Dispersión troposférica

Un sistema troposférico de dispersión puede puentear grandes distancias mientras que un sistema de relé de microondas (bajo) requiere múltiples estaciones de relé debido a su línea de limitación visual.

Boswell Bay, Alaska White Alice Site, antena troposférica de dispersión y alimentador.

Pacific Scatter System

Dispersión troposférica, también conocida como dispersión troposférica, es un método de comunicación con señales de radio de microondas a distancias considerables, a menudo hasta 500 kilómetros (310 mi) y más dependiendo en la frecuencia de operación, tipo de equipo, terreno y factores climáticos. Este método de propagación utiliza el fenómeno de dispersión troposférica, en el que las ondas de radio en frecuencias UHF y SHF se dispersan aleatoriamente a medida que atraviesan las capas superiores de la troposfera. Las señales de radio se transmiten en un haz estrecho dirigido justo por encima del horizonte en la dirección de la estación receptora. A medida que las señales atraviesan la troposfera, parte de la energía se dispersa hacia la Tierra, lo que permite que la estación receptora capte la señal.

Normalmente, las señales en el rango de frecuencia de microondas viajan en línea recta y, por lo tanto, están limitadas a aplicaciones de línea de vista, en las que el receptor puede ser 'visto' por el transmisor. Las distancias de comunicación están limitadas por el horizonte visual a alrededor de 48 a 64 kilómetros (30 a 40 mi). La dispersión troposférica permite la comunicación por microondas más allá del horizonte. Fue desarrollado en la década de 1950 y utilizado para comunicaciones militares hasta que los satélites de comunicaciones lo reemplazaron en gran medida en la década de 1970.

Debido a que la troposfera es turbulenta y tiene una alta proporción de humedad, las señales de radio dispersas troposféricas se refractan y, en consecuencia, las antenas receptoras solo recogen una pequeña proporción de la energía de radio transmitida. Las frecuencias de transmisión alrededor de 2 GHz son las más adecuadas para los sistemas de dispersión troposférica ya que a esta frecuencia la longitud de onda de la señal interactúa bien con las áreas húmedas y turbulentas de la troposfera, mejorando la relación señal/ruido.

Resumen

Descubrimiento

Antes de la Segunda Guerra Mundial, la teoría predominante de la radiofísica predecía una relación entre la frecuencia y la difracción que sugería que las señales de radio seguirían la curvatura de la Tierra, pero que la fuerza del efecto disminuiría rápidamente, especialmente en frecuencias más altas. Sin embargo, durante la guerra, hubo numerosos incidentes en los que las señales de radar de alta frecuencia pudieron detectar objetivos en rangos mucho más allá de los cálculos teóricos. A pesar de estos repetidos casos de rango anómalo, el asunto nunca se estudió seriamente.

En la era inmediatamente posterior a la guerra, se levantó la limitación en la construcción de televisores en los Estados Unidos y se vendieron millones de aparatos. Esto impulsó una expansión igualmente rápida de nuevas estaciones de televisión. Sobre la base de los mismos cálculos utilizados durante la guerra, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) dispuso asignaciones de frecuencias para los nuevos canales VHF y UHF para evitar interferencias entre estaciones. Para sorpresa de todos, la interferencia era común, incluso entre estaciones muy separadas. Como resultado, las licencias para nuevas estaciones se suspendieron en lo que se conoce como "congelación de la televisión" de 1948.

Bell Labs fue una de las muchas organizaciones que comenzaron a estudiar este efecto y concluyeron que era un tipo de reflejo de la tropopausa previamente desconocido. Esto estaba limitado a frecuencias más altas, en las bandas UHF y microondas, por lo que no se había visto antes de la guerra cuando estas frecuencias estaban más allá de la capacidad de la electrónica existente. Aunque la gran mayoría de la señal atravesó la troposfera y llegó al espacio, la pequeña cantidad que se reflejó fue útil si se combina con transmisores potentes y receptores muy sensibles. En 1952, Bell comenzó a experimentar con Lincoln Labs, el laboratorio de investigación de radares afiliado al MIT. Usando los poderosos transmisores de microondas de Lincoln y los sensibles receptores de Bell, construyeron varios sistemas experimentales para probar una variedad de frecuencias y efectos climáticos. Cuando Bell Canada se enteró del sistema, sintieron que podría ser útil para una nueva red de comunicaciones en Labrador y llevaron uno de los sistemas allí para probarlo en climas fríos.

