UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU” AVM FACULDADE INTEGRADA SISTEMA DE RÁDIO DIGITAL PARA EMPRESA DE TELECOMUNICAÇÃO Por: Daniel Quadros Bessa Orientador Prof. Luiz Claudio Lopes Alves Rio de Janeiro (ou cidade de origem) 2012 (ano da finalização)
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UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”
AVM FACULDADE INTEGRADA
SISTEMA DE RÁDIO DIGITAL PARA EMPRESA DE
TELECOMUNICAÇÃO
Por: Daniel Quadros Bessa
Orientador
Prof. Luiz Claudio Lopes Alves
Rio de Janeiro (ou cidade de origem)
2012 (ano da finalização)
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UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”
AVM FACULDADE INTEGRADA
SISTEMA DE RÁDIO DIGITAL PARA EMPRESA DE
TELECOMUNICAÇÃO
Apresentação de monografia à AVM Faculdade
Integrada como requisito parcial para obtenção do
grau de especialista em Engenharia da Produção.
Por: Daniel Quadros Bessa.
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AGRADECIMENTOS
....aos amigos e parentes, clientes,
fornecedores, ao estágio, etc......
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DEDICATÓRIA
.....dedica-se ao pai, mãe, amigo,
cônjuge, familiar, filho,.......
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RESUMO
O projeto consiste na implantação de uma infra-estrutura sem fio para
disponibilizarmos no centro de Niterói um projeto piloto para inclusão digital,
Internet Banda Larga e aplicação de um sistema de monitoramento usando
as tecnologias e IP e Wireless aproveitando assim a Tecnologia existente.
Tomando padrões de eficiência e aplicabilidade como referência,
podemos afirmar que a utilização desta tecnologia trará uma evolução
estratégica dos sistemas de rádio comunicação do nosso país, pois se tratam
de padrões de última geração utilizados por vários países, principalmente nas
áreas de segurança pública.
Sendo assim, a opção pela tecnologia de rádio digital Tetra em meios de
transporte públicos e privados, torna-se essencial para que se possa ter um
meio de comunicação capaz de oferecer eficiência, agilidade e segurança
através de um meio seguro com recurso de criptografia.
A utilização do sistema aqui no do Brasil pode ser empregado para os
seguintes fins: metrô, barcas, trem, segurança privada, cooperativas de táxi e
etc. Aproveitando as facilidades e a segurança desta tecnologia para substituir
e modernizar o antigo sistema analógico convencional por um equipamento de
última geração. Esta tecnologia esta sendo ampliada pelo estado em convênio
com a Secretaria Nacional de Segurança Pública - SENASP para melhorar
ainda mais o seu desempenho no cumprimento das obras do Plano de
Aceleração do Crescimento - PAC e para os próximos eventos que por ventura
ocorram no Estado do Rio de Janeiro.
Em grandes cidades como Rio de Janeiro e São Paulo, existe uma
grande dificuldade para conseguir uma faixa de freqüência; a Agência Nacional
de Telecomunicações - ANATEL possui atualmente uma reserva de
freqüências limitada. Neste sentido, o sistema Tetra possui uma grande
vantagem por utilizar acesso através de multiplexação por tempo (TDMA),
gerando um melhor aproveitamento da banda. Também podemos citar a
chamada individual (Unicast) e a chamada telefônica realizada através da rede
(Tetra), além da comunicação segura através de criptografia de 32 bits.
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Atualmente, existem tecnologias de radio que podem minimizar as
dificuldades de comunicação e ainda proporcionar integração entre órgãos de
segurança, bem como empresas públicas e privadas. Em geral, existem 2 tipos
de sistemas:
• Sistemas Analógicos Convencionais
• Sistemas Digitais Troncalizados
A implantação deste projeto contribuirá para que o serviço das Barcas
proporcione maior segurança e comodidade aos mais de 100 mil usuários que
utilizam diariamente este meio de transporte através da Bahia de Guanabara.
