com energia. Neste modelo são

7 FCC - http://wireless.fcc.gov/publicsafety/700MHz/ Acessado em 28/09/06.8 Página da internet http://www.dvsinc.com/prj25.htm Acessado em 30/09/06.

17

adotados 144 bits por quadro, sendo 87 de informação, 1 bit de sincronismo e 56 de

controle de codificação de erro. A Fig. 5.6 ilustra a disposição dos bits áudio comprimidos

nos quadros P25:

Fig. 5.6 – Alocação dos bits de áudio nos quadros P25Fonte: P25 Training Guide DVSI/Daniels Electronics, 2004

A DVSI não divulga detalhes de seus microprocessadores digitais de áudio

empregados no P25, mas afirma que são produtos com qualidade superior aos demais

encontrados no mercado. A Fig. 5.7, a seguir, apresenta um microprocessador da família

DVSI responsável pela compressão de áudio no P25:

18

Fig. 5.7 – Microprocessador vocoder DVSI

Para justificar o emprego de seus microprocessadores, a DVSI divulga pesquisas e

testes realizados por diferentes institutos tecnológicos. A Fig. 5.8 apresenta um quadro

comparativo do vocoder IMBE/P25 em relação às demais tecnologias do mercado, segundo

testes realizados em terminais em movimento com velocidades distintas:

Fig. 5.8 – Comparativo do vocoder IMBE com demais tecnologiasFonte: http://www.dvsinc.com/papers/app_voco.htm. Acesso em 30/09/06

Onde:

Milhas por Hora (mph).Sinusoidal Transform Coder (STC)Vector Sum Excited Linear Prediction (VSELP),Code Excited Linear Prediction (CELP).

SCORE TIA

19

Segundo a DVSI, o gráfico da Fig. 5.9 foi obtido a partir dos resultados de testes

realizados pela TIA para a APCO. Os testes foram realizados a partir da simulação de

diferentes condições de operação, considerando-se também situações de fading, multipath e

estações móveis e portáteis em movimento9.

Assim, ao sair do vocoder IMBE, os bits são enviados ao codificador de canal que

adiciona informações de sinalização e correção de erro, totalizando 9.6kbits/s de dados para

transmissão. Para modulação da portadora no P25/Fase 1 é adotado o esquema Compatible

4-Level Frequency Modulation (C4FM), e P25/Fase 2 é o Chaveamento de Fase em

Quadratura Diferencial (CQPSK), conforme disposto na Tabela II a seguir:

TABELA II – ESQUEMA MODULAÇÃO DO PROJETO 25

Informação Símbolo Desvio de freqüênciaC4FM

Mudança de FaseCQPSK

01 +3 +1.8kHz +135º00 +1 + 0.6kHz +45º10 -1 -0.6kHz -45º11 -3 -1.8kHz -135º

Fonte: Adaptado de Project 25. Statement of Requeriments. de 09/03/2006

A modulação C4FM é uma forma particular da modulação por Chaveamento de

Fase em Quadratura (QPSK), na qual ao invés de ser enviado um símbolo correspondente a

um parâmetro puro de fase, este símbolo é representado por um desvio de freqüência. Neste

caso, cada conjunto de bits representado por um símbolo provoca uma variação de

freqüência determinada no sinal da portadora.

A modulação no P25/Fase 2 é feita por meio do método CQPSK, onde cada símbolo

sucessivo é mudado em fase de seu predecessor em 45graus, mas em canais 6.5kHz. Neste

processo, o transmissor modula a fase e simultaneamente modula a amplitude de portadora,

reduzindo a largura do espectro ocupado, gerando o sinal modulado CQPSK10. A Fig. 5.9

apresenta o diagrama em blocos dos moduladores C4FM e CQPSK:

9 Idem 5.10 TIA-102.CAAB-B Project 25 Recommendations C4FM/CQPSK Modulation.

20

Fig. 5.9 – Diagrama em blocos dos moduladores C4FM e CQPSK

Por sua vez, um demodulador de QPSK é capaz de receber tanto um sinal C4FM

(Fase 1/FDMA) ou CQPSK (Fase 2/FDMA-TDMA). A primeira etapa do demodulador é

um detector de modulação de freqüência. Isto permite que um demodulador da Fase 1 seja

capaz de receber os sinais em modo Trunking FM analógico, P25/Fase 1 C4FM ou

P25/Fase 2 CQPSK. Assim, para migrar de uma rede para outra, basta atualizar o módulo

transmissor da estação. O múltiplo uso do demodulador significa também que um receptor

da Fase 1 pode receber sinais analógicos ou digitais. A Fig. 5.10 ilustra o processo recepção

dos sinais C4FM e CQPSK:

Fig. 5.10 – Receptor comum para P25 Fase 1 e 2

21

Contudo, os terminais móveis P25/Fase 2 atualmente não estão sendo produzidos

em larga escala, pois devem exigir amplificadores lineares de potência para que a

componente de amplitude do sinal de CQPSK possa ser modulada. Mas as atuais

tecnologias de baterias não estão suficientemente desenvolvidas suprir consumo de energia

esperado para essa finalidade. Logo, os terminais móveis e portáteis poderão apresentar

deficiências para operação em períodos tempo médios e longos11.

A compatibilidade entre as fases do P25 com as versões anteriores, e outros

sistemas PMR, é obtida por meio das técnicas de migração por compensação e/ou

centralização. Isso é feito a partir da divisão dos canais de radiofreqüência em tamanhos

menores. Assim, os canais analógicos de 25kHz podem ser divididos em dois canais

digitais de 12.5 kHz. Com a migração por compensação, podem ser colocados dois canais

de 12.5 kHz na mesma faixa do espectro onde existia previamente um canal de 25 kHz.

