Universidade
Federal do Amazonas
Instituto
de Ciências Humanas e Letras
Departamento
de Arquivologia e Biblioteconomia
Curso de
Arquivologia
ISRAEL RIBEIRO DO CARMO VIANNA
Título: Rede Rádio Fixa por rádio HF para
contingências da Rede Administrativa de Comunicações dos Órgãos de Comando e
Controle na Cidade de Manaus
Manaus –
AM
2013
ISRAEL RIBEIRO DO CARMO VIANNA
Título: Rede Rádio Fixa por rádio HF para
contingências da Rede Administrativa de Comunicações dos Órgãos de Comando e
Controle na Cidade de Manaus
Tarefa da disciplina de Informática Instrumental
para o Curso de Arquivologia do 2º período de 2012
Orientador: Prof. Aristóbulo Angelin de Araújo
Manaus –
AM
2013
SUMÁRIO
página
1
INTRODUÇÃO 3
1.1
PROBLEMATICA 4
1.2
OBJETIVO GERAL 4
1.3
OBJETIVO ESPECIFICO 4
1.4
JUSTIFICATIVA 4
1.5
RADIOFREQUENCIA E ONDAS CURTAS 5
2
DESENVOLVIMENTO 6
2.1
COMUNICAÇÕES POR RÁDIO HF 6
2.2
HISTÓRICO DO HF 7
2.3
PROPAGAÇÃO DAS ONDAS ELETROMAGNETICAS HF 8
3
CONSIDERAÇÕES FINAIS 11
REFERÊNCIAS
BIBLIOGRÁFICAS 12
1.1 Problemática
O governo da cidade de Manaus fazendo
regularmente uso das tecnologias geradas pelo desenvolvimento eletrônico, como
a automação e informatização ou robótica na sua estrutura dos serviços
essenciais para a sociedade, quando atingida por desastres naturais, conflitos
de guerra ou terrorismo cibernético, poderá disponibilizar meios de comunicações
aos seus órgãos de comando e controle da sua Cidade?
1.2 Objetivo Geral
- Criar possibilidades para utilizar a
radiocomunicação por HF para criação do Sistema Estratégico de Comunicações dos
Órgãos de Comando e Controle do Governo da Cidade de Manaus.
1.3
Objetivo Específico
- Mostrar a viabilidade e a necessidade da
implantação da Rede Rádio Fixa por HF para as Comunicações Estratégicas, a ser
empregada por contingência, das redes administrativas de comunicações dos
Órgãos de Comando e controle do Governo da Cidade de Manaus.
1.4 Justificativa
Os atuais cenários de conflitos internacionais,
desastres naturais, terrorismo cibernético, que são veiculados nos meios de
comunicações por radiodifusão e na rede mundial de computadores, mostram que os
governos das nações desenvolvidas, que possuem seus serviços essenciais
fornecidas por usinas nucleares, outros como controle de tráfego aéreo,
transporte, transito das cidades, trens, automatizados e controladas por
computadores, estão preocupados por manterem seus sistemas de gerenciamento
através de planos de contingências, criando uma rede estratégica que permita o
governo ter o controle da situação em tais emergências, como por exemplo,
desastres naturais ou guerra.
1.5 Radiofreqüência e Ondas Curtas (HF)
Radiofreqüência é a faixa
do espectro eletromagnético de 9 kHz a 300 GHz utilizada na radiocomunicação. O
espectro de radiofreqüências é um recurso limitado, constituindo-se em bem
público e, conforme prevê a Lei nº
9.472, é administrado pela Anatel. Na administração do espectro de
radiofreqüências são observadas as atribuições das faixas, definidas em
tratados e acordos internacionais, aprovados na União Internacional de
Telecomunicações - UIT, e, anualmente, é emitido o Plano de Atribuição,
Destinação e Distribuição de Faixas de Freqüências no Brasil, o qual contém o
detalhamento do uso das faixas de radiofreqüências associadas aos diversos
serviços e atividades de telecomunicações.
HF é a sigla para o termo inglês High Frequency e
significa "frequência alta". HF (Alta Frequência) é um nome alternativo
para onda curta de rádio.
