CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
CLÁUDIO DA SILVA ABREU
ESTUDO DA MIGRAÇÃO DO SISTEMA DE RADIOCOMUNICAÇÃO ANALÓGICO PARA DIGITAL E SUA IMPLANTAÇÃO EM UMA PERMISSIONÁRIA DE
ENERGIA
Ijuí 2017
CLÁUDIO DA SILVA ABREU
ESTUDO DA MIGRAÇÃO DO SISTEMA DE RADIOCOMUNICAÇÃO ANALÓGICO PARA DIGITAL E SUA IMPLANTAÇÃO EM UMA PERMISSIONÁRIA DE
ENERGIA
Projeto de pesquisa apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.
Orientador: Prof. Me Mauro Fonseca Rodrigues
Ijuí 2017
UNIJUÍ - UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
A Comissão Examinadora, abaixo assinado, aprova a Monografia.
ESTUDO DA MIGRAÇÃO DO SISTEMA DE RADIOCOMUNICAÇÃO ANALÓGICO PARA DIGITAL E SUA IMPLANTAÇÃO EM UMA PERMISSIONÁRIA DE
ENERGIA
Elaborado por:
CLÁUDIO DA SILVA ABREU
Como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Eletricista
Comissão Examinadora:
___________________________________________________ Prof. Me Mauro Fonseca Rodrigues
Orientador
___________________________________________________ Professor: Mateus Felzke Schonardie
Examinador
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho primeiramente а Deus, por ser essencial em minha vida, autor de mеυ destino, meυ guia, ао meu pai João Carlito, minha mãe Inês, аоs meus irmãos Carla e Carlos e minha vó Eni.
Dedico em especial não só esta como toda e qualquer conquista a minha querida e amada filha que Deus a quis consigo e se tornou um anjo em nossas vidas, a você Manuela (in memorian).
“Não existe partida para aqueles que permanecerão eternamente em nossos corações”.
Dedico também em especial minha esposa Patrícia Andreolli que sempre me apoiou, esteve comigo nas horas mais difíceis.
AGRADECIMENTO
Agradeço em especial ao Grupo CRELUZ que proporcionou e não mediu esforços para este curso se realizar.
Agradeço a Unijuí e todos os seus professores que além do empenho em transmitir os conteúdos, aceitaram o desafio em ficar dias fora do cômodo de sua casa em prol da educação, uma prova de profissionalismo e amor ao que faz.
Em especial ao Professor Mestre Mauro Fonseca Rodrigues, meu orientador que me auxiliou muito nesta etapa tão importante da minha vida acadêmica.
Aos amigos е colegas, pelo incentivo е pelo apoio.
RESUMO
ABREU, Cláudio. Referencial de migração do sistema de Radiocomunicação Analógico para Digital e sua implantação. 2017. Trabalho de conclusão de curso. Curso de Engenharia Elétrica, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Rodeio Bonito, 2017.
Este trabalho apresenta um referencial de migração de sistema de radiocomunicação analógico para digital e sua implantação por uma Cooperativa de Energia atendendo as normas da Agência Nacional de Telecomunicações – ANATEL. O presente estudo apresentará todos os passos, desde análise de locais para alocação das repetidoras, escolha dos equipamentos, enlace de comunicação e obtenção das licenças das estações, bem como os resultados após a implantação. Como principais resultados pode-se destacar o sinal digital sem ruídos, interferências e a maior cobertura do sinal na área de atuação da Cooperativa atingindo 98% das localidades. Todos os estudos realizados e a implantação do sistema de radiocomunicação digital foram realizados na empresa CRELUZ Cooperativa de Distribuição de Energia, nos meses de outubro de 2015 a agosto de 2017.
Palavras-chave: Radiocomunicação, Telecomunicações, Engenharia Elétrica, Comunicação de dados.
ABSTRACT
ABREU, Cláudio. Migration reference of the Analog to Digital Radiocommunication system and its implementation. 2017. Graduation work. Course of Electrical Engineering, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Rodeio Bonito, 2017.
This work presents a reference of migration from analog to digital radio system and its implementation by an Energy Cooperative meeting the standards of the National Telecommunications Agency - ANATEL. The present study will present all the steps, from analysis of sites for allocation of the repeaters, choice of equipment, communication link and obtaining the licenses of the stations, as well as the results after the implantation. The main results can be highlighted the digital signal without noise, interference and a greater coverage in the area of operation of the Cooperative of execution 98% of the localities. All the studies performed and the implementation of the digital radiocommunication system were carried out in the company CRELUZ Cooperativa de Distribuição de Energia, from October 2015 to August 2017.
Key words: Radiocommunication, Telecomunication, Electrical Engineering, Data communication.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Direção do campo magnético e elétrico ...17
Figura 2 - Espectro eletromagnético ...19
Figura 3 - Diagrama de sistema de comunicação elementar ...23
Figura 4 - Enlace ponto a ponto ...25
Figura 5 - Enlace ponto-multiponto ...25
Figura 6 - Enlace multiponto-ponto ...26
Figura 7 - Enlace multiponto-multiponto ...26
Figura 8 - Representação do Sinal Analógico ...28
Figura 9 - Representação do Sinal Digital ...29
Figura 10 - Diagrama Radiocomunicação Digital ...30
Figura 11 – Principais Padrões Troncalizado ...32
Figura 12 - Esquemático da rede analógica ...42
Figura 13 - Licença CRELUZ Analógica ...43
Figura 14 - Diagrama Migração Radiocomunicação Digital ...46
Figura 15 - Direção dos elementos - Repetidora Alpestre ...51
Figura 16 - Área percorrida - Repetidora Alpestre ...51
Figura 17 - Direção dos elementos - Repetidora Miraguaí ...52
Figura 18 - Área percorrida - Repetidora Miraguaí ...53
Figura 19 - Direção dos elementos - Repetidora Palmeira das Missões ...54
Figura 20 - Área percorrida - Repetidora Palmeira das Missões ...54
Figura 21 - Direção dos elementos - Repetidora Ametista do Sul ...55
Figura 22 - Área percorrida - Repetidora Ametista do Sul ...56
Figura 23 - Área de cobertura - Repetidora Alpestre ...57
Figura 24 - Área de cobertura - Repetidora Ametista ...57
Figura 25 - Área de cobertura - Repetidora Miraguaí ...58
Figura 26 - Área de cobertura - Repetidora Palmeira das Missões ...58
Figura 27 - Frequências utilizadas nas Repetidoras ...61
Figura 28 - Esquemático sistema digital ...67
Figura 29 - Sinal Analógico X Localidades ...73
Figura 30 - Sinal Digital X Localidades ...73
Figura 31 - Sinal Bom X Ruim ...74
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Comparação dos sistemas digitais ... 39
Quadro 2 - Transmissão Analógica X Digital ... 40
Quadro 3 - Sigla das estações ... 42
Quadro 4 - Relação das licenças da CRELUZ-D ... 44
Quadro 5 - Teste - Estação Repetidora ... 50
Quadro 6 - Teste - Estação Móvel ... 50
Quadro 7 - Características do sistema implantado ... 66
Quadro 8 - Classe da Estação ... 67
Quadro 9 - Função da Estação ... 67
ABREVIATURAS E SIGLAS
A Ampére
AERBRAS Associação das Empresas de Radiocomunicação do Brasil
AM Amplitude Modulada
