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)