Para tanto, os novos centros dos canais digitais de 12.5 kHz são compensados para 6.25kHz

do centro original do canal de 25 kHz. Para a migração com centralização, um dos novos

canais digitais de 12.5 kHz é colocado no centro do canal original de 25 kHz. O outro canal

digital de 12.5kHz é compensado em 12.5 kHz do centro do canal original de 25 kHz. A

Fig. 5.11 ilustra a alocação dos canais de radiofreqüência P25 nos processos migração por

compensação e centralização:

Fig. 5.11 – Adequação do canal analógico ao modelo digital

11 P25 Training Guide DVSI/Daniels Electronics, 2004, p.12 e ALVES, 2005.

22

Neste sentido, o P25 apresenta-se como um importante padrão de rádio digital

troncalizado. Trata-se de uma tecnologia desenvolvida para o segmento de segurança

pública com o apoio dos próprios usuários. Teve por base um princípio de tecnologia

aberta, no entanto também possui suas restrições de mercado. Essas restrições tem a sua

origem no início do projeto, quando os equipamentos foram fabricados por longo período

apenas pela empresa Motorola Inc, utilizando vocoder da DVSI. O P25 também permite o

compartilhamento de infra-estrutura e possui inúmeros fabricantes de interfaces na

plataforma IP.

5.2 PADRÃO TETRA

5.2.1 HISTÓRICO

Em dezembro de 1994, empresas e organismos de pesquisa de tecnologia em PMR

se associaram para desenvolver um padrão aberto de rádio digital troncalizado. Esse padrão

foi criado e denominado Terrestrial Trunked Radio (Tetra)12. Para tanto, esse padrão

adotou a premissa de se transformar em uma tecnologia de Public Access Mobile Radio

(PAMR) global, envolvendo novas técnicas de transmissão, mas integradas aos sistemas

PMR convencionais e telefonia móvel.

Em 1997, o padrão Tetra foi registrado na European Telecommunication Standards

Institute (ETSI) e suas especificações disponibilizadas para domínio público. Dessa

maneira, a associação fundada a partir do Tetra Memorandum of Understanding (Tetra

MoU) ampliou a comercialização do padrão em âmbito mundial. Na Europa, inúmeras

empresas começaram a fabricar e comercializar o padrão Tetra para diferentes mercados

PMR, desde o segmento militar até aplicações civis convencionais. A Fig. 5.12 apresenta

uma estação móvel fornecida pela empresa Siemens ao exército alemão:

12 TETRA Memorandum of Understanding, disponível no endereçohttp://www.tetramou.org/tetramou.aspx?id=1884. Acessado em 22/08/06.

23

Fig. 5.12 – Estação móvel Tetra da Siemens em um veículo do exército alemão.Fonte: www.tetramou.org/uploadedFiles/Files/Presentations/Dubai04_7_TETRA_in_Military.pptAcessado em 21/08/06

5.2.2 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS

O Padrão Tetra foi desenvolvido para funcionamento compartilhado nas faixas de

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

também com a telefonia móvel. Essas informações possuem descrição e registro detalhado

em especificações na ETSI. Por exemplo, o documento ETSI EN 300.392-2, v.2.5.2, de

novembro de 2005, entre outras, descreve as informações técnicas da interface aérea do

Tetra.

Nesse sentido, nos canais existentes, com espaçamentos de 25kHz, são alocadas as

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

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

tempo definidas, isto é, segundo a tecnologia TDMA. A Figura 5.13 apresenta a

distribuição de freqüências do Tetra na Europa:

24

Fig. 5.13 – Distribuição de canais do Tetra na EuropaFonte: Tetra MoU

A rede Tetra possui ainda inter-conexão entre redes por meio de interface IP, com

sítios de repetição, estações de despacho, bancos de dados, e outros elementos da rede que

podem ser observados no diagrama geral da rede na Figura 5.14 a seguir:

Fig.5.14 – Diagrama geral da rede TetraFonte: Adaptado de ALVES, 2005, p.188.

25

Em linhas gerais, as especificações do padrão foram definidas de maneira que o

padrão possa coexistir com outras redes. Essas informações generalizadas podem ser

avaliadas na Tabela III abaixo, onde estão descritos o espaçamento de canal, tecnologia de

modulação, taxa de transmissão da portadora e outras características técnicas :

TABELA III – D ESCRIÇÃO GERAL DO PADRÃO TETRA

Fonte: Adaptado de ALVES, 2005, p.188.

Os canais de radiofreqüência do Tetra são separados por um espaçamento de 25kHz,

com acesso TDMA. As janelas de tempo possuem um período de 14,167ms para

transmissão da informação com taxa de modulação de 36kbit/s. Para tanto, é adotado o

esquema de modulação π/4 Shifted Differential Quaternary Phase Shit Keying (π/4 –

DQPSK). São modulados 255 bits em sub-quadros com duração de aproximadamente

7,08ms. Dois sub-quadros compõe um quadro TDMA/Tetra com duração de 14,167ms, os

quais são agrupados em 18 quadros para formar um multi-quadro de 1,02s. Por fim, é

formatado um hiper-quadro de 61,2s com a seqüência de 60 multi-quadros. A Figura 5.15

ilustra o processo de formatação dos quadros de dados TDMA/Tetra que são enviados pela

interface aérea

26

Fig. 5.15 – Formatação dos quadros de dados TetraFonte: ETSI EN 300.392-2, v.2.5.2/2005 p.46

A modulação dos 255 bits ocorre em função de sua fase e estado lógico. Essa

técnica segue a fundamentação definida na Fórmula (2) a seguir:

(2)

Fonte: ETSI EN 300.392-2, v.2.5.2/2005 p.50

Onde:

S (K) = Símbolo resultanteDφ - Mudança de fase

27

Para a mudança de fase e estado lógico dos símbolos é adotada a Tabela IV a seguir:

TABELA IV – FORMATAÇÃO E CONSTELAÇÃO DOS SÍMBOLOS NO PADRÃO TETRA

Fonte: ETSI EN 300.392-2, v.2.5.2/2005 p.50

Quanto a modulação dos sinais, os símbolos são selecionados em função da

Fórmula (3):

(3)

Fonte: ETSI EN 300.392-2, v.2.5.2/2005 p.50

S(t) – Símbolo moduladoK – Número máximo de símbolost – Duração do símbolog(t) – Formatação ideal de símbolo

Os pacotes de dados são formatados para o tráfego na interface aérea 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 referência de protocolos Open

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

28

Dependent Convergence Protocol (SNDCP) responsável pelo controle e negociação 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 5.16 ilustra

essa integração:

Fig. 5.16 – Integração da rede Tetra com uma rede IP.Fonte: ETSI EN 300.392-2, v.2.5.2/2005 p.725

TE – Estação TerminalMT – Terminal MóvelMS – Estação MóvelSwMI- Infra-estrutura de gerenciamentoAAA – Servidor IPRADIUS – Protocolo de Autenticação

Neste processo a estação terminal se comunica com a estação móvel por meio de

um protocolo Ponto-a-ponto (PPP) e estabelece um enlace de comunicação de configuração

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

conexão e se inicia o processo de autenticação por meio do Challenge Handshake

Authentication Protocol (CHAP).