ANATEL Agência Nacional de Telecomunicações BCH Broadcasting Channel
BS Estação Base – sigla em Inglês
CCH Repetidoras Controladas por Canal Específico – sigla em Inglês
COD Centro de Operação de Distribuição
CODEC Codificação e Decodificação – sigla em Inglês
ETSI Instituto Europeu de Padronização de Telecomunicações – sigla em Inglês
FDMA Acesso múltiplo por divisão de frequência – sigla em Inglês
FRS Family Radio System
FM Frequência Modulada
GHz Giga Hertz
GMSK Modulação por Chaveamento Mínimo Gaussian – sigla em Inglês
GPS Sistema de Posicionamento Global – sigla em Inglês GPRS General Packet Radio Services
Hz Hertz
IP Protocolo de Internet – sigla em Inglês ISO International Standards Organization
kHz Kilo Hertz
MHz Mega Hertz
MSC Controladoras de Roteamento dos Móveis – sigla em Inglês
NBR Norma Brasileira de Regulamentação
NR Norma Regulamentadora
OM Oportunidade de Melhoria OSI Open Systems Interconnection PCH Paging Channel
PMR Rádio Móvel Profissional – sigla em Inglês PTT Tecla de Transmissão
QPSK Modulação por chaveamento diferencial de quadratura de amplitude e fase – sigla em Inglês
RCH Randon Access Answer Channel
RPCELP Regular Pulse Code Excited Linear Prediction
RPT Repetidora
Rx Receptor
SCH/TI Signalling Channel for Transmitter Interruption SCM Serviço de Comunicação Multimídia
SDCH Signalling and Data Channel
TDMA Acesso múltiplo por divisão de tempo – sigla em Inglês TETRA Rádio Troncalizado Terrestre – sigla em Inglês
Tx Transmissor
UHF Ultra High Frequency VHF Verify High Frequency
V Volts
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1 OBJETIVO GERAL... 13 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 14 2 EMBASAMENTO TEÓRICO ... 15 2.1 HISTÓRIA DA RADIOCOMUNICAÇÃO ... 15
2.2 CONCEITUAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS ... 16
2.3 PROPAGAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS ... 16
2.4 PROPRIEDADES DAS ONDAS ELETROMAGNÉTICAS ... 18
2.4.1 O espectro eletromagnético ... 18
2.5 A RADIOCOMUNICAÇÃO ... 19
2.6 FUNCIONAMENTO BÁSICO SISTEMA DE RADIOCOMUNICAÇÃO ... 21
2.7 VANTAGENS DA RADIOCOMUNICAÇÃO ... 22
2.8 SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO ... 22
2.9 ENLACE DE COMUNICAÇÃO ... 24
3 SINAIS ELÉTRICOS EM RADIOCOMUNICAÇÃO... 28
3.1 SINAL ANALÓGICO (também denominado por sinal contínuo) ... 28
3.2 SINAL DIGITAL (também denominado por sinal discreto) ... 28
3.2.1 Principais padrões de radiocomunicações digital troncalizados .... 32
3.2.1.1 Padrão APCO-25 ... 33
3.2.1.2 Padrão TETRA ... 34
3.2.1.3 Padrão TETRAPOL ... 35
3.2.1.4 Padrão DMR ... 37
3.2.1.5 Comparação dos sistemas digitais ... 39
3.3 ANALÓGICO X DIGITAL ... 39
4 SISTEMAS DE RADIOCOMUNICAÇÃO DA CRELUZ ... 41
4.1 SINAL ANALÓGICO ... 41
4.1.1 Esquemático da rede ... 41
4.1.2 Licenças para funcionamento da estação ... 43
4.2 IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA DIGITAL ... 44
4.2.1 Estudo inicial ... 48
4.2.2 Alocação de repetidoras ... 49
4.2.3 Definição dos equipamentos ... 59
4.2.3.1 Repetidoras ... 59
4.2.3.2 Estações móveis ... 63
4.2.3.3 Centro de operação ... 64
4.3 CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA IMPLANTADO ... 66
4.4 REGULAMENTAÇÃO E LICENÇAS ... 67
4.4.1 Custos de um projeto / Licenciamento ... 68
4.4.1.1 Tarifas ... 69
4.4.1.2 Taxas ... 70
4.4.1.3 Contribuição ... 70
5 RESULTADOS E ANÁLISES DA IMPLANTAÇÃO ... 71
5.1 ABRANGÊNCIA ... 71
5.2 PROBLEMAS ENFRENTADOS ... 75
5.3 SUGESTÃO DE IMPLANTAÇÕES FUTURAS ... 76
5.3.1 Redundância de internet na repetidora master ... 76
5.3.2 Transmissão de dados ... 76 5.3.3 Automação /Telemetria ... 77 6 CONCLUSÃO ... 78 7 REFERÊNCIAS ... 79 8 APÊNDICE ... 81 9 ANEXOS ... 82
1 INTRODUÇÃO
Para uma Cooperativa de Energia Elétrica a comunicação é uma peça fundamental, tanto para o acionamento das equipes de manutenção e serviços comerciais, quanto para a segurança dos serviços realizados; para atender a demanda se faz necessário investimento em novas tecnologias e estar devidamente regulamentado.
A Anatel, a partir de 31/12/2012, não renova licenças de radiocomunicação para sistema analógico; assim, ao vencer as licenças vigentes, os usuários deverão migrar para o sistema digital utilizando a devida faixa de frequência.
Verificando esta necessidade a CRELUZ buscou, com estudos detalhados, as vantagens e desvantagens das soluções disponíveis no mercado, pois implica em altos investimentos para atender suas necessidades e peculiaridades.
Como realizar essa migração e quais as melhores condições para fazê-la, em uma concessionária de energia elétrica, é a abordagem deste trabalho de conclusão de curso.
No capítulo 1, este trabalho inicialmente fala da história da radiocomunicação e introdução da conceituação teórica de ondas eletromagnéticas. O capítulo 2, faz uma breve explicação dos sinais elétricos da radiocomunicação analógica e digital. O capítulo 3 apresenta o sistema analógico utilizado anteriormente e o digital implantado, bem como os estudos para sua migração. O capítulo 4, demonstra a conclusão dos resultados da implantação.
1.1 OBJETIVO GERAL
Este trabalho tem por objetivo identificar os fatores relevantes para a radiocomunicação digital troncalizado e sua implantação. Definir os conceitos básicos das redes de radiocomunicações digitais nos padrões utilizados nos principais Estados do Brasil em contraponto às redes analógicas, ainda em uso para licenças não vencidas.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Este trabalho almeja expor os conceitos de radiocomunicação digital e os principais padrões tecnológicos disponíveis no mercado nacional bem como a implantação do sistema. Para tanto, como objetivos específicos se pode salientar:
Detalhar o tipo de radiocomunicação analógico utilizado anteriormente; Verificar os equipamentos utilizados e a validade das licenças dos mesmos; Expor os conceitos de radiocomunicação digital e os principais padrões tecnológicos disponíveis no mercado nacional;
Demonstrar como renovar as licenças junto à Anatel;
2 EMBASAMENTO TEÓRICO
1.3 HISTÓRIA DA RADIOCOMUNICAÇÃO
Em todos os campos do conhecimento humano as bases científicas foram estabelecidas por vários cientistas e estudiosos. Muitos deles passaram a vida inteira pesquisando determinada coisa para depois nos deixar sua herança de conhecimento, herança essa aproveitada e continuada por outras pessoas. Isso aconteceu com André Marie Ampére, Aloísio Galvani, Alessandro Volta, Samuel Morse, Heinrich Hertz, Padre Roberto Landell De Moura, Guglielmo Marconi e muitos outros cientistas.
A descoberta das ondas eletromagnéticas foi um dos maiores acontecimentos da história da Física, pois até então a eletricidade e o magnetismo, foram considerados ramos de estudos distintos. Contudo, algumas evidencias já indicavam a possibilidade de interação entre os fenômenos elétricos e magnéticos (Salmeron, 2007 p. 1).