A previsão da Empresa Barcas S.A é que este volume de pessoas chegue a
150 mil até o final de 2008 e para isto pegou empréstimo de 75 Milhões de
Reais no BNDES para reformar e construir novas barcas, Catamarans, fazer
reformas nas cinco estações atuais e futuramente criar novas estações.
Com o aumento do número de Barcas e Catamarans, é essencial que se
faça investimento na área de comunicação para que o controle do tráfego seja
mais seguro. Recentemente, no ano de 2006, tivemos um exemplo na aviação
de como a falta de investimento em comunicação através de equipamentos e
treinamento de pessoal pode causar transtorno em setores de transporte,
podendo causar até acidentes graves com a perda de muitas vidas.
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METODOLOGIA
O estudo a ser abordado quanto aos objetivos a que se propõe, será do
tipo teórico comparativo entre redes de rádios convencionais com a tecnologia
Digital TETRA para atender a empresa Barcas S.A. Segundo Gil (1999, p.34),
os estudos comparativos buscam ressaltar as diferenças entre os fatos e os
fenômenos investigados. Neste sentido, o projeto apresentará possibilidades
de implementação, com os resultados obtidos a partir da implantação da
tecnologia TETRA nos mais diversos setores, substituindo os ultrapassados
sistemas analógicos.
O referencial de aplicabilidade utilizado neste projeto foi baseado no
trabalho realizado nos jogos Panamericanos RIO 2007 através da Secretaria
de Segurança pública - SENASP. Outras fontes de pesquisa utilizadas foram
os manuais (Teltronic – TNEBULA 2007, Team Simoco 2005 e ALCON – Tetra
Node 2006) adquiridos através das empresas Teltronic e Alcon; Sites dos
fabricantes da tecnologia também foram utilizados.
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SUMÁRIO
ÍNDICE DE FIGURAS 09
ÍNDICE DE TABELAS 10
INTRODUÇÃO 11
CAPÍTULO I - Tecnologias 12
CAPÍTULO II - Serviços 30
CAPÍTULO III – Comparativos de Sistema TETRA 34
com Sistema Analógico
CONCLUSÃO 41
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 42
ÍNDICE 44
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Índice de Figuras
Figura 1 – Topologia Infra-Estrutura
Figura 2 – Topologia Ad-Hoc
Figura 3 – Topologia Infra-Estrutura com acesso a Internet
Figura 4 – Topologia de Múltiplos Saltos
Figura 5 – Diretividade da Antena Omni-Direcional
Figura 6 – Representação de um Enlace de Rádio
Figura 7 – Diagrama em blocos de Enlace de Rádio
Figura 8 – Diagrama em blocos de Enlace de Rádio simples
Figura 9 – Modelo de uma antena omni-direcional
Figura 10 – Diretividade de uma antena direcional
Figura 11 – Antena Yagi
Figura 12 – Antena Direcional
Figura 13 – Esquemático de uma Antena Analógica
Figura 14 – Diagrama de ligação de uma Câmera IP
Figura 15 – Visão Geral do Rack de Telecomunicação da FME
Figura 16 – Conversores Ópticos, Multiplexadores, e Modens
Figura 17 – Modelo da Câmera Axis 211W
Figura 18 – Dimensões da Câmera Axis 211W
Figura 19 – Modulo de Proteção da Câmera Axis 211W
Figura 20 – Localização das Câmeras
Figura 21 – Topologia de Ligação das Câmeras
Figura 22 – Modelo do Ponto de Acesso Utilizado no Sistema
Figura 23 – Localização dos Pontos de Acesso
Figura 24 – Localização dos Pontos de Acesso
Figura 25 – Antena Setorial
Figura 26 – Diretividade da Antena utilizada (setorial)
Figura 27 – Antena Utilizada Omni-direcional
Figura 28 – Diretividade da antena utilizada
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Índice de Tabelas
Tabela 1 – Tabelas de Padrões do Wi-Fi
Tabela 2 – Tipos Básicos de Antenas
Tabela 3 – Tabela de Legenda de Rádio
Tabela 4 – Tabela dos Principais Componentes CFTV
Tabela 5 – Especificações Técnicas da Câmera Axis 211w
Tabela 6 – Cálculo de Enlace
Tabela 7 – Planilha de Preços
Tabela 8 - Cronograma Físico
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INTRODUÇÃO
O tema deste projeto é relativo ao emprego de rádios digitais através
de uma rede corporativa utilizando a tecnologia TETRA (Terrestrial Trunked
Radio), a qual possui protocolo de sinalização aberto e oferece uma solução
moderna para comunicação através de rádio.
