A la gente nueva en el mundo de la radio se le suele explicar Project 25 como un formato de voz digital, lo cual lo describe muy por debajo de lo que realmente es. El proyecto comenzó alrededor de 1989 como una defensa frente a las prácticas de adquisición, redactada por usuarios de seguridad pública que habían visto cómo la primera generación de radio troncalizada (trunked radio) los dejaba atados a un solo proveedor y que podían anticipar que la voz digital estaba a punto de convertir esa dependencia en algo permanente. Este artículo explica cómo funciona el proceso de necesidades del usuario, qué contiene realmente el conjunto de normas TIA-102 más allá de la interfaz aérea, por qué las operaciones convencional y troncalizada siguen siendo mundos separados dentro de un mismo estándar, qué cambió con la Fase 2, y por qué comprar equipo conforme al estándar no garantiza la interoperabilidad.

El problema de 1989: la troncalización propietaria y el bloqueo digital que se aproximaba

La FM analógica les dio a los servicios de seguridad pública un piso rudimentario de interoperabilidad que nadie diseñó a propósito. Si dos departamentos estaban en la misma banda y uno de ellos conocía la frecuencia y el tono CTCSS del otro, un técnico podía programar un canal y los radios se comunicaban, sin importar quién los hubiera fabricado. Ese piso era delgado, porque las agencias estaban dispersas entre VHF banda baja, VHF banda alta, UHF y 800 MHz sin ninguna coordinación sobre quién quedaba dónde, pero existía mientras la modulación fuera FM ordinaria.

La troncalización (trunking) eliminó ese piso. Cuando los sistemas troncalizados llegaron a la seguridad pública a finales de la década de 1970 y durante la de 1980, la señalización del canal de control que asigna un radio a un canal de trabajo era propietaria de cada fabricante, de modo que una unidad de suscriptor construida por una empresa no podía registrarse en absoluto en el sistema de otra. APCO había intentado adelantarse a esto con el Project 16, que publicó requisitos funcionales para sistemas troncalizados destinados al uso en seguridad pública, pero el Project 16 describía lo que un sistema debía hacer en lugar de especificar los bits transmitidos por el aire, de modo que los proveedores podían cumplirlo de maneras mutuamente incompatibles, y así lo hicieron.

La voz digital fue la siguiente ola, y quienes habían vivido la experiencia de la troncalización podían anticipar exactamente cómo se desarrollaría. Un sistema digital exige acuerdo sobre la modulación, sobre el encuadre de tramas (framing), sobre el codificador de voz (vocoder) que convierte el habla en bits y de vuelta, y sobre la señalización que envuelve la voz. Cada uno de esos puntos era una oportunidad para construir una cerca alrededor de una base de clientes. Project 25 se constituyó justamente para evitar ese desenlace, generalmente fechado alrededor de 1989, como un esfuerzo conjunto de APCO, NASTD (los directores estatales de telecomunicaciones, hoy directores estatales de tecnología) y usuarios del gobierno federal, con la Telecommunications Industry Association (TIA) actuando como el organismo de normalización acreditado que publicaría el resultado. Los objetivos que fijó el comité directivo son los mismos que se citan hoy en día: interoperabilidad entre agencias y fabricantes, mejor eficiencia espectral, adquisiciones competitivas que permitieran a un propietario de sistema comprar radios de suscriptor de más de una fuente, y una ruta de migración que no obligara a una agencia a reemplazar todo en un solo día.

Cómo una necesidad del usuario se convierte en un estándar publicado

La estructura que produce los documentos de P25 es poco común, y entenderla explica la mayor parte de las críticas que recibe el estándar. Los requisitos se originan del lado de los usuarios. El Project 25 Steering Committee, integrado por representantes de APCO, NASTD y usuarios federales, fija la dirección general, y el APCO Project 25 Interface Committee, junto con sus grupos de trabajo, elabora declaraciones de requisitos que describen lo que los profesionales necesitan que una función logre. Esos requisitos pasan al comité de ingeniería TR-8 de TIA, donde ingenieros de los fabricantes y representantes de los usuarios elaboran la especificación técnica y la llevan por el proceso de votación y publicación que TIA utiliza para todos sus estándares.

La división del trabajo es deliberada, en el sentido de que se supone que los usuarios definen qué debe hacer el radio y la industria define cómo lo hace. En la práctica, el ritmo lo marca la segunda mitad. El proceso de votación de estándares es lento por diseño, los ingenieros que hacen el trabajo están en su mayoría empleados por las empresas cuyos productos gobierna el estándar, y una función que un fabricante ya vende tiende a llegar al estándar con la forma de la implementación de ese fabricante. Nada de esto es corrupción, y es la condición normal de cualquier organismo de estándares de una industria, pero significa que un documento de P25 refleja un consenso negociado y no un óptimo de ingeniería diseñado desde cero.