Conforme Salmeron (2007) as ondas eletromagnéticas foi uma das maiores descobertas da história da Física, visto que uniu os fenômenos elétricos e magnéticos, em um fenômeno até então não explorado.
Em 1864, James Clerk Maxwell formulou a teoria eletromagnética da luz e previu a existência de ondas de rádio. O conjunto de equações básicas definidas por ele recebeu seu nome. A existência de ondas de rádio foi confirmada experimentalmente por Heirich Hertz em 1887. Em 1894, Oliver Lodge demonstrou a comunicação sem fio através de uma distância relativamente curta (aproximadamente 137 metros). Após estes eventos, em 12 de dezembro de 1901, Zuglielmo Marconi recebeu um sinal de rádio em Signal Hill em Newfoudland. O sinal de rádio foi gerado em Cornwall, Inglaterra, 2736km através do Atlântico. O caminho estava, portanto, aberto a uma enorme ampliação das comunicações.
Em 1906, Reginald Fessenden, um acadêmico autodidata, fez história ao ser o primeiro radialista em uma transmissão de rádio. Em 1918, Edwin H. Armstrong inventou o receptor de rádio super-heteródino. Até hoje, quase todos os receptores de rádio são deste tipo. Em 1933, Armstrong demonstrou outro conceito revolucionário – chamado de esquema de modulação, o qual ele denominou modulação em frequência (FM). O artigo de Armstrong apresentando o rádio FM foi publicado em 1936. (Haykin, et al., 2008 pp. 19-20)
1.4 CONCEITUAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
Onda eletromagnética é a coexistência de dois campos, o elétrico e o magnético em movimento, onde o campo magnético, variando com o tempo, gera um campo elétrico, que varia com o tempo, o qual gera um campo magnético, conforme afirmação de Alquati (2009).
O campo magnético gerado por um imã ou um eletro imã são campos estáticos e portanto não são irradiantes, ou seja, não se propagam. Entretanto, se a corrente for alternada, variante no tempo, em intensidade e polaridade e, em particular senoidal, resultará num campo eletromagnético. (Alquati, 2009 p. 1)
Pode-se destacar que o campo elétrico e o campo magnético são perpendiculares à direção de propagação, o que indica que são ondas transversais. As ondas eletromagnéticas podem se propagar no vácuo e a velocidade de propagação destas ondas é c = 3.108 m/s.
O comprimento de uma onda eletromagnética é que determina seu comportamento. Ondas de alta frequência são curtas, e as de baixa frequência são longas. Se a onda interage com uma única partícula ou molécula, seu comportamento depende da quantidade de fótons que ela carrega.
1.5 PROPAGAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
A propagação de ondas eletromagnéticas ocorre quando um campo elétrico variante no tempo produz um campo magnético também variante no tempo, que por sua vez produz um campo elétrico, e assim por diante, ocorrendo desta forma, a propagação de energia. As ondas eletromagnéticas podem se propagar tanto no espaço livre, como através de outros meios e dispositivos, especialmente projetados e construídos para esse fim.
O fenômeno da propagação das ondas eletromagnéticas corresponde ao processo físico através do qual a energia irradiada por uma antena transmissora atinge a antena receptora. Fundamentalmente, trata-se de uma conceituação com inúmeras aplicações em diversas áreas, seja em pesquisa ou em problemas práticos de engenharia. A energia em propagação está associada a um campo eletromagnético composto por componentes vetoriais dos campos elétrico (E) e magnético (B). A visualização deste processo torna-se mais simples na condição de
campo distante, isto é, quando o receptor se encontra muito afastado do transmissor e que corresponde a situação ilustrada na Figura 1.
Figura 1 - Direção do campo magnético e elétrico
Fonte: Mendes (2017).
Veja que enquanto o campo magnético (B) se propaga na direção z, o campo elétrico (E) se propaga na direção y. Já a onda segue na direção x todas perpendiculares entre si.
A partir desta Figura 1 os seguintes conceitos podem ser definidos: a) Ciclo - corresponde a uma variação completa da onda em propagação; b) Frequência (f) - número de ciclos por segundo;
c) Comprimento de onda () - comprimento de um ciclo. A frequência e o comprimento de onda relacionam-se através de:
𝐕 = . 𝐟 (1)
V = velocidade da luz no meio considerado.
d) Polarização - define-se a polarização de uma onda através da direção do vetor campo elétrico relativamente a um plano de referência, em geral a superfície da terra.
Três tipos de polarização são usualmente utilizados pelos sistemas de telecomunicações:
Polarização vertical – O campo elétrico é perpendicular à superfície da terra; Polarização horizontal – O campo elétrico é paralelo à superfície da terra; Polarização circular – O campo elétrico é dado pela soma vetorial de duas componentes, de mesma amplitude, polarizadas vertical e horizontalmente e defasadas de 90 no tempo. Na realidade, o caso mais geral corresponde à polarização elíptica.
O campo elétrico é dado pela soma vetorial de duas componentes, de amplitudes diferentes, polarizadas horizontal e verticalmente e defasadas de 90 no tempo ou quando a defasagem no tempo não é 90 independentemente do valor da amplitude de cada uma.
1.6 PROPRIEDADES DAS ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
Algumas propriedades podem ser observadas em todas as ondas eletromagnéticas, independente da forma como estas ondas foram criadas, são elas:
Os campos elétrico e magnético são perpendiculares à direção de propagação da onda;
O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético;
Os campos variam sempre na mesma frequência e estão em fase.
As ondas eletromagnéticas, assim como todas as ondas, são caracterizadas por três grandezas, são elas:
Período: é o tempo que a onda leva para percorrer um ciclo;
Frequência: é o número de ciclos por unidade de tempo, sendo a unidade de medida mais conhecida o Hertz, que corresponde a um ciclo por segundo;
Fase: representa o avanço ou atraso da onda em relação ao ponto de origem.
1.6.1 O espectro eletromagnético
No espectro eletromagnético se pode encontrar o intervalo completo de todas os possíveis comprimentos de onda de radiação eletromagnética. Nele estão representadas as ondas de rádio de grandes comprimentos de onda, e
consequentemente baixas frequências, até os raios gama, que possuem altíssima energia e frequência. Conforme a Figura 2 do espectro eletromagnético:
Figura 2 - Espectro eletromagnético
Fonte: Maxwell (2015).
1.7 A RADIOCOMUNICAÇÃO
Com exceção dos rádios FRS (Family Radio System - rádios amadores, destinados ao lazer como Talk About, Intelbrás Twin e aqueles que você pode comprar em grandes magazines), todo equipamento de radiocomunicação (profissional) necessita da Licença de Funcionamento, expedida pela Anatel (Agência Nacional de Telecomunicações). A utilização de rádios sem a devida concessão é considerada crime pelo artigo 183 da Lei Geral de Telecomunicações (pena: detenção de 2 a 4 anos para o responsável legal da empresa e multa de R$ 10.000,00 reais).
O espectro radioelétrico, que é o espaço aéreo onde trafega as ondas de telecomunicações/eletromagnéticas, é um recurso natural escasso e não renovável. É um bem público, do Estado brasileiro, gerido e organizado de acordo com as peculiaridades de cada faixa de frequência. Acima de nossas cabeças trafegam sinais de radiocomunicação, redes sem fio, micro-ondas, celular, satélite, as transmissões de rádio e TV. Então a Anatel é a gestora desse espectro, pois o ar é o meio físico que transporta esses sinais.