Contudo, a autenticação da estação terminal é validada apenas quando a estação

móvel Tetra acessa a rede. Isso ocorre após o acesso ao servidor de autenticação através da

infra-estrutura de rede. O acesso à rede de dados ocorre por meio de uma negociação de

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

Protocolo de Configuração IP (IPCP) gerencia esse processo definindo os endereços

apropriados na rede. A Figura 5.17 exemplifica essa comunicação:

29

Fig. 5.17 – Autenticação de uma estação terminal TetraFonte: ETSI EN 300.392-2, v.2.5.2/2005 p.725

Nesse sentido, verifica-se que o padrão Tetra possui grande facilidade de integração

com outras redes a partir da plataforma IP. A autenticação das estações e sua comunicação

na rede segundo o protocolo IP deixa o padrão Tetra em destaque como solução em

radiocomunicações digitais.

30

5.3 PADRÃO TETRAPOL

5.3.1 HISTÓRICO

O padrão Tetrapol de rádio digital troncalizado surgiu na França, no final da década

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

Matra Comunicações13. No início do projeto foram criadas redes de radiocomunicações

digitais envolvendo diferentes órgãos de segurança franceses. Em 1990, na França, foi

criada a rede nacional de comunicações para segurança pública denominada ACROPOL.

Em 1992, o Tetrapol foi instalado na Espanha, e criada a rede digital NEXUS de

comunicações para segurança pública. Pouco tempo depois, em 1994, a República Tcheca

adquiriu equipamentos Tetrapol, assim como fez o México, que em 1995, implantou esse

padrão em sua capital nacional. Outros países também implantaram o Tetrapol nas redes de

segurança pública, como a Romênia, Eslováquia e recentemente o Brasil, com o sistema

recém adquirido pela Polícia Federal14. A Figura 5.18 abaixo apresenta os novos modelos

de terminais e repetidor Tetrapol:

Fig. 5.18 – Terminais e repetidor de rádio trunking digital TetrapolFonte: Material publicitário da empresa EADS, de 14/07/2004.

13 Fórum Tetrapol. A Leading Edge Technology for PMR. Disponível no endereço eletrônico:www.tetrapol.org. Acesso em 20 de julho de 2006.14 Secretaria Nacional de Segurança Pública do Ministério da Justiça (SENASP/MJ).

31

Desde a sua criação, o padrão Tetrapol não foi adotado exclusivamente em redes

governamentais, pelo contrário, empresas privadas também investiram na aquisição dessas

redes digitais de radiocomunicações. Em função disso, diferentes empresas de

telecomunicações se reuniram e fundaram um fórum de discussões para o desenvolvimento

do padrão em âmbito global. Com essa iniciativa, as especificações técnicas foram

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

rádio digital para a fabricação em larga escala industrial.

Esse fórum de discussões técnicas está disponível no endereço eletrônico

www.tetrapol.org, onde são disponibilizadas as Especificações de Avaliação Pública (PAS)

do padrão Tetrapol. Essas especificações foram escritas segundo as normas do Instituto de

Padronização de Telecomunicações Europeu (ETSI), mas não possuem a publicação oficial

por aquele órgão. Logo, as especificações descritas nas PAS foram selecionadas pelas

empresas que integram o fórum Tetrapol para divulgação parcial, não sendo publicadas na

íntegra todas as informações técnicas desse formato de rádio digital. A Figura 5.19 abaixo

apresenta a página do fórum de discussões com o enlace para o fornecimento das

especificações PAS:

Fig. 5.19 – Página da internet oficial do Fórum Tetrapol.Fonte: http://www.tetrapol.org/www/tech/pas.php acessado em 04/08/06.

32

Neste ponto existe uma polêmica industrial, pois as empresas que integram o fórum

Tetrapol afirmam que as especificações técnicas descritas nas PAS são suficientes para a

fabricação de equipamentos neste padrão, mas as empresas concorrentes afirmam o

contrário. Isso significa dizer que para algumas empresas o padrão Tetrapol deve ser

considerado como uma tecnologia restrita ou de “padrão fechado”. Para essas empresas, o

Padrão Tetrapol deveria publicar suas especificações de maneira ampla e detalhada, como

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

toda a sua documentação técnica publicada no órgão de padronização daquele continente.

Esse é 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, compõe uma

documentação técnica de domínio público que detalha sua interface aérea. Contudo,

segundo o entendimento das empresas que integram o fórum Tetrapol, esse padrão seria

totalmente aberto, pois as PAS possuiriam informações técnicas detalhadas e suficientes

para compreensão plena do funcionamento dessa tecnologia.

Polêmica a parte, fato é que o padrão Tetrapol está presente no mercado global e

apresenta-se como uma das opções de rádio digital troncalizado para segurança pública.

Segundo o fórum Tetrapol Users Club estão em operações 90 redes de radiocomunicações,

instaladas em 35 países, com uma cobertura de 1.700.000 Km2, 850.000 usuários, e

investimentos previstos na ordem de 5 bilhões de Euros15.

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

Company (EADS), tendo sua gênese raízes na antiga Matra Comunicações. Atualmente, a

empresa EADS lidera mundialmente a fabricação e o fornecimento de soluções Tetrapol em

rádio digital. Suas atividades também podem ser acompanhadas pelo fórum de fabricantes

Tetrapol ou na página oficial da empresa no endereço eletrônico www.eads.com.