Una consecuencia merece decirse con claridad porque suele sorprender a la gente. El codificador de voz (vocoder) es propiedad intelectual licenciada. El codificador Improved Multi-Band Excitation (IMBE), usado en Fase 1, y el codificador de tasa media Advanced Multi-Band Excitation (AMBE+2), usado en Fase 2, son productos de Digital Voice Systems, Inc., y cualquier fabricante que construya un radio P25 licencia esa tecnología. Un estándar abierto en el sentido de P25 significa especificaciones publicadas y adquiribles que varios proveedores pueden implementar, lo cual no es lo mismo que libre de regalías. También se encontrará con el P25 Technology Interest Group (PTIG), que publica material explicativo útil sobre el estándar, y vale la pena saber que PTIG es una asociación de la industria y no el organismo de normalización ni el comité directivo de usuarios.

El conjunto TIA-102 es un grupo de interfaces

La gente dice “P25” y se refiere a la voz digital que se escucha en un escáner. El trabajo publicado es la serie TIA-102, una colección extensa de documentos que cubre interfaces distintas, y la modulación de voz es apenas una de ellas. Tratar el conjunto como una sola especificación es el origen de buena parte de los problemas de adquisición, de modo que conviene conocer cuáles son las piezas.

La interfaz aérea común (Common Air Interface, CAI) define lo que pasa entre un radio y una estación fija u otro radio, y es la única interfaz que casi todos implementan. La Fixed Station Interface define la conexión entre un repetidor o estación base y el equipo que hay detrás. La Console Subsystem Interface define cómo se conecta una consola de despacho a un subsistema de RF, lo cual importa si se quiere comprar consolas de una empresa distinta de la que construyó la infraestructura. La Inter-RF Subsystem Interface, llamada universalmente ISSI, define cómo se conectan entre sí dos sistemas P25 separados, de modo que un usuario que entra en itinerancia a un sistema vecino pueda registrarse y un grupo de conversación (talkgroup) pueda abarcar ambos sistemas. También existen interfaces para datos por paquetes, para interconexión telefónica y para gestión de red.

El punto práctico es que un radio anunciado como conforme con P25 (P25 compliant) casi siempre está haciendo una afirmación sobre la interfaz aérea común y nada más. Si su sistema puede aceptar una consola de un tercero, si puede enlazarse con el sistema estatal sin una puerta de enlace (gateway) propietaria, y si su equipo de gestión de llaves criptográficas se comunicará con los radios de otra persona, son todas preguntas sobre las demás interfaces, y cada una de ellas es una decisión separada del fabricante sobre qué implementar y una partida separada en la factura cuando se compra.

Qué especifica la interfaz aérea común (Common Air Interface, CAI)

La interfaz aérea común de Fase 1 coloca un flujo digital de 9600 bits por segundo en un canal de 12.5 kHz. La modulación estándar del transmisor es C4FM, un esquema de modulación por desplazamiento de frecuencia de cuatro niveles (four-level frequency shift keying) que funciona a 4800 símbolos por segundo con dos bits por símbolo. Una variante modulada en fase, CQPSK, ocupa un espectro más estrecho y se usa en implementaciones de simulcast lineal, y ambas se diseñaron para que un mismo detector receptor maneje cualquiera de las dos, razón por la cual no es necesario indicarle a un radio de suscriptor cuál de las dos variantes transmite un sitio determinado.

De los 9600 bits por segundo, la salida del codificador de voz son 4400 bits por segundo de habla codificada, que se convierten en aproximadamente 7200 bits por segundo después de la corrección de errores hacia adelante (forward error correction), y el resto transporta señalización incrustada en las tramas de voz. Esa señalización incrustada es lo que hace que P25 sea útil operativamente y no solo digital. Cada transmisión lleva el identificador de grupo de conversación y el identificador de la unidad de origen, de modo que una consola o la pantalla de un radio muestra quién habla, y una indicación de emergencia puede transportarse en el mismo flujo. La sincronización de cifrado viaja junto con la voz, lo cual permite que un receptor se sume a una transmisión segura que ya está en curso. Un Network Access Code de doce bits cumple aproximadamente la función que el CTCSS cumple en un canal analógico, evitando que un receptor se abra con tráfico que no es el suyo, aunque se trata de un campo digital y no de un tono subaudible, y se configura por canal en el codeplug.