Com a utilização do sistema de rádio digital nos jogos Panamericanos
Rio 2007 pelas policias Federal, Militar, Civil, Força Nacional, Rodoviária
Federal e Guarda Municipal; a aplicabilidade deste sistema foi comprovada
durante o período dos jogos, pois possibilitou a integração das forças de
segurança com uma grande eficiência durante os eventos em que fora utilizado
no Município do Rio de Janeiro. Por seu bom desempenho, será expandido
para a Copa do Mundo de 2014 no Brasil, contando com esta expansão
desenvolvemos um projeto de utilização deste sistema para uso comercial,
especificamente para os meios de transporte.
Dos países que estão utilizando o sistema de rádio digital Tetra para
fins públicos e privados, podemos citar como exemplo a província de
Guangdong na China, que desde o início de 2005 está utilizado o Sistema
TETRA para serviços de voz e dados nas novas linhas do metrô e no sistema
ferroviário urbano em Guangzhou.
Em suma, este projeto agrega segurança aos meios de transporte
através da inclusão de uma nova tecnologia, tendo seu foco de utilização na
empresa de transportes BARCAS S.A.
A tecnologia que é utilizada atualmente não será aproveitada, pois não
há compatibilidade com o Sistema Tetra. Este sistema poderá ser
implementado futuramente em outras empresas como a SuperVia e Metrô Rio,
possibilitando a interação das mesmas.
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CAPÍTULO I
TECNOLOGIAS
1.1 - Tecnologias de Rádio e Aplicações
Existem dois tipos básicos de tecnologia de transmissão via radio, que
são transmissão analógica e transmissão digital. As transmissões analógicas
não possuem flexibilidade por se tratar de uma tecnologia ultrapassada e as
transmissões digitais possuem maior aplicabilidade pela facilidade de interação
com meios de rede e seus protocolos.
Nos sistemas de comunicação por Rádio freqüência – RF podemos
utilizar algumas técnicas de modulação, sendo que para os sistemas
convencionais as mais usadas são a modulação em amplitude (AM),
modulação em freqüência (FM) e a modulação em fase (PM); na modulação
digital as técnicas mais empregados são Phase Shit Keying – PSK, Quaternary
A principal característica do TETRA é o padrão troncalizado Voice+Data
(voz+dados) onde vários tipos de canais como de controle, voz, circuito de
dados ou pacote de dados podem ser alocados em um intervalo de tempo
individual. Outro diferencial é o Modo Direto (DMO – Direct Mode operation),
geralmente utilizado em casos específicos, onde não há cobertura de uma
estação, o usuário fala diretamente com outro, sem a necessidade de infra-
estrutura ou estação repetidora.
Os principais serviços disponibilizados são transmissões individuais ou
em grupo, reconhecimento de chamada de grupo e opção pela proteção de
dados. Além destes sérvios, existem os chamados suplementares, podemos
citar os serviços de prioridade seguidos do de capacidade preemptiva, de
ambiente, escuta discreta, escuta seleção de área, autorização de chamada
pelo despachante e prioridade de acesso. Podendo trabalhar de duas
maneiras, comunicação full duplex e largura de banda sob demanda. Outra
funcionalidade do sistema é sua comunicação de despacho. O sistema permite
a criação remota de grupos de conversação (talk-groups), esta operação é
chamada de alocação dinâmica de grupos e é executada no módulo de
despacho, possibilitando a capacidade de integração entre os grupos.