En 1954 se completaron los resultados de ambas series de pruebas y se inició la construcción del primer sistema de dispersión troposférica, el sistema de salto con pértiga que conectaba los sistemas de radar de Pinetree Line a lo largo de la costa de Labrador. El uso de la dispersión troposférica redujo el número de estaciones de 50 repetidores de microondas esparcidos por la naturaleza a solo 10, todos ubicados en las estaciones de radar. A pesar de sus costos unitarios más altos, la construcción de la nueva red costó la mitad que la de un sistema de retransmisión. El salto con pértiga fue seguido rápidamente por sistemas similares como White Alice, relevos en Mid-Canada Line y DEW Line, y durante la década de 1960, a través del Océano Atlántico y Europa como parte del sistema ACE High de la OTAN.

Usar

Pole Vault utiliza antenas parabólicas circulares, sistemas posteriores generalmente utilizados versiones cuadradas a veces conocidas como "billboards".

Las pérdidas de propagación son muy altas; solo alrededor de una billonésima (10×10^⁻¹²) de la potencia de transmisión está disponible en el receptor. Esto exige el uso de antenas con una ganancia de antena extremadamente grande. El sistema original de salto con pértiga usaba grandes antenas parabólicas de reflectores parabólicos, pero pronto fueron reemplazadas por antenas de vallas publicitarias que eran algo más robustas, una cualidad importante dado que estos sistemas a menudo se encontraban en lugares hostiles. Se establecieron caminos a distancias de más de 1000 kilómetros (620 mi). Requerían antenas de 9 a 36 metros (30 a 118 pies) y amplificadores de 1 kW a 50 kW. Estos eran sistemas analógicos que eran capaces de transmitir unos pocos canales de voz.

Los sistemas de dispersión troposférica han evolucionado a lo largo de los años. Con los satélites de comunicación utilizados para enlaces de comunicación de larga distancia, los sistemas de dispersión troposférica actuales se emplean en distancias más cortas que los sistemas anteriores, utilizan antenas y amplificadores más pequeños y tienen capacidades de ancho de banda mucho mayores. Las distancias típicas están entre 50 y 250 kilómetros (31 y 155 millas), aunque se pueden lograr distancias mayores según el clima, el terreno y la velocidad de datos requerida. Los tamaños de antena típicos varían de 1,2 a 12 metros (3 pies 11 pulgadas a 39 pies 4 pulgadas), mientras que los tamaños de amplificadores típicos varían de 10 W a 2 kW. Las velocidades de datos superiores a 20 Mbit/s se pueden lograr con la tecnología actual.

La dispersión troposférica es un método de propagación bastante seguro, ya que la alineación del plato es fundamental, lo que hace que sea extremadamente difícil interceptar las señales, especialmente si se transmiten a través de aguas abiertas, lo que las hace muy atractivas para los usuarios militares. Los sistemas militares han tendido a ser tropo de "línea delgada", llamados así porque el sistema tropo solo transportaba un canal de "información" de ancho de banda estrecho; generalmente hasta 32 canales analógicos (4 kHz ancho de banda). Los sistemas militares modernos son de "banda ancha" ya que operan canales de datos digitales de 4-16 Mbit/s.

Los sistemas civiles de dispersión troposférica, como la red de comunicaciones petroleras del Mar del Norte de British Telecom (BT), requerían canales de "información" de mayor capacidad que los disponibles mediante HF (alta frecuencia: 3 MHz a 30 MHz) señales de radio, antes de que la tecnología satelital estuviera disponible. Los sistemas BT, basados en Scousburgh en las Islas Shetland, Mormond Hill en Aberdeenshire y Row Brow cerca de Scarborough, eran capaces de transmitir y recibir 156 analógicos (4 kHz ancho de banda) canales de datos y telefonía hacia/desde las plataformas de producción de petróleo del Mar del Norte, utilizando multiplexación por división de frecuencia (FDMX) para combinar los canales.