Entre as atuais empresas parceiras16 da EADS no projeto tecnológico Tetrapol estão

as empresas Kathrein, Siemens, ST Eletronics (Singapore Technologies Electronics Ltd),

Tait Comunications, entre outras que podem ser observadas na Tabela V a seguir:

15 Idem 13.

33

TABELA V – EMPRESAS FORNECEDORAS DE SOLUÇÕES TETRAPOL

EMPRESA Infra-estrutura Fabricação determinais

CAD Periféricos

CeoTronics XCogent X X X XDASA X X X XEADS X X X XELCON System Technik x XFramatome Co. XGrundig Plettac XIMP Industries XIntergraph PS XIPC XIT Centre X X XKathrein XLoxley Int. Ltda. XMaxon XMedium Soft X XNortel Networks X XSIEMENS X X X X

Fonte: Adaptado do endereço eletrônico http://www.tetrapol.org/www/forum/supporters.php.Acesso em 20/06/2006.

Neste trabalho as informações técnicas descritas foram obtidas a partir do

levantamento bibliográfico das especificações disponibilizadas pelo fórum Tetrapol, por

meio das PAS, fornecidas em seu endereço eletrônico. Para tanto, serão descritas as

especificações técnicas gerais, e aquelas de maior relevância para a avaliação da

interoperabilidade nas redes de radiocomunicações no padrão Tetrapol.

5.3.2 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS

O padrão Tetrapol adota tecnologia de Acesso Múltiplo por Divisão de Freqüências

(FDMA) e técnica de Modulação por Chaveamento Mínimo Gaussiano (GMSK), que pode

ser feito na faixa de freqüências compreendidas entre 70Mhz a 520MHz17. Na Europa, o

Tetrapol está presente na faixa de 380MHz a 400MHz, em canais dedicados à segurança

34

pública. Para tanto, recomenda-se a faixa de UHF (Ultra High Frequency) com a

canalização de 10KHz ou 12.5KHz e espaçamento de 5MHz na modalidade Duplex.

A estação base (BS) pode ser composta por até 24 repetidores controlados por um

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

Channel) para controle de tráfego e acesso (FDMA) nos canais da EB. O PCH está presente

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

199 dos quadros de dados emitidos pelo CCH.

O canal de controle de uma estação base Tetrapol emite ainda os sinais de difusão

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

como o Canal de Resposta de Acesso Aleatório (RCH – Random access answer CHannel).

Em ambos os casos, a sinalização é de descida (downlink), de maneira uni-direcional. Esses

sinais integram um superquadro que possui também uma sinalização de subida (up-link)

uni-direcional no CCH, tanto para alocação dinâmica dos repetidores (DACH - Dynamic

Random Access CHannel) como para o canal de acesso aleatório (RACH – Random Acess

CHannel). A sinalização e controle de um terminal Tetrapol podem ser avaliados na Figura

5.20 abaixo:

Fig. 5.20 – Sinalização e controle de um terminal Tetrapol.Fonte: Adaptado da PAS 001/2 – Ver.03, de 10/11/1999, pag.14-15.

17 Especificação de Avaliação Pública (PAS) 001/2 – Ver.03, de 10 de novembro de 1999, pag.11.

35

O superquadro de sinalização possui 200 quadros com 160bits que são transmitidos

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

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

nas freqüências de subida ou descida correspondentes. A comunicação entre a EB e o ET

não ocorre apenas em modo uni-direcional nos canais lógicos de controle específicos, pois

existe também o canal de comunicação permanente de dados e sinalização bidirecional

Signalling and Data CHannel (SDCH). O SDCH viabiliza a sinalização necessária para as

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

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

em canais lógicos bem definidos. O Signalling channel for transmitter interruption

(SCH/TI) é enviado de maneira uni-direcional no superquadro de descida e indica o

momento correto para a transmissão do ET. O Signalling CHannel (SCH) também integra

o superquadro de 160bits e possui função semelhante. Esta sinalização controla o tráfego

dos Voice Channel or Data Channel (VCH/DCH) na interface aérea do Tetrapol. A Figura

5.21 abaixo descreve resumidamente este fluxo de sinalização entre a ET e BS por meio do

CCH:

Fig 5.21 – Controle de tráfego na rede TetrapolFonte: Adaptado da PAS 001.7 – Ver.03, de 10/11/1999, pag.15.

36

Os quadros que integram os canais lógicos de áudio ou dados são embaralhados no

processo de preparação para seu envio na interface aérea. Dessa maneira, o Tetrapol inicia

o procedimento de proteção para segurança e sigilo das mensagens que trafegam na rede.

Os bits que compõe a mensagem original são alocados em blocos de 20bits e recebem bits

redundantes de proteção para codificação e embaralhamento criptográfico na rede. Este

processo pode ser visualizado na Figura 5.22 a seguir:

Fig. 5.22 – Processo de elaboração dos quadros de áudio.Fonte: Adaptado da PAS 001.7 – Ver.03, de 10/11/1999, pag.16.

A Figura 5.22 acima descreve passo a passo o processo de formação dos quadros de

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

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

proteção são responsáveis pelo início da seqüência de codificação.

A codificação e decodificação (CODEC) do Tetrapol são baseados em algoritmos

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

37

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

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

no formato de Modulação por Código de Pulso (PCM)18 para reprodução do áudio. As

Fórmulas (4) e (5) a seguir representam as definições matemáticas para a geração dos

blocos de bits no CODEC RPCELP do formato Tetrapol:

( 4 )

( 5 )

Os elementos assim estão descritos:

ELPT – Palavra Codificada (Long Term Predictor)

bo – Ganho de cada palavra codifica

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

As amostras de áudio são codificadas de acordo com uma seqüência lógica definida

por uma matriz de endereçamento lógico. Essa matriz é composta de 160 endereços lógicos

correspondentes às amostras de quadros de áudio e pode ser observada na Fig. 5.23 a

seguir:

18 Especificação de Avaliação Pública (PAS) 1.7 – Ver.03, de 10 de novembro de 1999, pag.14.

38

Fig. 5.23 – Matriz de endereço com as amostras de bits de áudioFonte: Especificação de Avaliação Pública (PAS) 001.7 – Ver.03, de 10/11/1999, pag.18.

