PROJETO 25 - SEGURANÇA PÚBLICA

Projeto 25: Redes Digitais

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 onda eletromagnética portadora, seja sua freqüência, fase, amplitude ou combinação destas, em função de um sinal constituído de pulsos codificados ou de estados derivados de informação quantizada.”

Fonte: Adaptado da Recomendação ITU - 573-4 – Vocabulário Internacional de Telecomunicações.

A Agência Nacional de Telecomunicações (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.

No sistema convencional cada canal de radiofreqüências é alocado de maneira exclusiva para estações digitais definidas. Assim, caso não ocorra à 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 radiofreqüências 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 radiofreqüências como troncos para disponibilizar o acesso para as diversas estações de rádio que integram esse sistema de comunicação.

Portanto, esse método permite maior sigilo nas comunicações, uma vez que as mensagens são alocadas de maneira pseudo-aleatória em canais de radiofreqüências 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).

Deve-se ressaltar ainda que o sistema troncalizado pode alocar nos canais de radiofreqüências 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 trunking adotado.

Existem inúmeros padrões de rádio troncalizado, sejam em modo analógico ou digital. Contudo, os padrões digitais destacam-se sobre os padrões analógicos por disponibilizar recursos de criptografia e tráfego dados que valorizam essa tecnologia em relação aos formatos analógicos. Por sua vez, o padrão Projeto 25 (P25) evidencia-se dentre os demais padrões de rádio trunking digital, uma vez que está presente em diferentes partes do mundo, inclusive no Brasil.

Padrão APCO Projeto 25

Em 1974, a faixa de 900MHz nos Estados Unidos já se encontrava congestionada por estações de radiocomunicações do segmento de segurança pública [5]. 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 radiofreqüências nesta faixa do espectro radioelétrico [4, p.2]. 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 radiofreqüências em modo duplex, na faixa compreendida entre 806 e 866MHz. Foi definida a largura de canal em 12,5 kHz e espaçamento entre canais de 5 MHz 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 agilidade [3, p.14].

Esse projeto evoluiu e seu padrão foi registrado na Associação da Indústria de Telecomunicações (Telecommunications Industry Association - TIA) e na Aliança das 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 obrigaram 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.

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.

Projeto 25: Especificações Técnicas

O Projeto 25 pode ser subdividido em três fases desenvolvimento, sendo denominadas Fase 0, 1 e 2 [7, p.11]. 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 radiofreqüências de 12,5 kHz. 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 radiofreqüências de 6,5 kHz.

 Neste sentido, devem ser 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 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 821-824/866-869 MHz em canais duplex. Contudo, nos Estados Unidos já estão em operação equipamentos na faixa 700 MHz, onde a FCC disponibilizou canais de radiofreqüências para os órgãos de segurança pública (FCC: http://wireless.fcc.gov/publicsafety/700MHz/, acessado em 28/09/06).

 A transmissão se inicia com a coleta do sinal de voz que é amostrado e codificado preliminarmente com técnica de modulação por código de pulsos (PCM), para depois ser entregue ao vocoder que emprega técnica Improved Multiband Excitation (IMBE) para compressão dos sinais de voz a 4,4 kbit/s.

 Trata-se de um vocoder da empresa Digital Voice System Inc – DVSI (http://www.dvsinc.com/prj25.htm, acessado em 30/09/06.). Segundo a empresa DVSI, o IMBE possibilita uma taxa de compressão de até 7200 bit/s em quadros de 20 ms, com amostras dos sinais de voz apenas nas bandas do espectro com energia.

 Em seguida, o vocoder IMBE entrega os bits ao codificador de canal que adiciona informações de sinalização e correção de erro, totalizando 9,6 kbit/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 2: Esquema modulação do Projeto 25.

Informação	Símbolo	Desvio de freqüência C4FM	Mudança de Fase CQPSK
01	+3	+1.8kHz	+135º
00	+1	+ 0.6kHz	+45º
10	-1	-0.6kHz	-45º
11	-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 45 graus, mas em canais 6,5 kHz. Neste processo, o transmissor modula a fase e simultaneamente modula a amplitude de portadora, reduzindo a largura do espectro ocupado, gerando o sinal modulado CQPSK [10]. A figura 1 apresenta o diagrama em blocos dos moduladores C4FM e CQPSK:

Figura 1: 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

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 figura 2 ilustra o processo recepção dos sinais C4FM e CQPSK.

Figura 2: Receptor comum para P25 Fase 1 e 2.

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 longos [1,

A compatibilidade entre as fases do P25 com as versões anteriores, e outros sistemas Professional Mobile Radio (PMR), é obtida por meio das técnicas de migração por compensação e/ou centralização. Isso é feito a partir da divisão dos canais de radiofreqüências em tamanhos menores. Assim, os canais analógicos de 25 kHz 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 6,25 kHz 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 figura 3 ilustra a alocação dos canais de radiofreqüências P25 nos processos migração por compensação e centralização.

Figura 3: Adequação do canal analógico ao modelo digital.

Projeto 25: Considerações Finais

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.

O projeto teve por base um princípio de tecnologia aberta, o qual permite o compartilhamento pleno de infra-estrutura. Além disso, a integração tecnológica de uma rede de radiocomunicação troncalizada deve considerar a adoção de um padrão comum para as diversas instituições interessadas.

Referências

www.teleco.com.br

 [1] DANIELS Inc. P25 Training Guide Electronics, 2004, 74p.

 [2] JESZENSKY, Paul Jean Etienne. Sistemas Telefônicos. Barueri, São Paulo: Manole, 2004, 651p.

 [3] KAR, Bruce M. The operational impact of 900MHz radio systems on law enforcement communications. Washington/DC: APCO, 1978.

 [4] KAVANAGH, Donald. Project 16 A: 900MHz trunked communications system functional requeriments development. Washington/DC: APCO, 1978.

 [5] KAVANAGH, Donald. The application of the 900MHz band to law enforcement communications: an analysis of techincal and regulatory factors. Washington/DC: APCO, 1978.

 [6] KUROSE, James F. Redes de computadores e a internet: uma nova abordagem. São Paulo: Addison Wesley, 2003, 548p.

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

 [8] SMART TRUNK INC. Smart trunk II system overview. Rev. 9 Califórnia: Nacional, 2004, 57p.

 [9] TAIT Communications. What’s APCO Project 25? 2004.

 [10] TIA-102.CAAB-B Project 25 Recommendations C4FM/CQPSK Modulation. Washington/DC, 1996.

 [11] TIA-102.BAA Project 25 Recommendations Common Air Interface. Washington/DC, 1996.