Se supõe que na sua empresa existam 5 ou 500 rádios em funcionamento. Você precisa ter a autorização da Anatel para operar esses rádios. Em VHF ou UHF, deve haver a expedição de licenças em igual número de rádios. 300 rádios = 300 licenças.
Vivemos em uma época de travessia, de transposição tecnológica. Despedimo-nos dos sistemas analógicos e caminhamos rumo à implantação de sistemas digitais. Em verdade, o fenômeno da Convergência Tecnológica tornou o rádio menos rádio e mais computador. Para se ter uma ideia do avanço, todo terminal de radiocomunicação digital, terá um número de IP atribuído a ele, que o gerenciará. Rádios extraviados ou furtados poderão ser excluídos da rede à distância, o rádio terá inteligência para mudar de canal automaticamente quando deixar a área de cobertura de uma repetidora e ingressar em outra. Tudo será mais simples e prático, pois haverá inteligência nativa no sistema. Terceiros prestadores de serviço terão acesso somente aos canais que o gestor determinar. A criptografia do sistema impedirá que pessoas desautorizadas acessem a rede sem autorização.
Para que tudo isso se torne realidade estudos técnicos detalhados de topografia, relevo e propagação de sinais deverão ser realizados, sempre antes da aquisição do sistema, para se evitar gastos desnecessários e retrabalhos. Ainda falando de topologia e arquitetura de rede, os enlaces entre repetidoras, popularmente chamados de links, passarão a utilizar canais de micro-ondas, e para tanto, necessitarão da instalação de outro sistema paralelo a sistema dos terminais. Sistemas com mais de uma repetidora linkada necessitarão ser gerenciados por servidores e todo o Sítio de Repetição passará ser de fato um Centro de Processamento de Dados. Para recepcionar essa nova tecnologia muitos sítios de repetição necessitarão ser redesenhados, pois o risco de pane será iminente caso a infraestrutura civil e elétrica não seja adequada. Para a TI nada disso é novidade. Políticas de gestão de recursos, padronização de fornecedores, premissas de infraestrutura, fazem parte de seu cotidiano na administração de recursos de informação.
O controle do parque de rádios deverá ser preciso e contínuo, para que o gestor possa de fato ser soberano sobre a rede e executar a Política de Radiocomunicação determinada pela diretoria. Usuários necessitarão ser treinados e orientados sobre o recurso para poderem usufruir dos recursos que proporcionarão maior agilidade e produtividade a planta industrial como um todo.
Para que a Tecnologia não se torne um pesadelo, haja vista toda a implantação envolver valores vultosos, muitas empresas deverão repensar sua percepção do recurso e abandonar a ideia que basta comprar o equipamento que tudo se resolverá. Comprar o equipamento é sim parte do processo, mas deverá acontecer somente depois que testes conclusivos verificarem a eficácia que decorrerá o investimento. Fatores decisivos como disponibilidade de canais na Anatel para a região, faixa de frequência adequada, testes práticos e teóricos de propagação de sinais, definição de premissas de infraestrutura, podem fazer os mais afoitos naufragarem nesse novo ambiente. (Avanzi, 2012, p. 01)
1.8 FUNCIONAMENTO BÁSICO SISTEMA DE RADIOCOMUNICAÇÃO
O rádio é um sistema de comunicação que utiliza ondas eletromagnéticas que se propagam pelo espaço. As ondas eletromagnéticas distinguem-se pela sua frequência que é inversa ao comprimento de onda, conforme (Oluap, 2011).
Rádio é um sistema de comunicação usando ondas eletromagnéticas que se propagam pelo espaço.
Usam-se ondas radiofônicas de diferente comprimento (comprimento de onda) para distintos fins.
Em geral as ondas eletromagnéticas distinguem-se pela sua frequência que é inversa ao comprimento de onda.
As ondas mais curtas têm frequência mais alta e um comprimento de onda mais baixo, enquanto as ondas de frequência mais baixa têm um comprimento de onda mais elevado. A frequência corresponde a um determinado número de ciclos por segundo. (Oluap, 2011 p. 1)
Foi o nome do pioneiro da rádio, o alemão Heinrich Hertz que serviu para batizar a unidade de medida da frequência; Hertz (Hz). Portanto um ciclo por segundo equivale a 1Hz (Hertz), 1 kHz é igual a 1000 Hz.
Atualmente as redes em rádio frequência evoluíram a ponto de haver enlaces que suportam velocidades superiores a 10 Mbps. Os limites de distância funcionais das redes ultrapassam as dezenas de quilômetros e os protocolos de segurança são similares aos usados em redes cabeadas.
Os sistemas de radiocomunicação são constituídos de dois componentes básicos: o Transmissor e o Receptor.
O transmissor gera oscilações elétricas com uma frequência de rádio denominada de frequência portadora. Pode-se amplificar a amplitude da própria frequência para variar a onda portadora. Um sinal modulado em amplitude compõe-se da onda portadora mais as bandas laterais, produto da modulação. A frequência modulada (FM) produz mais do que um par de bandas laterais para cada frequência de modulação, graças às quais são possíveis as complexas variações que se emitem em forma de voz em radiodifusão ou variações de luminosidade na televisão.
O receptor tem como componentes principais a antena para captar as ondas eletromagnéticas e convertê-las em oscilações elétricas, amplificadores que aumentam a intensidade dessas oscilações, equipamentos para demodulação, um alto-falante para converter os impulsos em ondas sonoras e na maior parte dos
receptores osciladores para gerar ondas de radiofrequência que possam se misturar com as ondas recebidas.
1.9 VANTAGENS DA RADIOCOMUNICAÇÃO
A radiocomunicação se difere dos outros meios de comunicação em relação a quantidades de pessoas que podem estar integradas a um mesmo canal facilitando em muito a interligação entre elas.
Outra vantagem que se destaca é a economia, já que o serviço não é tarifado. Após a compra, o radioamador pode comunicar-se a vontade, sem custos adicionais. A economia é ainda maior se considerarmos a durabilidade do equipamento, maior que a dos aparelhos celulares, entre outros.
Para empresas, os benefícios vão além. É possível coordenar equipes e frentes de trabalho, já que os usuários podem interagir em tempo real e, ainda, customizar o equipamento para atender necessidades específicas, de acordo com o perfil da organização.
A radiocomunicação é muito utilizada por concessionárias de água, eletricidade, segurança pública, indústrias de grande, médio e pequeno porte. Outro ponto importante é a interação imediata entre as pessoas interligas no mesmo canal. Outra vantagem é que o serviço pode ser moldado exatamente à necessidade do cliente. (AERBRAS, 2017)
Conforme a AERBRAS (2017) em resumo as principais vantagens da radiocomunicação são:
a) O serviço não é tarifado, após o investimento no equipamento utiliza-se à vontade 24 horas por dia sem custos adicionais.
b) Pode ser customizada sob medida com o objetivo de atender a necessidade de sua empresa.
c) O instrumento eficaz na coordenação de equipes e frentes de trabalho, já que todos os usuários se inteiram em tempo real do andamento do serviço.
d) Durabilidade do equipamento de pelo menos cinco anos, ao contrário de aparelhos celulares.
e) Robustez: os equipamentos profissionais de boa qualidade atendem aos requisitos de normas militares no que diz respeito a temperatura e impacto, tornando o custo/benefício ainda mais atraente.
1.10 SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO
Para que haja comunicação entre pelo menos dois pontos, são necessários basicamente:
• Informação: voz, imagem e dados.
• Alguém ou algo que transmita a informação: terminal fonte. • Alguém ou algo capaz de receber a informação: terminal destino. • Um meio físico para transmitir a informação: canal de comunicação. (Carvalho, et al., 2011 pp. 20-21)
Esse conjunto de elementos para estabelecer uma comunicação é denominado sistema de comunicação. A rede de telefonia e a internet permitem a troca de informações diversas entre usuários, utilizando terminais tecnicamente compatíveis com cada sistema. Para melhor entendimento na Figura 3 é apresentado o diagrama do sistema de comunicação elementar.