Para o processo de embaralhamento (scrambling) dos bits é utilizada a seqüência

lógica obtida a partir da Fórmula (6) abaixo:

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

Onde:

S = Sinal de saídaK = Amostra

Na formatação dos quadros de dados é utilizado um procedimento semelhante e

pode ser avaliado na Figura 5.24 a seguir:

39

Fig. 5. 24 – Processo de elaboração dos quadros de dados.Fonte: Adaptado da PAS 001.7 – Ver.03, de 10/11/1999, pag.19.

As Taxas de Erro de bit (BER) são toleradas tanto para os quadros de áudio quanto

para os quadros de dados. O valor máximo de BER está em torno de 0.1% para condições

de interferência de até –20dBm. A Tabela VI a seguir apresenta os valores toleráveis para

as Taxas de Erro de Quadros (FER) e BER para até –85dBm de interferência e boas

condições de propagação, tanto para os canais lógicos de áudio (VCH) quanto de dados

(DCH):

TABELA VI – TOLERÂNCIA DE TAXA DE ERRO DE BIT (BER) E ERRO DE QUADRO (FER)

Fonte: Adaptado da PAS 001/2 – Ver.03, de 10/11/1999, pag.36.

40

Para a perfeita operação da rede, a sensibilidade de recepção da Estação Base deve

ser de –113dBm , e –111dBm para os terminais. É tolerada ainda uma interferência entre os

canais de até –45dB para canais de 12.5KHz.

As Estações Base Tetrapol podem ser conectadas ainda à rede pública de telefonia

fixa (PSTN), móvel, ou mesmo a uma rede IP. Assim, o diagrama geral de uma da rede

Tetrapol pode ser avaliado na Figura 5.25 abaixo:

Fig. 5.25 – Diagrama geral da Rede TetrapolFonte: Fórum Tetrapol

41

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

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

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

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

anteriormente, a interface aérea do Tetrapol possui criptografia fim-a-fim, não se admitindo

conexões na rede senão em seu formato original. Este posicionamento técnico pode ser

avaliado na Figura 5.26 a seguir:

Fig. 5.26 – Criptografia TetrapolFonte: Adaptado da PAS 001/1 – Ver.01, de 30/01/1998, pag.25.

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

chaves de autenticação para os terminais móveis. Essas chaves lógicas estão armazenadas

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

telefonia móvel. Cada terminal também possui um código numérico pessoal (PIN) de

identificação, que é requisitado pelo canal de controle durante a habilitação do terminal na

rede Tetrapol. Desse modo, as comunicações que fluem do terminal móvel, passando pela

interface aérea, estação base, até o terminal de destino são criptografas.

42

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

lógicos de maneira criptogrados, desde o seu envio pelo terminal móvel, até chegar ao

repetidor, fluir pela rede IP, até chegar ao seu destino. Para interconexões das redes deve-se

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

terminal que opera em outro padrão com o formato Tetrapol. O módulo conversor pode ser

utilizado em diferentes canais para integração na interface aérea, como observado na Figura

5.27 adiante:

Fig.5.27 – Módulo Conversor de Canal (Single Channel Converter)Fonte: EADS

Em alguns segmentos, como aplicações militares e segurança pública, a criptografia

fim-a-fim apresenta-se como um diferencial razoável nas redes de rádio digital. Tal

característica permite maior sigilo nas comunicações, evitando interceptações indesejáveis.

Contudo, essa característica também restringe o acesso dos fabricantes ao padrão de rádio

digital, uma vez que essas soluções tecnológicas exigem investimentos em todos os blocos

da rede, de maneira uniformizada.

43

5.3 COMPARATIVO GERAL DOS PADRÕES

Conforme observado ao longo deste trabalho, os padrões de rádio digital

troncalizado Tetrapol, Tetra e P25 apresentam diferenças técnicas relevantes. A Fig. 5.28

apresenta as características técnicas de cada padrão, bem como suas divergências:

Fig. 5.28 – Quadro comparativo dos padrões de rádio troncalizadoFonte: Adaptado do GSM and Personal Communications Handbook, p.121.

Essas são informações relevantes, pois o conhecimento das especificações técnicas

de cada padrão apresenta-se de modo estratégico para compressão e análise das

possibilidades de integração entre os padrões e demais redes de comunicações.

44

6. FATORES RELEVANTES PARA INTEROPERABILIDADE

6.1 INTEROPERABILIDADE

O termo interoperabilidade, genericamente, está relacionado com a capacidade de

operação mútua, comum, integrada, de equipamentos e sistemas distintos. Neste sentido, a

interoperabilidade plena entre sistemas de comunicações ocorre quando os serviços

ofertados entre redes diferentes são compartilhados por suas entidades sem obstáculos19.

Isso significa dizer que a comunicação entre as entidades das redes deve ser transparente,

respeitando-se as regras e hierarquias definidas para cada sistema, de modo a funcionarem

totalmente interconectadas. Por definição entende-se por interconexão:

A ligação entre redes de telecomunicações funcionalmente compatíveis, de modoque os usuários de serviços de uma das redes possam comunicar-se com usuáriosde serviço de outra, ou acessar serviços nelas disponíveis.(Glossário Brasileirode Direito das Telecomunicações, 2006, p.50)

Em sistemas de radiocomunicações a interoperabilidade das estações pode ser

avaliada de acordo com o nível de integração entre redes distintas. Por exemplo, dois

terminais de redes diferentes que desejam compartilhar recursos de comunicação, sendo um

desses no padrão Projeto 25, operando na faixa de 800MHz, e o outro Tetrapol, em

400MHz. Nesta configuração não existe nenhuma comunicação entre redes, uma vez que

cada terminal opera em modo e faixa distintos. A interface aérea não possibilita a

interconexão das redes. No entanto, caso o administrador deseje integrar as comunicações

dessas redes e compartilhar todos os seus recursos entre as estações, ele deverá

implementar soluções que possam contornar as diferenças técnicas existentes em cada

padrão e promover a interoperabilidade dessas redes.