Debido a la naturaleza de la turbulencia en la troposfera, se utilizaron rutas de propagación de diversidad cuádruple para garantizar 99,98 % de confiabilidad de el servicio, lo que equivale a unos 3 minutos de tiempo de inactividad por mes debido a la interrupción de la propagación. Los sistemas de diversidad de polarización y espacio cuádruple necesitaban dos antenas parabólicas separadas (espaciadas varios metros) y dos bocinas de alimentación con polarización diferente, una con polarización vertical y la otra con polarización horizontal. Esto aseguró que al menos una ruta de señal estuviera abierta en cualquier momento. Las señales de las cuatro rutas diferentes se recombinaron en el receptor donde un corrector de fase eliminó las diferencias de fase de cada señal. Las diferencias de fase fueron causadas por las diferentes longitudes de ruta de cada señal desde el transmisor hasta el receptor. Una vez corregida la fase, las cuatro señales podrían combinarse de forma aditiva.

Redes de comunicaciones de dispersión troposférica

El fenómeno de dispersión troposférica se ha utilizado para construir enlaces de comunicación tanto civiles como militares en varias partes del mundo, entre ellas:

Comando Aliado Europa Highband (ACE High), OTAN

Radiocomunicación militar de la OTAN y sistema de alerta temprana en toda Europa desde la frontera noruega-soviética hasta la frontera turco-soviética.

BT (British Telecom), UK

Reino Unido - Shetland to Mormond Hill

Fernmeldeturm Berlin, Alemania occidental

Torfhaus-Berlin, Clenze-Berlin en Cold Tiempos de guerra

Portugal Telecom, Portugal

Serra de Nogueira (nordeste de Portugal) a Artzamendi (southwestern France)

CNCP Telecomunicaciones, Canadá

Tsiigehtchic a Galena Hill, Keno City

Hay River - Port Radium - Lady Franklin Point

Cuba - Florida

Guanabo a Florida Ciudad

Oficinas de Proyectos - AT plagaT Corporation, Estados Unidos

Oficinas de Proyectos es el nombre que a veces se utiliza para referirse a varias instalaciones estructuralmente confiables mantenidas por la Corporación AT plagaT en los estados de Mid-Atlantic desde mediados del siglo XX para albergar un proyecto de empresa continuo, no público. En la década de 1960 comenzó a construir oficinas de proyectos. Desde la creación del programa Oficinas de Proyectos, la empresa ha optado por no revelar la naturaleza exacta de las actividades realizadas en las Oficinas de Proyectos. Sin embargo, los ha descrito como instalaciones centrales.

• Pittsboro, Carolina del Norte
• Buckingham, Virginia
• Charlottesville, Virginia
• Leesburg, Virginia
• Hagerstown, Maryland

Torres de Texas - radares de defensa aérea, Fuerza Aérea de los Estados Unidos

El Torres de Texas fueron un conjunto de tres radares fuera de la costa este de los Estados Unidos que fueron utilizados para la vigilancia por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos durante la Guerra Fría. Modelado en las plataformas de perforación de petróleo offshore primero empleadas en la costa de Texas, estaban en funcionamiento de 1958 a 1963.

ID de torre	Ubicación	Dependencia de dotación de personal	Estación continental	Notas
TT-1	Cashes Ledge en la costa de New Hampshire 42°53′N 68°57′W / 42.883°N 68.950°W / 42.883; -68.950			No construido
TT-2	Georges Bank fuera de Cape Cod 41°45′0,00′′N 67°46′′′′′′′W / 41.7500000°N 67.76667°W / 41.7500000; -67.76667	762d Radar Squadron	Estación aérea norte de Truro	decomiso 1963
TT-3	Zapatos Nantucket 40°45′00,00′ N 69°19′0,00′′W / 40.7500000°N 69.3166667°W / 40.7500000; -69.3166667	773d Radar Squadron	Montauk AFS	decomiso 1963
TT-4	Long Beach Island, Nueva Jersey 39°48′N 72°40′W / 39.800°N 72.667°W / 39.800; -72.667	646a Radar Squadron	Estación de la Fuerza Aérea de Highlands	colapsada (1961)
TT-5	Browns Bank al sur de Nueva Escocia 42°47′N 65°37′W / 42.783°N 65.617°W / 42.783; -65.617			No construido