El estándar también define la operación en FM analógica y el modo mixto, en el que un repetidor acepta tanto entrada analógica como digital, y esa disposición fue central en la historia de la migración. Una agencia podía reemplazar los radios de suscriptor a lo largo de varios años presupuestarios mientras la infraestructura transportaba ambos, y luego pasar los repetidores a digital una vez que la flota analógica hubiera desaparecido. La cobertura, sin embargo, es un asunto distinto de la modulación. La señal digital conserva la inteligibilidad más adentro del ruido de lo que lo hace la analógica, y luego falla de manera más abrupta cuando se le agota el margen, de modo que un plan de sitios diseñado para servicio analógico no produce automáticamente la misma huella utilizable después de la conversión, y esa diferencia ha sorprendido a departamentos que presupuestaron radios pero no un estudio de cobertura.

Convencional y troncalizado dentro del mismo estándar

P25 cubre tanto la operación convencional como la troncalizada, y vale la pena repetir la diferencia en términos del estándar porque a menudo se discuten como si fueran productos que compiten entre sí. En la operación convencional, el usuario selecciona un canal y ese canal es la vía de conversación, ya sea una frecuencia símplex entre dos portátiles en el escenario de un incendio o un par de repetidor que sirve a un distrito. El radio transmite cuando el operador lo pulsa (key), sujeto al comportamiento de canal ocupado que esté programado, y nada en la red decide hacia dónde va el tráfico.

En la operación troncalizada se comparte un conjunto de canales de repetidor. Un canal en cada sitio transporta un canal de control continuo de 9600 bits por segundo; los radios de suscriptor se registran y se afilian a un grupo de conversación a través de él, y cuando alguien pulsa para transmitir, el sistema otorga un canal de trabajo y dirige a él a todos los radios afiliados durante la duración de la transmisión. Lo que Project 25 logró aquí, y que el Project 16 no logró, es que la propia señalización de control de la troncalización esté especificada en el estándar publicado, de modo que un radio de suscriptor conforme puede en principio registrarse en cualquier sistema troncalizado conforme, y no solo en el que construyó su propio fabricante.

Ambos modos sobreviven porque fallan de manera distinta. Un sistema troncalizado le da a una organización grande un uso eficiente del espectro escaso y una estructura de grupos de conversación flexible, al costo de una cadena de dependencias que incluye el canal de control, el enlace del sitio y el controlador de red. Un canal convencional símplex depende de dos radios y de la distancia entre ellos, que es exactamente la propiedad que se necesita cuando una cuadrilla está dentro de una estructura y el enlace del sitio se ha caído. La razón por la que casi todo procedimiento operativo normalizado (SOP) bien redactado para el escenario de un incendio mantiene canales convencionales símplex programados y practicados en un departamento con sistema troncalizado es esa diferencia de dependencias, y se trata de una decisión doctrinal y no de una preferencia tecnológica.

Fase 1, Fase 2 y la presión del estrechamiento de banda (narrowbanding)

La Fase 1 es el sistema FDMA descrito antes: un canal de 12.5 kHz, una vía de voz, C4FM o su equivalente lineal, y el codificador de voz IMBE a tasa completa. Se diseñó en una época en que la presión regulatoria buscaba sacar a los usuarios móviles terrestres de los canales de 25 kHz, y la Fase 1 satisfizo esa exigencia. La FCC exigió a los titulares de licencia de la Parte 90 en las bandas VHF y UHF por debajo de 512 MHz operar a 12.5 kHz o eficiencia equivalente antes del 1 de enero de 2013, y buena parte de las compras de P25 en los años previos a ese plazo estuvo impulsada por el estrechamiento de banda (narrowbanding) y no por la interoperabilidad.

La Fase 2 se normalizó para llegar a una eficiencia equivalente de 6.25 kHz sin abandonar el plan de canales de 12.5 kHz. Lo logra con acceso múltiple por división de tiempo de dos ranuras (two-slot TDMA), dividiendo el mismo canal de 12.5 kHz en dos ranuras temporales de modo que un solo par de repetidor transporte dos conversaciones simultáneas. El codificador de voz AMBE+2 de tasa media hace posible la tasa de bits por llamada más baja. El canal de control troncalizado sigue siendo FDMA en los sistemas de Fase 2, razón por la cual los radios de suscriptor de Fase 2 también deben ser capaces de Fase 1, y en la práctica prácticamente todos los radios de Fase 2 también operan en digital de Fase 1 y en FM analógica.