É uma onda que opera no espectro de frequência dos 3.000
kHz a 30.000 kHz (3-30 MHz). Em
rádio, a onda curta corresponde a alta frequência obtida pela relação
inversa entre a frequência e o comprimento da onda e por isso denominada
"ondas curtas", pois seus comprimentos de onda são mais curtos do que
os da onda longa, comprimentos
utilizados no início das comunicações de rádio
As ondas curtas representam importante papel nas transmissões de
rádio tanto para radiodifusão como para fins utilitários (comunicações
com aviões, embarcações, etc), civis, militares
ou comerciais. Devido a característica do comprimento de onda, as
transmissões em ondas curtas se propagam até grandes distâncias através de
saltos por deflexão nas camadas da ionosfera.
A propagação das transmissões de rádio em ondas curtas estão
sujeitas a fenomenologia própria das camadas ionosféricas.
2 Desenvolvimento
2.1 Comunicações por Rádio HF
A cada dia mais equipamentos sem fio utilizam um
escasso recurso natural, o espectro eletromagnético [1]. Como bem definido por
Bruce Fette [2], o espectro magnético é a corrente sanguínea das
radiocomunicações. O seu uso eficiente e devido à importância das comunicações
na banda de HF para operações militares, grande parte dos estudos envolvendo o
uso de HF possui caráter sigiloso, dificultando o acesso a publicações nesse
assunto.
O seu uso eficiente tem sido cada vez mais
estudado pela engenharia de telecomunicações, se tornando um grande desafio nos
dias de hoje [3].
Atualmente o modelo de alocação de faixas de
frequências divide o espectro eletromagnético em segmentos que são destinados a
uma categoria de serviço, como comunicação fixa, móvel, radiodifusão e
radiolocalização, dentre outras. Por sua vez, cada segmento é dividido em
faixas de tamanho fixo, separadas por intervalos de guarda. Tradicionalmente, as
agências reguladoras de telecomunicações, como a Agência Nacional de
Telecomunicações (ANATEL), aqui no Brasil, e a Federal Communication Commission
(FCC), nos Estados Unidos, alocam bandas do espectro de RF para um único uso,
emitindo licenças de uso exclusivo para uma única entidade, chamada neste
trabalho de usuário primário (UP), dentro de uma área geográfica, e proibindo
outros dispositivos de efetuarem transmissões dentro destas bandas.
Essas agências são responsáveis por estabelecer
quadros de alocação de frequência, delimitando as faixas licenciadas e
não-licenciadas, além de fiscalizarem a ocupação do espectro licenciado por
usuários não-licenciados, denominados neste trabalho como usuários secundários
(US).
O modelo de padronização de acesso ao espectro em
vigor foi concebido para gerenciar uma grande variedade de sistemas de rádio,
cada qual disponibilizando um serviço específico e sem qualquer interligação
entre os mesmos. Isso permite controlar a interferência entre os usuários e
facilita o desenvolvimento de equipamentos, uma vez que os rádios operam em
faixas específicas de frequência. No entanto, as demandas do atual mercado de
telecomunicações têm motivado os sistemas de rádio a oferecerem
2.2
Histórico do HF
Em 12 de dezembro de 1901, Guglielmo Marconi
obteve sucesso com uma transmissão transatlântica de código morse entre Poldhu
(sudoeste da Inglaterra) e St. John’s (província canadence) por mais de 3000 km
de distância. Esse foi o marco das comunicações de grandes distâncias. Antes da
Segunda Guerra, as comunicações com aeronaves eram predominantemente via HF,
através de código Morse. Mesmo com a introdução do uso da faixa de VHF e UHF,
para comunicações além da linha de visada (BLOS - Beyond Line of Sight)
permanecia a necessidade de uso de frequências na faixa de HF.
No início da década de 70, as comunicações via
satélites surgiram como uma alternativa para enlaces de longas distâncias.
Aparentemente o canal HF se tornava obsoleto e as pesquisas nessa banda de
frequência se tornaram escassas.
Nas décadas de 80 e 90, com os estudos de formas
de negar o uso dos satélites pelo inimigo através da destruição do satélite ou
de envio de pulsos eletromagnéticos para interferirem nas comunicações, as
vulnerabilidades desse tipo de comunicações foram evidenciadas. Essas fraquezas
dos enlaces, aliadas aos altos custos envolvidos do uso dos satélites,
proporcionaram uma nova vida para as comunicações na banda de HF. O grande
reconhecimento do canal HF ocorreu durante a operação tempestade no deserto na
Guerra do Golfo, entre 1990 e 1991 [4], quando as forças armadas americanas
perceberam a necessidade dessa faixa de frequência.