Nos Estados Unidos, os órgãos de segurança, principais usuários dessas redes, se

reuniram e criaram um programa de análise de compatibilidade e interoperabilidade dos

sistemas de radiocomunicações. Esse programa foi denominado SAFECOM e encontra-se

disponível no endereço eletrônico www.safecomprogram.gov. Esse programa sugere

diferentes níveis de interoperabilidade para redes de radiocomunicações, sejam essas

19 JESZENSKY, 2004, p.272.

45

convencionais ou troncalizadas. Esses critérios de avaliação podem ser observados na

Tabela VII a seguir:

TABELA VII – NÍVEIS DE INTEROPERABILIDADE ENTRE REDES DE RADIOCOMUNICAÇÕES

Nível Característica Técnica

6 Plena compatibilidade de gerenciamento e operação

5Operação em modo “visitante” (ROAMING) com serviços

parcialmente disponibilizados

4 Redes integradas por consoles de despacho a 4-fios (TX/RX)

3Canais de radiofreqüência comuns, mas com características

diferentes das redes de origem

2 Comunicação em modo direto apenas entre os terminais

1Nenhuma comunicação entre redes, os terminais não instalados

de acordo com a tecnologia

Fonte: Adaptado de “Statement of requirements for Public Safety wireless communications &interoperability”, SAFECOM, 2006.

Logo, a interoperabilidade nos sistemas de radiocomunicações que adotem padrões

proprietários ou abertos, está vinculada a utilização de interfaces comuns para integração.

As soluções encontradas poderão apresentar diferentes níveis de interoperabilidade, que

podem variar desde um simples compartilhamento parcial de infra-estrutura até a total

transparência na troca de informações entre redes.

6.2 COMPARTILHAMENTO DE REDES

A interoperabilidade entre sistemas de comunicações é obtida por meio da

compatibilidade de hardware e software instalado, bem como dos protocolos de

comunicações utilizados nas redes. O protocolo define o formato e a ordenação das

mensagens a serem transmitidas, além dos mecanismos para envio e recebimento dos

pacotes de dados20. Assim, as mensagens são condicionadas para o tráfego na rede em

função do protocolo. Nesse “condicionamento”, as mensagens são fragmentadas em

46

quadros de dados e ordenadas em pacotes específicos, que são encapsulados de maneira que

possam trafegar seguramente pelas rotas estabelecidas no sistema, de acordo com seu

hardware e software.

Esses quadros de dados recebem ainda informações redundantes para correção de

erros e livre trânsito na rede. Também são incluídas informações adicionais, as quais

podem conter o endereçamento eletrônico do remetente e destinatário, como também de

outros dados pertinentes para a rede.

Após esse processo, os quadros de dados são enviados e recebidos por meio da

comutação de circuitos ou de pacotes, dependendo da filosofia adotada. Na comutação por

circuitos é estabelecida uma rota específica para comunicação direta entre as entidades,

reservando-se recursos exclusivos na rede para essa finalidade. No caso da comutação de

pacotes, os quadros de dados podem ser enviados em pacotes distintos, sendo armazenados

e reenviados por rotas diferentes até chegar ao seu destinatário.

Existem também serviços oferecidos pela rede que podem ser orientados a conexão

ou não. Aqueles serviços que são orientados a conexão possuem pacotes de controle, de

modo que a transferência dos dados seja confiável, controlando o fluxo e possíveis

congestionamentos21. Na internet o Transmission Control Protocol (TCP) exerce essa

função. Para os serviços não orientados a conexão, não há mecanismos de apresentação dos

pacotes, como também não existem informações de confirmação do seu recebimento.

Contudo, a interação entre redes estará vinculada a compatibilidade desses

procedimentos. Assim, para solucionar essa questão, a International Standards

Organization (ISO) estabeleceu um modelo referência entre protocolos, denominado Open

Systems Interconnection (OSI), de maneira que diferentes redes possuam arquiteturas

semelhantes e, consequentemente, sejam interoperáveis. De acordo com o modelo OSI, as

redes devem ser projetadas em função de camadas de lógicas determinadas, as quais

possuem protocolos comuns. A Tab. VIII apresenta a disposição da pilha de protocolos

proposto pela arquitetura OSI para a internet:

20 KUROSE, 2003, p7.21 Idem 20, p.9.

47

TABELA VIII – PILHA DE PROTOCOLOS

Camada Pilha PDU (Protocol Data Unit)

Camada 5 Aplicação MensagemCamada 4 Transporte SegmentoCamada 3 Rede DatagramaCamada 2 Enlace QuadroCamada 1 Física 1-PDU(Protocol Data Unit)

Fonte: Adaptado de KUROSE, 2003, p.38

Na camada de aplicação são executados os processos de diferentes sistemas, os

quais utilizam a camada de transporte para o envio das mensagens. Por sua vez, na camada

de transporte, as mensagens são segmentadas e entregues à camada de rede, para serem

direcionadas ao destinatário. Neste momento são definidas as rotas para os segmentos das

mensagens e os quadros de dados são agrupados em pacotes comuns às rotas estabelecidas.

Na camada de enlace, os pacotes recebem as informações necessárias para o controle de

tráfego e correção de erro, e assim são enviados fisicamente ao seu destinatário. No destino

a mensagem é obtida após o tráfego dos dados pelo caminho inverso.

Tal como ocorre com outros segmentos de telecomunicações, os sistemas de

radiocomunicações também buscam soluções para intregração das redes que se baseiam na

pilha de protocolos OSI. Essa filosofia de protocolos abertos facilitam a integração das

redes e diminuem os custos com hardware e software.

Neste sentido, verifica-se uma tendência de adoção da voz sobre IP (Voice over

IP)22 e rede Ethernet para inter-conexão de sistemas de radiocomunicações. Essa tendência

se justifica por inúmeros motivos, tais como a convergência de diferentes tecnologias para

o IP, facilidade de acesso à diferentes redes, além da grande gama de equipamentos e

interfaces para essa finalidade.

Verifica-se também que, atualmente, muitas redes de dados utilizam o padrão

Ethernet para sua inter-conexão Esse formato admite o protocolo IP e possibilita ainda

diversificadas topologias de rede. O padrão Ethernet tem a sua origem na década de 8023 e

está bastante difundido no mundo contemporâneo. As tecnologias Ethernet mais comuns

são 10Base2, 10BaseT e 100BaseT. A tecnologia 100BaseT também é denominada de fast

22 Idem 19, p.401.23 Idem 20, p.325.

48

ethernet e pode alcançar taxas de 100Mbps. O acesso à rede Ethernet por par metálico pode

ser definido pelo protocolo de acesso múltiplo por detecção de portadora com prevenção de

colisão (CSMA/CA). A Fig. 6.1 apresenta o quadro de dados da rede Ethernet:

PreâmbuloEndereçoDestino

Endereço deOrigem

Tipo DadosVerificação de

Redundância Cíclica(CRC)

Fig. 6.1- Estrutura do quadro EthernetFonte: KUROSE, 2003, p.326.