Mid Canada Línea, Canadá

Una serie de cinco estaciones (070, 060, 050, 415, 410) en Ontario y Quebec alrededor de la bahía de Hudson inferior. Se construyeron seis estaciones en Labrador y Quebec entre Goose Bay y Sept-Îles entre 1957 y 1958.

Pinetree Line, Pole Vault, Canadá

Pole Vault fue una serie de catorce estaciones que proporcionaron comunicaciones para estaciones de radar de estribor oriental de la línea de Pinetree estadounidense/canadiense, que funciona desde N-31 Frobisher Bay, Baffin Island hasta N-22 St. John's, Terranova.

White Alice/DEW Línea/DEW Formación (Era de la guerra fría), Estados Unidos/Canadá

Una antigua red de comunicaciones militares y civiles con ochenta estaciones que extienden la costa occidental desde Port Hardy, Vancouver Island norte a Barter Island (BAR), oeste a Shemya, Alaska (SYA) en las Islas Aleutianas (a pocos cientos de millas de la Unión Soviética) y este arctic Canadá a Groenlandia. Tenga en cuenta que no todas las estaciones eran troposcatter, pero muchos eran. También incluyó una instalación de entrenamiento para la red tropo-scatter de línea White Alice/DEW ubicada entre Pecatonica, Illinois y Streator, Illinois.

DEW Línea (Post Guerra Fría era), Estados Unidos/Canadá

Varias redes tropo-scatter que proporcionan comunicaciones para la extensa cadena de radar de defensa aérea en el extremo norte de Canadá y Estados Unidos.

Sistema de Radio Atlántico Norte (NARS), OTAN

Red de defensa aérea de la OTAN que se extiende desde RAF Fylingdales, pasando por Mormond Hill, Reino Unido, Sornfelli (Islas Faroe), Höfn, Islandia a Keflavik DYE-5, Rockville.

European Tropospheric Scatter - Army (ET-A), Ejército de los Estados Unidos

Una red del ejército estadounidense de RAF Fylingdales a una red en Alemania y una sola estación en Francia (Maison Fort). La red comenzó a funcionar en 1966.

486L Mediterranean Communications System (MEDCOM), Fuerza Aérea de los Estados Unidos

Una red que cubre la costa europea del Mar Mediterráneo desde San Pablo, España en el oeste hasta la Base Aérea de Incirlik, Turquía en el este, con sede en Ringstead en Dorset, Inglaterra. Comisariada por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en 1966.

Royal Air Force, UK

Comunicaciones a las Fuerzas Británicas Alemania, desde Swingate en Kent a Lammersdorf en Alemania.

Troposphären-Nachrichtensystem Bares, Pacto de Varsovia

Mapa de red BARS tropo-scatter

Una red de tropoescatter del Pacto de Varsovia que se extiende desde cerca de Rostok en la DDR (Deutsches Demokratisches Republik), Checoslovaquia, Hungría, Polonia, Unión Soviética de Bielorrusia, Ucrania URSS y Bulgaria.

TRRL SEVER, Unión Soviética

Una red soviética que atraviesa la URSS.

India - Unión Soviética

India-USSR troposcatter UHF link en un sello de 1982 de la India

Una sola sección de Srinigar, Cachemira, India a Dangara, Tayikistán, URSS.

Indian Air Force, India

Parte de una red de defensa aérea que abarca las principales bases aéreas, instalaciones de radar y emplazamientos de misiles en la India septentrional y central. La red está siendo eliminada para ser reemplazada por sistemas de comunicación basados en fibra óptica más modernos.

Peace Ruby, Spellout, Peace Net, Imperial State of Iran

Una red de defensa aérea creada por los Estados Unidos antes de la Revolución Islámica de 1979. Gasto construyó una red de radares y comunicaciones en el norte del Irán. PazRuby construyó otra red de defensa aérea en el sur y PazCifras netas integrar las dos redes.