Atualmente, o espectro HF é dividido em várias
aplicações militares e comerciais. A princípio, o espectro estaria disponível
para qualquer usuário, mas regulamentos internacionais limitam o uso, as bandas
disponíveis e os limites geográficos de transmissão.
Como um meio de comunicação mundial, o HF é
submetido às regulações da União Internacional de Telecomunicações (UIT) <
1) > .
Os serviços definidos pela UIT para o HF são:
a) Fixo - Comunicação rádio entre dois pontos
fixos específicos.
b) Móvel - Comunicação rádio entre estações
móveis, ou entre móveis e fixas.
c) Móvel Aeronáutico - Comunicação rádio entre
estação de terra e aeronaves, ou entre aeronaves.
d) Móvel Marítimo - Comunicação rádio entre
estação costeira e navios, ou entre navios.
e) Móvel Terrestre - Comunicação rádio entre
estação base e rádio móvel terrestre, ou entre os rádios móveis.
f) Radiodifusão - Comunicação rádio para o
público em geral.
g) Radioamador - Comunicação rádio como um hobby
científico com diversas modalidades.
h) Frequências Padrão - Transmissão rádio de
frequências específicas com alta precisão para uso científico, técnico e outros.
2.3
Propagação das Ondas Eletromagnéticas em HF
A propagação na banda de HF, exceto para pequenas
distâncias (menores que 150 km), depende da reflexão das ondas rádio nas camadas
da ionosfera. Mesmo uma transmissão com baixa potência pode ter um longo
alcance se for utilizada uma frequência de transmissão apropriada. Essa escolha
depende das características da ionosfera, que é influenciada por inúmeros
fatores tais como a hora do dia, a estação do ano, o nível de atividade solar e
a latitude, entre outros.
O Instituto IPS
Radio & Space Services da Austrália, instituição de pesquisa que se dedica
ao estudo em tempo real das condições do espaço sideral, do Sol, da ionosfera e
do campo magnético da Terra, que são críticos para o mapeamento da qualidade
das comunicações através das ondas do rádio ressalta que devemos lembrar que as
ondas de rádio são responsáveis pelas comunicações vitais do mudo atual, se
iniciando pela radiodifusão até os sofisticados sistemas de navegação baseados
em satélite como o GPS, estão sujeitos aos fenômenos da atividade solar e
propagação das ondas eletromagnéticas < 2) >.
A ionosfera se estende de 50 a 400 km acima da
superfície da Terra e é composta por três camadas principais, D, E e F, sendo
que esta última pode se subdividir em F1 e F2 durante o dia. Essa região
influencia as ondas rádio devido à presença de elétrons livres que estão
arranjados em camadas estratificadas horizontalmente.
A principal fonte de ionização da ionosfera é a
radiação eletromagnética do sol. A taxa de ionização varia com a altitude e
depende da intensidade de radiação solar. Cada camada possui uma concentração
de elétrons diferentes, que são responsáveis por diferentes influências nas
ondas rádio HF.
A ionização é o
processo no qual elétrons, os quais são carregados negativamente, são removidos
(ou anexados) de átomos neutros ou moléculas para formar íons carregados positivamente
(ou negativamente) e elétrons livres. São estes íons que fornecem o nome a
ionosfera, mas são os muito mais leves e livres elétrons em mutação que são
importantes em termos de propagação de ondas de radio de alta freqüência (HF: 3
à 20 MHz). Geralmente, quanto maior o numero de elétrons, mais altas
freqüências podem ser usadas.
Durante o dia
podem existir quatro regiões presentes chamadas : D, E, F1 e F2. As regiões e
suas faixas de alturas aproximadas são :
D de 50 a 90 km
E de 90 a 140 km
F1 de 140 a 210 km
F2 acima de 210 km
Durante o dia, a "Esporádica E, é
algumas vezes observada na região E, e em algumas determinadas vezes durante o
ciclo solar a região F1 pode não ser distinta de F2, e sim, se juntarem para
formar a região F. À noite, as regiões D, E e F1 se tornam muito vazias de
elétrons livres, deixando apenas a
região F2 disponível para comunicações; entretanto não é raro ocorrer a região
Esporádica E durante a noite. Apenas a E, F1 e Esporádica E quando presentes, e
a região F2 refratam ondas de alta freqüência (HF). A região D também é
importante, porque apesar de não refratar ondas de radio, ela absorve ou as
atenuam. A região F2 é a mais importante para a propagação das ondas de rádio
HF devido a:
Ø está presente 24
horas do dia;
Ø sua alta altitude
permite os mais longos caminhos de comunicação.