Figura 3 - Diagrama de sistema de comunicação elementar
Fonte: Carvalho (2011).
Cada um desses estágios tem funções específicas no sistema de comunicação:
• Fonte de informação – Gera a informação. Ex.: um locutor narrando um jogo de futebol ou uma pessoa falando ao rádio.
• Transdutor da transmissão – Converte um tipo de energia em outra. Ex.: microfone, que converte as ondas sonoras da voz em sinais elétricos, e câmera de vídeo, que converte a imagem em sinais elétricos.
• Transmissor (Tx) – Fornece a potência necessária para amplificar o sinal elétrico, a fim de que ele percorra longas distâncias, uma vez que sua energia vai se perdendo ao longo da transmissão pelo canal de comunicação (fios elétricos ou espaço livre) até ao receptor. Também é responsável pelos processos de modulação e codificação.
• Canal de comunicação – É o meio físico entre o transmissor e o receptor, pelo qual transitam os sinais elétricos ou eletromagnéticos da informação. Ex.: par trançado, fibra óptica, cabo coaxial, espaço livre.
• Receptor (Rx) – Recebe os sinais da informação, faz sua demodulação e decodificação e o direciona ao transdutor da recepção.
• Transdutor da recepção – Converte os sinais da informação em imagem, som, texto etc. Ex.: alto-falante e tela de TV.
• Destinatário – É aquele a quem a mensagem se destina. Ex.: o ouvinte de uma rádio ou o telespectador de uma emissora de TV.
Em resumo a fonte de informação é de onde se origina a mensagem, por exemplo, a voz humana, esta fonte deve ser transformada em sinal elétrico no Transdutor de entrada. Este sinal é modulado e transmitido através do canal pelo transmissor.
O Canal de comunicação é o meio onde é transmitido a informação, por exemplo, um par de fios metálicos, cabo coaxial, enlace de rádio, etc. Durante a transmissão, o sinal sofre atenuação e distorção e ainda contaminação por ruídos e interferências. O sinal recebido do canal é processado no receptor para recuperar a informação original.
O Transdutor de saída converte novamente o sinal elétrico em sinal de voz e entrega ao destinatário.
1.11 ENLACE DE COMUNICAÇÃO
Enlace ou link de comunicação é o estabelecimento de comunicação entre pelo menos dois pontos. Sua classificação obedece a três características principais:
• Número de pontos envolvidos. • Sentido de transmissão. • Mobilidade.
Quanto ao número de pontos envolvidos:
a) Enlace ponto a ponto: Neste enlace tem apenas um transmissor (Tx) e um receptor (Rx), conforme Figura 4.
Figura 4 - Enlace ponto a ponto
Fonte: Carvalho (2011).
b) Enlace ponto-multiponto: Neste enlace tem um transmissor (Tx) e vários receptores (Rx1, Rx2, Rx3, ...), conforme Figura 5.
Figura 5 - Enlace ponto-multiponto
Fonte: Carvalho (2011).
c) Enlace multiponto-ponto: Neste enlace temos mais de um transmissor (Tx1, Tx2, Tx3, ...) e apenas um receptor (Rx), conforme Figura 6.
Figura 6 - Enlace multiponto-ponto
Fonte: Carvalho (2011).
d) Enlace multiponto-multiponto: Neste enlace temos dois transmissores/receptores principais (Txa/Rxa e Txb/Rxb) que se comunicam entre si e comunicam com outros pontos de transmissores/receptores, conforme Figura 7.
Figura 7 - Enlace multiponto-multiponto
Fonte: Carvalho (2011).
Quanto ao sentido de transmissão:
a) Simplex – A transmissão acontece em apenas um sentido. Ex.: radiodifusão comercial.
b) Half-duplex – A transmissão acontece nos dois sentidos, mas de forma alternada. Ex.: radioamador.
c) Full-duplex – A transmissão acontece nos dois sentidos, de forma simultânea. Ex.: telefonia fixa e móvel.
Quanto à mobilidade:
a) Enlace fixo – Os elementos da rede estão em pontos definidos, sem mobilidade, geralmente interligados por uma rede de fios e cabos. Ex.: rede telefônica cabeada.
b) Enlace móvel – Enlace estabelecido entre transmissores ou receptores móveis, por meio de radiofrequência, veiculares ou portáteis.
c) Rádio base – Enlace estabelecido entre estações de rádio fixas no terreno. d) Enlace misto – Enlace que utiliza rádios e rede fixa de comunicação.
3 SINAIS ELÉTRICOS EM RADIOCOMUNICAÇÃO
Para que as informações sejam transmitidas em um sistema de comunicação, é necessário transformá-las em sinais elétricos. Esses sinais são variações de tensões elétricas no decorrer do tempo e podem ser de dois tipos, apresentados a seguir.
1.12 SINAL ANALÓGICO (também denominado por sinal contínuo)
“Um sinal analógico possui duas grandezas fundamentais associadas: a amplitude e a frequência. Um exemplo deste tipo de sinal é o da energia elétrica que chega a nossa casa (sinal senoidal de amplitude 220V e frequência 60 Hz) “. (Tavares, 2011)
O sinal analógico pode assumir infinitos valores de amplitude no decorrer do tempo, conforme pode-se observar na Figura 8.
Figura 8 - Representação do Sinal Analógico
Fonte: Carvalho ( 2011).
1.13 SINAL DIGITAL (também denominado por sinal discreto)
Estes sinais possuem geralmente amplitudes limitadas entre 0 e 1 e são utilizados quase sempre para o transporte de dados. Um exemplo de sinais digitais são os sinais elétricos processados pelo CPU de um computador.
O sinal digital pode assumir valores de amplitude predeterminados no decorrer do tempo, conforme pode-se observar na Figura 9.
Figura 9 - Representação do Sinal Digital
Fonte: Carvalho (2011).
Um sinal é uma onda que varia continuamente no tempo e é transmitido por canais, onde pode ser sujeito a distorções, atenuações e ruídos ao longo da sua transmissão. Na opção sinal analógico ou digital, o fator monetário também tem o seu peso.
A base teórica que conceitua sistemas de comunicação moderna cria um marco que serve como divisor de águas que são o advento das técnicas de modulação digital. Desta forma, o sistema radiocomunicação troncalizado (trunking) digital vem para transformar o meio de comunicação de rádio frequência arcaicos que utilizavam as comunicações em canais com pares de frequências fixas para transmissão e recepção das mensagens. Assim evoluindo o processo se torna uma comutação instantânea entre o receptor e o transmissor. Os equipamentos começam a seguir uma sequência lógica por sua vez compartilhada com todas as estações da rede possibilitando acesso múltiplo por divisão de frequência dos canais disponíveis (FDMA), maneira essa onde são identificadas pelas estações as frequências que devem transmitir e de modo coordenado receber em instante especifico de tempo. Apenas visto que a probabilidade da utilização de diversos canais simultaneamente é baixa, a possibilidade de bloqueio é muito inferior do que quando se utiliza apenas um canal de acesso. Existem em diversas publicações nacionais como o Glossário da Anatel que seguem uma linha conceitual que inclui o processo de modulação, acesso e transmissão digital, nas mesmas definições utilizadas pelas instituições internacionais, mas somando aos parâmetros, também as tecnologias dos Serviços de Comunicação Multimídia (SCM) definido por sinais de qualquer natureza de informação como áudio, vídeo e texto que estejam digitalizados. (LUDOLF, 2011, p.)