Através de sistemas de entidades e interfaces definidas, foi constituída a
arquitetura do sistema TETRA; já a interface interna da rede TETRA não é
padronizada, com isso foi permitido que implementassem soluções em relação
aos custos da rede sem os efeitos que a padronização causaria.
Seis componentes podem ser definidos como principais do sistema:
1. Rede TETRA;
2. Gateway;
3. Direct Mode Móbile Station;
4. Mobile Station (MS) ou estação móvel;
5. Network management Unit ou Unidade de Gerenciamento de Rede;
6. Line Station (LS): sua funcionalidade compreende LTU (Line Termination
Unit) e o TE (Terminal Equipment);
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Baseados em três classes principais de serviços com diferentes
interfaces aéreas, o serviço Tetra opera com todos esses serviços
especificados pela ETSI (European telecommunications Standards Institute):
• Packet data optimized (PDO);
• Tecnologia Voice + Data (V+D);
• Direct Mode (DMO): uma transmissão semi-duplex de voz entre dois
rádios sem usar a rede;
O padrão TETRA trabalha utilizando portadoras de 25 KHZ em todos os
sites do sistema troncalizado. Através de multiplexação por tempo (TDMA) o
sistema divide uma única portadora de 25KHz dando origem a quatro canais,
produzindo um aproveitamento de 4:1 em funcionamento. Porém, existe a
possibilidade de que em alguns sites apenas um canal esteja em uso, não
necessitando da capacidade adicional do TDMA.
O TETRA usa a modulação π/4 DQPSK (Diferencial Quaternary Phase
Keying). Esta modulação possibilita a utilização de quatro canais através da
mesma portadora, com isso torna muito mais eficiente o aproveitamento do
espectro de freqüência.
O TETRA possui vantagens que estão em sua funcionalidade, entre elas
a capacidade de chamada rápida para grupos com diferentes subgrupos, ou
mesmo grupos de outras redes. Os usuários compartilham os mesmos
recursos do rádio com alta eficiência e flexibilidade, semelhante às
funcionalidades das redes de telefonia móvel.
a) Rádio Digital Portátil: Os rádios digitais portáteis são menores e mais
leves do que os rádios analógicos convencionais. A potência de transmissão é
pequena, varia entre 1 w e 3 w, sua faixa de operação vai de 300 a 900 MHz.
Devido à pequena potencia, o alcance destes rádios é pequeno e por isso são
necessários vários repetidores para aumentar a cobertura. Para uma boa
comunicação é preciso ter um bom nível de sinal na conexão com a Estação
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Radio Base, pois a modulação por TDMA possui um limite de erro na sua taxa
de transmissão. A FIG.6 ilustra um modelo de radio portátil da Sepura.
Figura 6 – Rádio portátil digital Sepura SRH 3800 (Manual Teltronic 2007).
a) Rádio digital Móvel: Sua potência de transmissão é superior ao rádio
portátil, variando entre 3 w e 10 w, sua faixa de operação vai de 300 a
900 MHz e sua cobertura com relação ao portátil é bem maior; parte
disso deve-se ao fato de os rádios móveis terem maior potência e um
sistema irradiante com maior ganho. A FIG.7 ilustra um modelo de rádio
móvel Teltronic.
Figura 7 – Radio móvel digital Teltronic MDT- 400 (Manual Teltronic 2007).
b) Estações de Rádio Digital Fixas: Transceptor digital ligado ao sistema de
alimentação elétrica contínua de 13,8 V que utiliza rede elétrica de (110V ou
220V) e está conectado à uma antena de ganho externa. Com isso, sua
potência de tranmissão pode chegar a alguns Kilômetros. A FIG. 8 ilustra um
modelo de base fixa contendo um rádio digital móvel ligado a uma fonte de
13,8V.