Os sinais de radio
de alta freqüência (3 a 30 MHz) podem se propagar a um receptor distante,
através de :
Ø onda terrestre:
próximo ao chão para distancias curtas, em torno de 100 km sobre a terra e 300
km sobre o mar. Este alcance da onda depende da altura da antena, polarização,
freqüência, tipo de solos, vegetação, estado do terreno/mar;
Ø onda direta ou de
linha-de-visada: esta onda pode
interagir com a onda refletida de terra
em separação terminal, freqüência e polarização;
Ø
ondas celestes: refratadas pela ionosfera, todas as distancias.
3 Conclusão
Apresentado as características da comunicação na
Banda de HF, verificamos as exigências da ANATEL para comunicação em canais HF,
analisamos os meios de contingências que mais se adéquam ao tipo de região da
Cidade de Manaus e seus meios de comunicações para integração dos órgãos de
Comando e Controle do Governo de Manaus. Por fim, avaliamos a real necessidade
de nos prepararmos para que os serviços essenciais e vitais da Cidade de Manaus
não percam sua coordenação estratégica numa situação em que o Serviço Nacional
de Telecomunicações estejam inoperantes por motivos de desastres naturais,
terrorismo cibernético ou conflitos de guerra.
A RRF por HF é a solução que se apresenta para
que em situações normais integrar a estrutura da Rede Administrativa de
Comunicações do Comando e Controle do Governo e a estrutura do Sistema
Estratégico de Comunicações destinado a contingência do Sistema Nacional de Telecomunicações
quando este estiver em pane.
A RRF por HF nas aplicações militares, já é um
recurso que permite a integração de
todas as OM do território nacional aumentando as possibilidades do Comando e
Controle do Escalão Superior. Constantemente se faz necessário a recomposição
dos seus dos equipamentos de Rede Rádio Fixa por HF permitindo agregar as novas
tecnologias por HF, como por exemplo, incorporam o último desenvolvimento em
tecnologia de forma de onda HF de alta velocidade. Essa forma de onda avançada
permite a transmissão de dados em larguras de banda de 3 a 24 khz, atingindo
velocidades de dados de até 120 kbps. Incorporam criptografias que fornecem
segurança de qualidade militar para todas as transmissões de voz e dados.
Possuem o estabelecimento de enlaces automáticos e interoperabilidade total com
rádios de outros fabricantes que atendem aos mesmos padrões de enlace
automático (ALE). Integração de redes HF paralelas em uma rede única,
permitindo coordenação entre diferentes redes operacionais. E, inclui um modo
de último recurso de voz e mensagens SMS, que são transmitidas digitalmente,
além de permitir a integração do rádio-telefone com a linha publica.
Todos estes recursos agregados na Rede Rádio Fixa
por HF pode dobrar a capacidade da Rede Administrativa de Comunicações do
Governo permitindo um Sistema Estratégico de Comunicações eficiente que não
dependeria da ação e recursos externos, e permitindo ações de governo eficiente
com presteza nas tomadas de decisões em todos os níveis de governo nos momentos
de emergência.
Referencias bibliográficas
FONTES:
< 1) > Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de
Pós-graduação em Engenharia Elétrica, COPPE, da Universidade Federal do Rio de
Janeiro, por Rafael Barros Dutra – Assunto: AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DA
MODULAÇÃO OFDM EM CANAIS HF PARA RÁDIOS COGNITIVOS - Março de 2010 – SITE:
(http://www.pee.ufrj.br/teses/textocompleto/2010031702.pdf)
[1] ARSLAN, H., MAHMOUD, H. A., YUCEK, T. OFDM for Cognitive Radio:
Merits and Challenges. Springer, 2007.
[2] FETTE, B. Cognitive
Radio Technologies. Preston Marshall, 2006
[3] MENEZES, A. S. Avaliação
de Desempenho de Rádios Cognitivos e Proposta de Estrutura de Equalização
Temporal em Sistemas OFDM. Tese de Mestrado, UNICAMP, 2007.
[4] WALLACE, M. “HF radio in Southwest Asia”, IEEE Communications
Magazine, v. 30, n. 1, pp. 58–61, Jan 1992.
<
2) > IPS Radio & Space Services - Sydney –
Australia – SITE:
(http://paginas.terra.com.br/arte/sarmentocampos/Propagacao.htm)