Assim, pode-se trazer, de maneira simples, um diagrama em blocos que demonstra as etapas do sistema de radiocomunicação digital exemplificando-o, conforme Figura 10.
Figura 10 - Diagrama Radiocomunicação Digital
Fonte: Ludolf, (2011).
A mensagem de entrada passa por um codificador de fonte que produz uma sequência de símbolos, esta sequência de símbolos (normalmente binária) representa o sinal de uma maneira eficaz e com uma aproximação definida por um dado critério. O codificador de fonte procura reduzir ao máximo a informação redundante no sinal, de forma que o menor número de bits possível seja utilizado para sua representação sem perder informação significativa. Em resumo pode-se dizer que o codificador de fonte efetua uma compressão de dados. Se a fonte do sinal é digital, a representação pode ser perfeita, se a fonte é analógica, deve-se proceder a um processo de discretização ou conversão analógica digital.
O sinal é criptografado para melhorar a confiabilidade com que a informação é transmitida, permitindo que erros na transmissão sejam detectados e corrigidos. No sistema digital deve-se manter a taxa de erro dentro de um limite máximo aceitável pelo usuário.
O sinal de saída do canal codificado precisa ser modulado para gerar um sinal analógico que poderá ser transmitido na frequência de operação do rádio, porque os meios de transmissão são de natureza inerentemente contínua no tempo e o sinal e o sinal proveniente do canal codificado é um sinal discreto no tempo. É necessário
representar os blocos de bits provenientes da etapa de codificação sob a forma de sinal contido no tempo, para que se efetue a transmissão. Este processo é feito no modulador.
Do modulador o sinal é transmitido ao receptor através de um meio de transmissão e o sinal faz o processo inverso até a mensagem chegar ao destino conforme Figura 10.
O compartilhamento automático de canais em um sistema de múltiplos repetidores proporciona um menor tempo de acesso ao sistema e aumento da capacidade dos canais para uma qualidade melhor no serviço de comunicação em sistema de radiofrequência. A tecnologia trunking faz com que seja otimizado o processo, pois realiza a gestão de modo organizado dos canais de comunicação no meio de transmissão. Desta forma o sistema trunking adota uma metodologia que administra o espectro de radiofrequência em razão da demanda por canais de comunicação.
A existência de um controle de canais no sistema permite que a alocação do canal funcione em conformidade com a exigência das estações, sem que exista exclusividade. Pode-se analisar a metodologia do sistema radiocomunicação digital trunking de modo a deixa-la próxima da tecnologia que constitui as centrais telefônicas, onde vários ramais são interligados aos troncos com linhas, tanto de entrada quanto de saída, de modo que atenda a necessidade de acesso dos ramais. A correlação do rádio troncalizado dá-se pela utilização dos canais de radiofrequência comutando-as aos troncos que proporciona disponibilidade de acesso para as diversas estações de rádio que fazem parte desse sistema de comunicação.
A existência de um controle de canais no sistema permite que a alocação do canal funcione em conformidade com a exigência das estações, sem que exista exclusividade. Pode-se analisar a metodologia do sistema radiocomunicação digital trunking de modo a deixa-la próxima da tecnologia que constitui as centrais telefônicas, onde vários ramais são interligados aos troncos com linhas, tanto de entrada quanto de saída, de modo que atenda a necessidade de acesso dos ramais. A correlação do rádio troncalizado dá-se pela utilização dos canais de radiofrequência comutando-as aos troncos que proporciona disponibilidade de acesso para as diversas estações de rádio que fazem parte desse sistema de comunicação. (Ludolf, 2011, pp. 5-6)
Necessita-se enfatizar ainda que o sistema troncalizado em radiocomunicação opera tanto canais de radiofrequência em modo analógico, quanto pelo modo digital. Assim a definição da técnica de modulação permite um aproveitamento de recursos de otimização do método trunking de radiocomunicação. Por tanto, acesso múltiplo das estações podem ser, conforme as modalidades abaixo:
Acesso Múltiplo por Divisão de Frequências (FDMA); Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo (TDMA); Acesso Múltiplo por Divisão de Código (CDMA);
Existe uma diversidade de padrões de rádio troncalizado, entretanto os padrões em modo digital se destacam sobre os padrões em modo analógicos
por oferecerem recursos não possíveis até então na forma analógica, recursos esses em que podemos destacar a Criptografia e a possibilidade de trafegar dados, além de criarem aspectos que previnem interceptações de usuários não autorizados a trafegarem na rede. Assim abordaremos os principais padrões normativos e tecnológicos de radiocomunicação digital utilizados atualmente por instituições de segurança pública brasileiras e internacionais, que se adéquam as exigências das redes de rádio trunking digital na modalidade de atendimentos emergenciais de segurança, esses padrões são comercializados em escala mundial. (Ludolf, 2011, p. 7)
1.13.1 Principais padrões de radiocomunicações digital troncalizados
Conforme Ludolf (2011) os sistemas digitais estão sendo estudados e desenvolvidos em todo o mundo, a escolha do sistema que melhor se enquadre na sua empresa vai depender da robustez na transmissão e recepção do sinal, atenda as características normativas vigentes e extensão da área de cobertura do sinal.
Em vários países segundo a Comissão Federal de Comunicação (FCC), os padrões estão sendo estudados e testados, não havendo um padrão dominante, fechado tecnologicamente que comumente ocorria na radiocomunicação analógica. Os critérios para escolha dos padrões digitais incluem as características normativas, qualidade técnica com robustez na transmissão e recepção, nível mínimo de interferências e qualidade do sinal, condições de propagação em extensão da área de cobertura, ocupação do espectro e compatibilidade para interoperabilidade de sinais digitais e analógicos. Assim as principais instituições de segurança pública nacionais estão testando e avaliando sistemas de radiocomunicação digital e iniciaram diversos processos licitatórios para envio das avaliações dos sistemas atualmente existentes (Ludolf, 2011, pp. 8-9).
Os quatro principais padrões de radiocomunicação digital serão apresentados a seguir, e na Figura 11 listados.
Figura 11 – Principais Padrões Troncalizado
1.13.1.1 Padrão APCO-25
1.13.1.1.1 Controle Permanente e Confiabilidade
Conforme (Kofre, 2012), o padrão APCO-25 é um sistema que ao perder o sinal automaticamente tenta restabelecer sem ser necessário a intervenção do usuário, dando agilidade ao sistema e confiabilidade.
A partir do Canal de Controle é possível obter o controle permanente de todos os usuários, o que proporciona uma alta confiabilidade de acesso ao sistema. Em um sistema trunking, a comunicação se realiza por meio de enlaces de radiofrequência, que estão sujeitos a interrupções em circunstâncias especiais. Por exemplo, quando uma unidade móvel ou um rádio portátil, envolvida em uma conversação, passa por um túnel longo, ao sair deste túnel o rádio pode ter perdido a comunicação. No sistema digital APCO-25 a comunicação se restabelece sem intervenção alguma do usuário. Isto se deve ao fato que o Controlador do Sistema envia uma sinalização contínua através do canal de controle, tornando possível a recuperação da transmissão e aumentando a confiabilidade do sistema de comunicação. (Kofre, 2012 p. 1)
1.13.1.1.2 Aumento de Eficiência e Redução de Espera
O Canal de Controle dedicado aumenta a eficiência do sistema ao reduzir tempos de espera para obter um canal de voz em períodos de alta utilização do sistema. Através do Canal de Controle, o Controlador do Sistema recebe as diferentes solicitações de todos os assinantes. Os assinantes têm acesso imediato ao sistema com a simples ação de acionar a tecla de transmissão (PTT). Se não há canal de voz disponível neste momento, o Controlador avisa o usuário por meio de um tom audível e o coloca em uma fila de espera organizada do tipo FIFO (First in, First out), obedecendo aos níveis de prioridade. As chamadas de emergência possuem o maior nível de prioridade.