No quadro Ethernet, o preâmbulo é um campo de 8 bytes e serve como sinalização e

sincronismo para os adaptadores e estações da rede. Os campos de endereço de destino e

origem possuem 6 bytes cada um, e levam as informações relativas à entidade que enviou o

datagrama e a aquela que deverá recebê-lo. O campo “tipo” possui 2 bytes e identifica o

quadro para que a rede Ethernet multiplexe diferentes protocolos da camada de rede. o

campo de dados carrega o datagrama IP com 46 a 1500 bytes. Ao final, o campo de

Verificação de Redundância Cíclica (CRC) que possui 4 bytes e têm a função de auxiliar as

entidades da rede na detecção de erros. Essa estrutura disponibiliza para a camada de rede

IP os recursos necessários para o tráfego das mensagens nas camadas OSI de enlace e física

da rede Ethernet. As mensagens são fragmentadas e enviadas por meio de um datagrama IP,

cuja formatação pode ser visualizada na Fig. 6.2 a seguir:

VersãoComprimento do

cabeçalhoTipo deserviço

Comprimento do Datagrama (bytes)

Identificador de 16bits FLAGS Deslocamento de fragmentação de 13bits

Tempo de vida Protocolo da camada superior Soma verificadora do cabeçalho

Endereço IP de 32 bits da origem

Endereço IP de 32 bits do destino

Opções

Dados

32bits

Fig. 6.2 – Formato do datagrama Ipv4Fonte: KUROSE, 2003, p.246.

49

Dessa maneira, verificam-se inúmeras possibilidades de integração das redes de

radiocomunicações baseando-se na pilha de protocolos OSI e padrões de integração de rede

comuns, tais como o IP e a rede Ethernet. A Fig. 6.3 apresenta o cenário proposto para a

interoperabilidade baseada na plataforma IP:

Fig. 6.3 – Redes de radiocomunicações integradas por VoIP

Conforme observado anteriormente, os padrões de rádio troncalizado digital não

possuem características técnicas comuns que possam viabilizar a sua interoperabilidade

pela interface aérea. Essas distinções se baseiam nas diferentes técnicas de modulação,

faixas de radiofreqüência distintas, além dos teleserviços que são ofertados de acordo com

o box de soluções da empresa fornecedora. No entanto, mesmo que os sinais de voz sejam

digitalizados e agrupados de acordo com cada padrão, esses dados podem ser convertidos e

trafegar em uma rede comum, Ethernet por exemplo, aplicando-se técnicas de VoIP.

Para essa técnica, o meio de transporte será baseado no Real Time Protocol (RTP) e

devem ser considerados o fluxo e a reprodução contínua do conteúdo multimídia24. O fluxo

contínuo evitará a necessidade de descarregar um arquivo inteiro antes de começar a

24 Idem 19, p.378.

50

reproduzi-lo, ou seja, a mídia será reproduzida a partir de seu recebimento, respeitando-se a

temporização original de gravação ou coleta em tempo real.

6.3 RADIOCOMUNICAÇÕES E REDES IP

A adoção de soluções de VoIP para integração de sistemas de radiocomunicações

não é recente, pelo contrário, radioamadores já possuíam estações fixas, móveis e

repetidoras integradas pela internet no início da década de 9025. Atualmente, a integração

das estações de radioamadores pelo mundo inteiro é feita por meio de diferentes softwares,

sendo o mais utilizado denominado Echolink. Trata-se de um software livre que converte os

sinais de voz na transmissão e recepção (TX/RX), oriundos da interface aérea das redes de

radioamadores, para a sua transmissão pela internet. Esses sinais são comprimidos e

enviados a um servidor comum que define a sua rota e destino. Para que isso seja possível,

é instalada uma interface entre o rádio transceptor e um computador ligado à internet. Essa

interface pode ser avaliada na Fig. 6.4 a seguir:

Fig. 6.4 – Interface entre rádio e rede IP para o EcholinkFonte: Sítio da empresa www.hamtronix.com.br Acessado em 06/10/06

Com essa interface é possível disponibilizar um enlace entre repetidoras de

radiocomunicações convencionais de radioamadores em qualquer parte do planeta

utilizando-se a internet como meio de integração. A Fig. 6.5 ilustra esse processo, como

também apresenta a interface gráfica do software Echolink:

25 American Radio Relay League – www.arrl.org . Acesso em 06/10/06

51

Fig. 6.5 – Exemplo de enlace e interface gráfica do Echolink

Seguindo essa filosofia, diversas empresas de telecomunicações também estão

investindo na interoperabilidade de plataformas distintas de radiocomunicações, todas

baseadas em interfaces IP. A Fig. 6.6 apresenta uma solução PMR proposta pela empresa

EFJohnson:

Fig. 6.6 – Solução integrada em radiocomunicações da empresa EFJohnsonFonte: www.efjohson.com

52

A compressão dos sinais de áudio de TX/RX analógicos realizada pelo Echolink é

relativamente simples, pois os sinais são coletados analogicamente da saída da estação de

radiocomunicação e comprimidos para web. Nos sistemas troncalizados digitais essa

conversão não é tão simples assim, pois existem outras varáveis que devem ser

consideradas.

Nas redes de rádio troncalizadas digitais existem componentes de áudio, dados e

sinalização, isto é, os sinais de voz codificados acrescidos de outras informações, tais como

sinalização de controle individual e de grupo, identificação de chamada, teleserviços

específicos unicast e multicast, entre outras funcionalidades específicas para cada padrão.

Portanto, a convergência dessas informações para compartilhamento dependerá da

compatibilidade dos pacotes de dados enviados e recebidos nas redes envolvidas.