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Figura 8 – Base fixa digital Teltronic MDT – 410 (Manual Teltronic 2007).
c) Repetidores Digitais (Estação Rádio Base): É o conjunto de dispositivos
interligados que formam um site de repetição. Além do canal lógico que é
responsável pela checagem e contrôle dos usuários através de dados,
podemos citar os dispositivos principais de um site que são:
• BSR (Sistema de Radio Base).
• LSC (Sistema de Controle Local).
• GATEWAY VoIP.
• GATEWAY ISDN.
• GATEWAY MAINT.
e) BSR (Sistema de Radio Base): É a interface que possibilita a comunicação
dos terminais móveis, fixos e portáteis com a repetidora digital. Sua função de
transmissão e recepção permite o tráfego de voz e dados dos usuários bem
como os terminais. A potência máxima de uma de uma repetidora digital está
em torno de 40 W. A FIG.9 ilustra um modelo de repetidora BSR Teltronic.
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Figura 9 – Estação Rádio Base digital BSR Teltronic (Manual Teltronic 2007).
f) LSC (Sistema de Controle Local): Módulo opcional da SBS Realiza a
função de controlador local em caso de falha no enlace entre a zona e o nó
central. A funcionalidade TETRA é completa em modo de pacotes (packet
data) e pelas chamadas interzonais conecta-se fisicamente ao switch ethernet
das SBS. Em caso de falha de enlace com o CNC ou o CNC-RED ele toma o
controle da zona. Nos terminais TETRA aparecerá “Fall-back ou modo
degradado”
Hardware: se trata de um computador industrial. Ilustrado na FIG.10.
Figura 10 – Computador industrial LSC Teltronic (Manual Teltronic 2007).
g) GATEWAY VoIP: Módulo que permite conectar a infra-estrutura Nebula em
um elemento VoIP (Voz sobre IP) que tenha formato RTP/RTCP.
Função principal: extrair informações da rede (pacotes TUP - voz TETRA) e os
transformar em VoIP (RTP). A operação inversa recebe VoIP externo e a
transforma em TUP. Cada placa GW-VoIP pode realizar até 4 conversações
simultâneas (1 chamada semi-duplex ocupa 1 conversação/1 chamada duplex
ocupa 2 conversações). O GW-VoIP é um elemento interno a sub-rede do
SCN. Ilustrado na FIG.11.
• Elemento opcional do SCN. Ocupa um dos slots do rack MNI. • É requerido para as comunicações voz entre LD e terminais. • Também se requer para o gravador digital da Teltronic.
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Figura 11 – Placa Gateway VoIP Teltronic (Manual Teltronic 2007).
h) GATEWAY ISDN: Módulo que permite a infra-estrutrura Nebula acessar as
redes públicas e privadas que tenham um PABX ou PSTN ISDN.
i) GATEWAY RDSI BRI: Com acessos básicos ISDN (cada um com dois
canais de 64 kbps).Por tanto com uma placa se pode ter até quatro
conversações simultâneas de equipamentos TETRA ou com assinantes
telefônicos. Ilustrado na FIG.12.
Figura 12 – Placa Gateway ISDN Teltronic (Manual Teltronic 2007).
j) GATEWAY MAINT: Elemento obrigatório do SCN e opcional da SBS.
Ocupa um dos slots do rack MNI. É requerido para manutenção remota e para
o roteamento interno entre as sub-redes.
Este módulo que permite a manutenção remota da infra-estrutura. Para essa
manutenção precisamos ter dois acessos básicos ISDN (cada um com dois
canais de 64 kbps).
Permite realizar qualquer dos serviços disponíveis na rede como estivesse no
local (ftp, telnet, http,a) utilizando uma conexão PPP por RDSI. Também
realiza uma função de roteador interno, já que têm os acessos para qualquer
das sub-redes do sistema. Ilustrado na FIG.13.
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Figura 13 – Placa Gateway MAINT Teltronic (Manual Teltronic 2007).
k) Switch Ethernet: É uma peça fundamental e está localizado na parte interna
do rack para receber os equipamentos que fazem parte do conjunto de
elementos de rede de uma repetidora TETRA. Ilustrado na FIG.14.