Este processo ocorre através do canal de controle sem haver necessidade de ocupar um canal de voz. Desta forma o sistema otimiza a utilização dos canais de voz durante períodos de alto tráfego. No instante em que um canal de voz se torna livre, o sistema, através do canal de controle, designará automaticamente o próximo canal disponível ao primeiro usuário na fila de espera. O usuário irá ouvir um tom em seu rádio que lhe indicará a disponibilidade para iniciar a chamada. Este processo evita que o usuário tenha que apertar a tecla de transmissão (PTT), repetidas vezes para obter acesso ao sistema, assegurando-lhe sempre o acesso. (Kofre, 2012 p. 2)
1.13.1.1.3 Direcionamento das Unidades de Rádio
O sistema possui um canal de controle dedicado que direciona automaticamente, após um período de inatividade, ao grupo ao qual pertence e pode tomar parte da conversação que esteja em curso, conforme (Kofre, 2012).
O Canal de Controle Dedicado direciona continuamente as unidades de rádio para o grupo de conversação onde devem estar. Quando um usuário regressa à área de cobertura, liga o seu rádio depois de um período de inatividade ou finaliza uma chamada privativa ou telefônica, a unidade de rádio se incorpora automaticamente ao grupo ao qual pertence, e pode tomar parte em uma conversação que esteja em curso. Este processo não requer a intervenção do assinante, uma vez que o Controlador do Sistema envia contínua e automaticamente, através do Canal de Controle, a informação necessária para que este processo se realize. (Kofre, 2012 p. 2)
1.13.1.2 Padrão TETRA
1.13.1.2.1 Confiabilidade
Protocolo TETRA foi pensado para usos em agências governamentais, segurança pública (polícias, bombeiros e ambulâncias), serviços de emergência, etc. Essas organizações têm alguns requerimentos especiais que os diferenciam de usuários comuns de rádios, conforme (Amaral, 2007):
As comunicações têm que ser seguras, sem possibilidades de escutas não autorizadas;
Comunicações importantes tem que ser completadas (por exemplo, em casos de emergências);
Grupos de comunicações devem poder ser criados para possibilitar comunicações entre diferentes organizações em eventos especiais ou emergências;
O protocolo tem que ser aberto suficiente para incorporar novos usos e aplicações.
São poucos os padrões de rádio troncalizado que garantem o sigilo das mensagens, bem como a sua integração com redes de radiocomunicações convencionais legadas. Por isso, em dezembro de 1994, empresas e organismos de pesquisa de tecnologia em Professional Mobile Radio (PMR) se associaram para desenvolver um padrão aberto de rádio digital troncalizado.
Esse padrão foi criado e denominado Terrestrial Trunked Radio (TETRA). 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. (Amaral, 2007 pp. 1-2)
1.13.1.2.2 Especificações técnicas
O Padrão Tetra foi desenvolvido para funcionamento compartilhado nas faixas de radiofrequência 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. (Amaral, 2007 p. 3)
1.13.1.2.3 Conexão
A rede Tetra possui ainda interconexão entre redes por meio de interface IP, com sítios de repetição, estações de despacho, bancos de dados, e outros elementos.
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.
1.13.1.3 Padrão TETRAPOL
1.13.1.3.1 Descrição
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.
1.13.1.3.2 Sinalização e controle
“O padrão Tetrapol adota tecnologia de Acesso Múltiplo por Divisão de Frequências (FDMA) e técnica de Modulação por Chaveamento Mínimo Gaussian (GMSK), que pode ser feito na faixa de frequências compreendidas entre 70 a 520 MHz.” (Bertozi2,
2016, p. 1).
Na Europa, o Tetrapol está presente na faixa de 380 a 400 MHz, em canais dedicados à segurança pública e serviços militares para segurança nacional. Para tanto, recomenda-se a faixa de UHF (Ultra High Frequency) com a canalização de 10 kHz ou 12,5 kHz e espaçamento de 5 MHz 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 sequência 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 (down link), de maneira unidirecional.
A comunicação entre a EB e a ET não ocorre apenas em modo unidirecional 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 unidirecional no super quadro de descida e indica o momento correto para a transmissão do ET. (Teleco3, 2007, p. 5)
1.13.1.3.3 Quadros de voz ou dados
Conforme o tutorial sobre o padrão Tetrapol disponível no site da Teleco, mencionado abaixo, o padrão Tetra inicia o procedimento de segurança já na
2Disponível em: www.bertozi.com/adb/Radioamadorismo/Aplicações%20truking.doc
preparação par o envio na interface entre outras medidas priorizando a segurança do sinal.
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.
A codificação e decodificação (CODEC) do Tetrapol são baseados em algoritmos Regular Pulse Code Excited Linear Prediction (RPCELP) que são implementados a partir de amostras de 20ms, perfazendo um grupo de 160 quadros que são convertidos em blocos 120 bits.
Na rede Tetrapol a formatação dos quadros possibilita o fluxo dos dados em canais lógicos de maneira criptografada, desde o seu envio pelo terminal móvel, passando pelo repetidor, fluindo 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. Esse módulo conversor pode ser utilizado em diferentes canais para integração na interface aérea, mas possui grande complexidade de implementação, uma vez que deve integrar tecnologias distintas. (Teleco4, 2016, p. 3 a 4)
1.13.1.4 Padrão DMR
1.13.1.4.1 Descrição
As bases para a Associação DMR foram estabelecidas em 2005, quando um grupo de empresas que eram potenciais fornecedores de equipamentos DMR assinaram um Memorando de Intenções para o apoio ao ETSI no estabelecimento do projeto DMR como uma nova solução digital de padrão aberto. Estes fornecedores foram: Fylde Micro, Icom, Kenwood, Motorola, Selex, Tait e Vertex Standard.
O trabalho de normalização foi realizado de tal forma que as normas DMR foram supervisionados e emitidas pela própria ETSI.
O Rádio Móvel Digital, DMR, é um novo padrão desenvolvido pelo ETSI para atender a crescente necessidade de melhorar a eficiência dos sistemas de comunicações de rádio digital e, em breve, irá substituir a tecnologia TETRA. O protocolo DMR (Rádio Móvel Digital) surgiu na Europa e foi desenvolvido para fornecer, a preços acessíveis, uma solução digital de baixa complexidade, com melhores funcionalidades de voz, dados e outros serviços complementares. Apesar de o DMR ser um sistema, de radiocomunicações, definido pelo ETSI a responsabilidade de aprimorar o seu desenvolvimento é função de outra organização europeia, o objetivo é transformar o DMR em
um novo padrão mundial. (RCOMTEL5, 2011, p. 1)
4Disponível em: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialtetrapol
1.13.1.4.2 Principais Recursos e Capacidades
Conforme (TAIT, 2015), a estação base/repetidora convencional de DMR oferece os seguintes recursos:
Operação convencional ou troncalizada TDMA com DMR de 6,25 kHz;
Faixas de frequência VHF, UHF e 700/800 MHz;
Várias configurações de canais e potência Tx: 50 W de canal único ou duplo, 100 W de canal único;
Opções abrangentes de gerenciamento e monitoramento remoto (atualizável por software, WUI, NTP, SNMP);
Diagnóstico interno com gerenciamento e monitoramento de alarme detalhados via IP;
Analisador de espectro interno para investigar a interferência entre canais remotamente; Repetidor de DMR para um único sítio;
Estação base de DMR interligada a vários sítios e múltiplos canais via IP; Capacidade da rede testada para até 6 sítios interligados por IP;
Conexão de console via interface AIS;
Suporte para chamadas individuais e de grupo, chamadas de emergência, vários grupos de conversação e vários canais;
1.13.1.4.3 Migração
A solução de DMR permite implantar uma infraestrutura de baixo custo que atenda às mudanças em suas necessidades operacionais agora e no futuro, assegurando a disponibilidade de cobertura uniforme para seus usuários.