Lo que la Fase 2 le compra a una agencia es capacidad por par de repetidor, y lo que no le compra es cobertura. Duplicar las vías de voz en un canal no le hace nada a la señal en el borde de la huella de cobertura, y un departamento cuya queja son zonas muertas en el extremo norte del condado no resolverá esa queja con un conteo de ranuras. El panorama regulatorio detrás de todo esto se ha movido más de una vez, y la FCC ha considerado y revisado un traslado más amplio hacia la eficiencia equivalente de 6.25 kHz en varios procedimientos a lo largo de los años, así que confirme el requisito vigente para su banda y servicio específicos directamente en las reglas de la FCC en lugar de basarse en cualquier resumen, incluido este.

El Programa de Evaluación de Cumplimiento (Compliance Assessment Program, CAP) y lo que no cubre

Un estándar sin régimen de pruebas es solo un documento, y durante el primer tramo de la vida de P25 la palabra conforme era lo que un vendedor dijera que era. El Science and Technology Directorate del Department of Homeland Security (DHS) estableció el P25 Compliance Assessment Program (CAP) para respaldar esa afirmación con evidencia, trabajando con el NIST en los procedimientos de prueba y con un conjunto de laboratorios reconocidos que realizan las pruebas. Los fabricantes publican una Supplier’s Declaration of Compliance para un modelo y versión específicos, junto con informes resumidos de prueba que cubren pruebas de desempeño, conformidad e interoperabilidad, y el DHS publica esos documentos de manera pública.

La guía de subvenciones (grant guidance) del DHS ha condicionado durante años las compras de equipo P25 hechas con fondos de subvenciones federales a la documentación del CAP cuando aplica, lo cual es la principal razón por la que el programa tiene fuerza real. Lea la guía del año en curso para el programa al que está aplicando en lugar de basarse en lo que alguien recuerda de un ciclo anterior, porque el lenguaje cambia.

Los límites importan tanto como la cobertura. Un listado del CAP aplica al modelo y versión de software específicos que se probaron, en las configuraciones probadas, frente a las funciones que abordan los procedimientos de prueba. Las funciones opcionales del estándar, las extensiones propias de un proveedor fuera del estándar, y las combinaciones que nadie sometió a prueba no están cubiertas por el documento, y una versión de firmware posterior a la prueba es una compilación distinta de la que aparece en el informe. Leer un informe resumido de prueba le dice lo que se demostró en un laboratorio frente al equipo de otro proveedor. Si funciona en su sistema, con su cifrado, en sus sitios, con el conjunto de funciones del que realmente dependen sus operaciones, es una pregunta que solo responde la prueba de campo en su propia red.

Dónde una compra conforme al estándar aún puede fallar en interoperar

Dos departamentos vecinos pueden operar sistemas P25 plenamente conformes con el estándar y ser incapaces de comunicarse entre sí, y nada en esa situación es un defecto del estándar. La interfaz aérea garantiza que los bits sean mutuamente inteligibles. No dice nada sobre si las dos agencias han acordado un grupo de conversación compartido, sobre si el ISSI de cualquiera de los dos sistemas está licenciado y conectado con el otro, sobre si los grupos de conversación del sistema vecino están siquiera programados en los radios visitantes, o sobre si los canales de ayuda mutua del condado están cargados en la misma posición de zona en ambas flotas de modo que un oficial pueda encontrarlos bajo presión.

El cifrado es el obstáculo más común y más duro. Si una agencia usa AES-256 en su grupo de conversación de despacho y a la otra nunca se le entregó la llave, los radios receptores no producen nada utilizable aunque ambas flotas cumplan el estándar y el grupo de conversación en sí sea perfectamente alcanzable. La gestión de llaves criptográficas es un proyecto propio con su propia gobernanza, y la decisión de quién posee las llaves y quién puede distribuirlas es una decisión de política tomada por jefes y asesoría legal, y no un ajuste que un técnico pueda cambiar. Más allá del cifrado están las extensiones propias de cada proveedor que quedan fuera del estándar publicado, que cubren cosas como gestión de radios, programación por el aire (over-the-air programming), formatos de reporte de ubicación y administración de sistema, donde las flotas con proveedores mixtos con frecuencia funcionan para la voz y fallan para todo lo demás.

El marco que nombra correctamente todo esto es el SAFECOM Interoperability Continuum, que publica el DHS y que presenta la gobernanza, los procedimientos operativos normalizados, la tecnología, la capacitación y los ejercicios, y el uso, como carriles separados que deben avanzar juntos. La tecnología es un carril de cinco, y es el que las agencias financian primero porque se puede comprar. El registro de análisis posterior a la acción (after-action) sobre incidentes importantes sigue señalando a los otros cuatro, y el informe de la 9/11 Commission documenta fallas de comunicación en la respuesta en el World Trade Center, mientras que las revisiones federales posteriores al huracán Katrina las documentan de nuevo, en ambos casos con problemas de equipo entremezclados con la ausencia de procedimientos acordados y relaciones de mando claras. Project 25 se construyó para eliminar la excusa técnica para no interoperar, y lo logró, lo cual dejó expuesto el trabajo más difícil.