Conforme observado anteriormente, a codificação dos sinais de voz e a formatação

dos quadros de dados nos padrões Projeto 25, Tetra e Tetrapol são tecnicamente distintas.

Contudo, teoricamente, a compatibilização desses dados para seu compartilhamento

apresenta-se de maneira mais simples que a integração das redes por meio de uma interface

aérea comum.

Ainda no campo teórico, seria plenamente viável o compartilhamento de dados que

sejam oriundos de protocolos comuns, tal como o IP. No entanto, os pacotes e quadros de

dados nos padrões de rádio troncalizado digital são formatados em função de processos

específicos, por meio de protocolos proprietários ou abertos. Logo, mesmo que um

equipamento de rede Projeto 25, Tetra ou Tetrapol possua uma interface Ethernet para sua

interconexão por meio de uma rede IP, esse compartilhamento estará condicionado à

capacidade da outra entidade em interpretar as seqüências de dados geradas no padrão de

origem e convertê-las para o formato desejado. Neste caso, o protocolo IP serve apenas

como mecanismo de transporte de dados, quadros e pacotes formatados em função do

padrão original.

53

7. CONCLUSÕES

Este trabalho teve início com a conceituação da tecnologia de rádio troncalizado

digital e caracterização técnica dos padrões líderes de mercado em escala global. Em

seguida, foram apresentados os conceitos elementares para interoperabilidade entre redes.

Ao final, foram discutidos os fatores relevantes para integração das redes de

radiocomunicações troncalizadas digitais.

De acordo com o conteúdo apresentado, verificou-se que a interoperabilidade entre

os padrões de rádio digital troncalizado está vinculada à disponibilidade de interfaces

comuns nos equipamentos de rede, bem como de mecanismos que possam converter os

dados em função do padrão desejado. Essa conversão não é simples e dificilmente será

alcançada se as empresas concorrentes não se unirem.

A interoperabilidade de redes de radiocomunicações entre padrões de rádio

troncalizado digital distintos está vincula a disponibilidade dos fabricantes em compartilhar

as informações detalhadas relativas aos códigos fonte dos protocolos e aplicações

específicas de seus padrões para interconexão plena das redes. Portanto, não é suficiente

publicar informações relativas aos padrões proprietários, uma vez que as aplicações e

códigos fontes dos teleserviços não são compartilhados.

Para a convergência dos padrões os fabricantes deverão apresentar soluções

integradas de hardware e software, compartilhando aplicações, de maneira que os quadros

de dados Projeto 25, Tetra e Tetrapol sejam facilmente convertidos para uma plataforma de

rede comum.

A interoperabilidade deve ser considerada em sua plenitude, não apenas o

compartilhamento de voz por “pseudo-interfaces” a 4-fios que integram o áudio das redes.

Todas as funcionalidades das redes devem ser compartilhadas na interoperabilidade, desde

o áudio das estações, teleserviços unicast e multicast, grupos de usuários e gerenciamento.

Destarte, a interoperabilidade entre os padrões de rádio troncalizado digital é

possível, assim como a interconexão com redes convencionais. Contudo, a convergência

plena entre os padrões depende do interesse dos fabricantes em compartilhar detalhes

técnicos acerca de suas aplicações voltadas para esse segmento das radicomunicações.

54

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASSIS, Mauro S. Sistemas via satélite. Livro Texto Curso Sistemas Modernos de

Telecomunicações. Rio de Janeiro: UFF, 2005, 168p.

ALVES, Plínio R. G. Sistemas Integrados de Comunicações Críticas. Brasília:

UnB, 2005, 274p.

DANIELS Inc. P25 Training Guide Electronics, 2004, 74p.

ETSI Nr.300.392-2 TETRA Air Interface. Paris: ETSI, 2005, 898p.

GRAHAM, Stephen. Telecommunications and the city: eletronic spaces, urban

places. New York: Routledge, 1996.

JESZENSKY, Paul Jean Etienne. Sistemas Telefônicos. Barueri, São Paulo: Manole,

2004, 651p.

KAR, Bruce M. The operational impact of 900MHz radio systems on law

enforcement communications. Washington/DC: APCO, 1978.

KAVANAGH, Donald. Project 16 A: 900MHz trunked communications system

functional requeriments development. Washington/DC: APCO, 1978.

__________, Donald. The application of the 900MHz band to law enforcement

communications: na analysis of techincal and regulatory factors. Washington/DC:

APCO, 1978.

KUROSE, James F. Redes de computadores e a internet: uma nova abordagem. São

Paulo: Addison Wesley, 2003, 548p.

PROJETO 25. Statement of requirements. Washington/DC: APCO, 2006, 52p.

REDL, Siegmund R. GSM and Personal Communications Handbook. London:

Artech House, 1998, 539p.

55

SMART TRUNK INC. Smart trunk II system overview. Rev. 9 Califórnia: Nacional,

2004, 57p.

TAIT Communications. What´s APCO Project 25? 2004

TIA-102.CAAB-B Project 25 Recommendations C4FM/CQPSK Modulation.

Washington/DC, 1996.

TIA-102.AAA Project 25 DES Encryption Protocol. Washington/DC, 1997.

TIA-102.CAAB-C Project 25 Trunking Control Channel

MenssagesRecommendations C4FM/CQPSK Modulation. Washington/DC, 1996.

TIA-102.BAA Project 25 Recommendations Common Air Interface.

Washington/DC, 1996.

TETRAPOL. Especificação de Avaliação Pública 1.0.2 – Gateway to external

networks. Paris: Fórum Tetrapol, 1996.

TETRAPOL. Especificação de Avaliação Pública 1.1.1 – General Network Design.

Paris: Fórum Tetrapol, 1999.

TETRAPOL. Especificação de Avaliação Pública 1.7 – Codec. Paris: Fórum

Tetrapol, 1999.

TETRAPOL. Especificação de Avaliação Pública 1.11.3 – Gateway to IP

Networks. Paris: Fórum Tetrapol, 1997.

TETRAPOL. Especificação de Avaliação Pública 1.16.1 – Security Services. Paris:

Fórum Tetrapol, 2004.

TETRAPOL. Especificação de Avaliação Pública 1.16.1 – Base station to radio

switch interface. Paris: Fórum Tetrapol, 1999.