É possível fazer migrações de redes analógicas para digitais e de convencionais de DMR para troncalizadas. Se você tiver terminais operando em modo analógico, poderá instalar uma repetidora quando estiver pronto para dobrar sua capacidade e tirar proveito do DMR digital. Para uma atualização do analógico, a estação base/repetidora, o amplificador de potência, a PMU e a configuração do rack permanecem iguais, enquanto o recitador e o chassi precisam ser atualizados.
Se suas operações se expandirem e você precisar das vantagens na eficiência da troncalização de DMR, bem como recursos avançados de roteamento de voz e dados como telemetria SCADA, basta atualizar o software e o firmware, sem necessidade de hardware adicional. (TAIT, 2015 p. 2)
1.13.1.5 Comparação dos sistemas digitais
Em resumo do que foi apresentado dos principais padrões de radiocomunicações troncalizado pode ser observado a comparação no Quadro 1 das principais características.
Quadro 1 - Comparação dos sistemas digitais
Fonte: Ludolf (2011), Motorola (2016), Kofre (2012).
Pode-se destacar que dentre os sistemas apresentados o padrão DMR foi o escolhido para implantação, visto que apresenta características que atendem as necessidades da CRELUZ.
O padrão DMR foi projetado para oferecer um melhor custo-benefício, e seu objetivo é fornecer ao usuário, opções operacionais com maior funcionalidades, eficientes e práticas. Seus projetistas implementaram processos de atualização bem simples o que permite múltiplos sistemas trocarem e reutilizarem informação sem custo de adaptação, entre outras tecnologias, é um padrão bem flexível.
1.14 ANALÓGICO X DIGITAL
A grande vantagem do sistema analógico é o baixo custo para sua instalação, ele apresenta alto índice de ruídos, distorções e interferências no seu sinal. De fácil acesso, bastando apenas sintonizar a frequência desejada, a segurança e confiabilidade ficam ameaçadas deixando assim o sistema vulnerável.
Características APCO-25 TETRA TETRAPOL DMR
1 Tecnologia FDMA TDMA FDMA TDMA
2 Modulação QPSK-C 4DQPSK GMSK GMSK
3 Vocoder IMBE A-CELP RP-CELP AMBE+2
4 Banda de Frequência (Mhz) 130-900 380-900 70-900 66-960 5 Espaçamento de canias (Khz) 12,5 25 10 e 12,5 12,5
6 Número de canais em 25 Khz 2 4 2 16
7 Potência de equipamento móvel (W) 1,3 e 10 1,3 e 10 1,5 e 10 50 8 Taxa de transmissão dados na rede (K bits/s) 9,6 28,8 7,2
9 Operação modo Duplex não sim sim sim
10 Largura da Banda sob demanda não sim não
11 ISI - Interconexão e roaming entre eles não sim sim sim 12 Compatibilidade com analógicos sim não não sim 13 DMO - modo dual e gateway não sim não sim 14 Transmissão simultânea voz+dados não sim sim sim
O sistema analógico ainda não permite integração com outros sistemas, tão pouco transmissão de dados e localização por GPS. Seu alcance de transmissão e sua baixa velocidade de transmissão são mais umas características negativas que pesam neste sistema.
A seguir as vantagens e desvantagens de cada um dos dois tipos de transmissão, conforme Quadro 2:
Quadro 2 - Transmissão Analógica X Digital
Fonte: Autor, 2017.
No sistema digital o seu custo alto para implantação é o seu principal ponto negativo, porém se mostra um sistema com várias vantagens sobre o analógico. Seu sistema é imune a ruídos e distorções, tendo um som de transmissão limpo e claro, sendo de sua característica funcionar ou não funcionar.
O sistema digital permite trabalhar tanto em modo digital quanto em analógico/digital o que facilita sua implantação, podendo migrar a seu tempo e orçamento disponível. Pode-se ainda transmitir dados e integrar GPS aos veículos para localização e visualização pelo COD.
4 SISTEMAS DE RADIOCOMUNICAÇÃO DA CRELUZ
A seguir serão apresentados os sistemas analógicos utilizados anteriormente pela CRELUZ e, posteriormente, o sistema digital implantado.
1.15 SINAL ANALÓGICO
O sistema analógico da CRELUZ possuía quatro (4) repetidoras com enlace multiponto-multiponto localizadas estrategicamente nas cidades de Miraguaí, Dois Irmãos das Missões, Ametista do Sul e Alpestre, conforme Figura 12.
As agências de atendimento possuíam estações fixas nas cidades de Alpestre, Frederico Westphalen, Ametista do Sul, Rodeio Bonito, Jaboticaba, Cerro Grande, Palmeira das Missões e Miraguaí.
A repetidora de Ametista do Sul trabalhava com o canal 1 (um), sendo esta a mestra das estações fixas das cidades: Alpestre, Frederico Westphalen, Ametista do Sul e Rodeio Bonito e mais as estações móveis.
A repetidora de Dois Irmãos das Missões trabalhava com o canal 02 (dois), sendo este a mestra das estações fixas das cidades: Palmeira das Missões, Miraguaí e mais as estações móveis.
O centro de operações da distribuidora se comunicava tanto pelo canal 1 (um) quanto pelo 02 (dois), assim como as estações fixas das cidades de Cerro Grande e Jaboticaba.
A frequência utilizada no sistema para o canal 01 (um) era TX 157,61 MHz e RX 162,21 MHz, e para o canal 02 (dois) era TX 148,03 MHz e RX 152,63 MHz e os canais eram linkados em UHF pela frequência de 458 MHz.
1.15.1 Esquemático da rede
Para melhor visualização será apresentado o esquema de funcionamento da antiga rede de telecomunicações da CRELUZ, a qual é representada conforme o Manual de Projetos Técnicos da ANATEL, (ANATEL, 2003).
Quadro 3 - Sigla das estações
Fonte: ANATEL, (2003).
Logo abaixo o esquemático da rede pode ser observado na Figura 12.
Figura 12 - Esquemático da rede analógica
Fonte: CRELUZ, (2015).
Conforme já detalhado o sistema analógico anteriormente utilizado, na Figura 12, pode-se observar que o sistema trabalhava com duas repetidoras principais sendo estas RPT-01 e RPT-02 ficando a 42 Km de distância uma da outra e com conexão visada entre as mesmas.
1.15.2 Licenças para funcionamento da estação
Toda estação deve possuir uma licença de funcionamento. Nesta licença contém a empresa responsável pela rede de telecomunicação, o número da entidade perante a Anatel, o número da estação, validade da licença, informações técnicas entre outras, como se pode verificar na Figura 13 abaixo:
Figura 13 - Licença CRELUZ Analógica
Fonte: Anatel, 2017.
As licenças para funcionamento de estação com o sistema analógico da CRELUZ têm validade até 16/07/2017.
No Quadro 4 logo abaixo, pode-se observar uma relação de licenças para estações fixas, portáteis e veículos, contendo o número da licença entregue e o responsável pela mesma.
Esta tabela é utilizada principalmente para controle dos vencimentos das licenças bem como localizar cada estação pelo seu respectivo número de série e número de licença.