Qué hacer en su agencia

• Pregúntele por escrito al administrador de su sistema de radio o al taller de radio del condado cuáles interfaces de TIA-102 implementa su sistema y cuáles están realmente licenciadas y activadas, específicamente si el ISSI está conectado hoy con algún sistema vecino o estatal, y archive la respuesta junto con su plan de comunicaciones.
• Obtenga la Supplier’s Declaration of Compliance del CAP de P25 y los informes resumidos de prueba para el modelo exacto y la versión de firmware que corren sus portátiles y móviles, descárguelos del sitio del DHS, y consérvelos junto con la documentación de su flota para que la próxima discusión de adquisición parta de evidencia.
• Pídale a quien administra sus codeplugs que verifique en papel que el Network Access Code, la frecuencia y los identificadores de grupo de conversación programados para sus canales interagenciales y de ayuda mutua coincidan con lo que tiene programado el departamento vecino, y luego haga que dos cuadrillas lo confirmen al aire en lugar de asumir que el papel está actualizado.
• Confirme cuáles de sus canales programados son convencionales FDMA de Fase 1 y cuáles son troncalizados, y redacte un párrafo que nombre los canales convencionales de escenario de incendio dentro de la sección de comunicaciones del SOP que ya tiene, de modo que el modo de falla del sistema troncalizado quede cubierto por doctrina.
• Ponga un punto en la agenda del comité de comunicaciones del condado o regional que ya se reúne: cuáles llaves de cifrado, si las hay, se comparten entre los límites de las agencias para los grupos de conversación de ayuda mutua, y quién tiene autoridad para aprobar el intercambio de una llave durante un incidente.
• Cuando llegue una propuesta o una cotización, pídale a la persona que la evalúa que solicite por escrito al representante del proveedor una lista que separe las funciones especificadas en el conjunto TIA-102 de las funciones que son extensiones propias del proveedor, y conserve esa lista en el archivo de adquisiciones.

Puntos clave

• Project 25 se constituyó alrededor de 1989 por parte de APCO, NASTD y usuarios del gobierno federal, con TIA como organismo de normalización, porque la señalización de control troncalizada propietaria ya había destruido la interoperabilidad accidental de la FM analógica y la voz digital estaba a punto de hacer permanente ese bloqueo.
• Los requisitos fluyen de los usuarios, a través del Project 25 Steering Committee y del APCO Project 25 Interface Committee, hacia el comité de ingeniería TR-8 de TIA, razón por la cual el estándar refleja un consenso negociado de la industria y por la cual el codificador de voz es propiedad intelectual licenciada y no libre de regalías.
• TIA-102 es un conjunto de interfaces separadas que cubre la interfaz aérea, las estaciones fijas, las consolas, la conexión entre sistemas, los datos, la interconexión telefónica y la gestión de red, y una afirmación de conformidad casi siempre se refiere solo a la interfaz aérea común.
• La Fase 1 transporta 9600 bits por segundo en un canal de 12.5 kHz usando C4FM o su equivalente lineal, con el identificador de grupo de conversación, el identificador de unidad, la indicación de emergencia y la sincronización de cifrado incrustados junto con la voz.
• El estándar cubre tanto la operación convencional como la troncalizada, y ambas sobreviven juntas porque un canal convencional símplex depende solo de dos radios, mientras que una llamada troncalizada depende del canal de control, del enlace del sitio y del controlador de red.
• La Fase 2 agrega TDMA de dos ranuras para duplicar las vías de voz en un canal troncalizado y alcanzar la eficiencia equivalente de 6.25 kHz, con el canal de control permaneciendo en FDMA, y agrega capacidad y no cobertura.
• Un listado del CAP de P25 documenta modelos y versiones de software específicos probados en configuraciones específicas frente a funciones específicas, de modo que es evidencia para una decisión de compra y no un sustituto de la prueba en su propio sistema.
• Dos sistemas plenamente conformes pueden ser incapaces de comunicarse por llaves de cifrado no compartidas, interfaces entre sistemas sin licenciar, programación de grupos de conversación ausente o la falta de un acuerdo, razón por la cual el SAFECOM Interoperability Continuum trata la tecnología como un carril entre la gobernanza, los procedimientos, la capacitación y el uso.