Bahrein - UAE

Un sistema tropo-scatter que une Al Manamah, Bahrein a Dubai, Emiratos Árabes Unidos.

Royal Air Force of Oman, Omán

A tropo-scatter communications system providing military comms to the former SOAF - Sultan of Oman's Air Force, (now RAFO - Royal Air Force of Oman), across the Sultanate of Oman.

Royal Saudi Fuerza Aérea, Arabia Saudita

A Royal Saudi Air Force tropo-scatter network linking major airbases and population centres in Saudi Arabia.

Yemen, Yemen

Un sistema único que une Sana'a con Sa'dah.

BACK PORCH and Integrated Wideband Communications System (IWCS), Estados Unidos

Dos redes dirigidas por los Estados Unidos vinculando bases militares en Tailandia y Vietnam del Sur. Las estaciones estaban ubicadas en Bangkok, Ubon Royal Thai Air Force Base, Pleiku, Nha Trang, Vung Chua Mountain (Montación de la Ubon Royal Thai Force Base, Pleiku, Nha Trang, Vung Chua)13°44′31′′N 109°11′46′′E / 13.742°N 109.196°E / 13.742; 109.196) Quy Nhon, Monkey Mountain Facility Da Nang, Phu Bai Combat Base, Pr Line11°52′05′′N 108°32′49′′E / 11.868°N 108.547°E / 11.868; 108.547) cerca de Da Lat, montaña Hon Cong An Khê, Phu Lam (10°45′07′′N 106°37′′′E / 10.752°N 106.627°E / 10.752; 106.627Saigon, VC Hill10°21′36′′N 107°04′05′E / 10.36°N 107.068°E / 10.36; 107.068Vusng Tàu y Cáis Thís.

Phil-Tai-Oki, Taiwán

Un sistema que une a Taiwán con Filipinas y Okinawa.

Cable & Wireless Red del Caribe

Un enlace de troposcatter fue establecido por Cable & Wireless en 1960, que une Barbados con Puerto España, Trinidad. The network was extended further south to Georgetown, Guyana in 1965.

Troposcatter japonés Redes, Japón

Dos redes que unen las islas japonesas del Norte al Sur.

Sistemas de comunicación táctica de dispersión troposférica

Bielorrusia "Horizon" sistema de comunicación troposférica

Además de las redes permanentes detalladas anteriormente, ha habido muchos sistemas transportables tácticos producidos por varios países:

Sistemas de Troposcatter soviéticos / rusos

MNIRTI R-423-1 Brig-1/R-423-2A Brig-2A/R-423-1KF

MNIRTI R-444 Eshelon / R-444-7,5 Eshelon D

MNIRTI R-420 Atlet-D

NIRTI R-417 Baget/R-417S Baget S

NPP Radiosvyaz R-412 A/B/F/S TORF

MNIRTI R-410/R-410-5,5/R-410-7,5 Atlet / Albatros

MNIRTI R-408/R-408M Baklan

People's Republic of China (PRoC), People's Liberation Army (PLA) Troposcatter Systems

CETC TS-504 Sistema de Comunicación de Troposcatter

CETC TS-510/GS-510 Sistema de Comunicación de Troposcatter

Western Troposcatter Systems

AN/TRC-97 Troposcatter Sistema de comunicación

AN/TRC-170 Terminal de radio troposférico

AN/GRC-201 Troposcatter Sistema de comunicación

Sistema de Microondas de Tropo TRC-170

El Ejército y la Fuerza Aérea de EE. UU. utilizan sistemas tácticos de dispersión troposférica desarrollados por Raytheon para las comunicaciones de larga distancia. Los sistemas vienen en dos configuraciones, la "tropo pesada" original y una "tropo ligera" existe la configuración. Los sistemas proporcionan cuatro canales de grupo multiplexados y encriptación de troncales, y 16 o 32 extensiones telefónicas analógicas locales. El Cuerpo de Marines de EE. UU. también usa el mismo dispositivo, aunque una versión más antigua.