Тропосферное рассеяние , также известное как тропосферное рассеяние , представляет собой метод связи с помощью микроволновых радиосигналов на значительных расстояниях — часто до 500 километров (310 миль) и далее в зависимости от частоты работы, типа оборудования, рельефа местности и климатических факторов. Этот метод распространения использует явление тропосферного рассеяния, при котором радиоволны на частотах UHF и SHF случайным образом рассеиваются при прохождении через верхние слои тропосферы . Радиосигналы передаются узким лучом, направленным чуть выше горизонта в направлении приемной станции. Когда сигналы проходят через тропосферу, часть энергии рассеивается обратно в сторону Земли, что позволяет приемной станции принимать сигнал. [1]
Обычно сигналы в диапазоне микроволновых частот распространяются по прямым линиям и поэтому ограничены приложениями прямой видимости , в которых приемник может быть «виден» передатчику. Расстояния связи ограничены видимым горизонтом примерно до 48–64 километров (30–40 миль). Тропическое рассеяние позволяет осуществлять микроволновую связь за горизонтом. Оно было разработано в 1950-х годах и использовалось для военной связи, пока спутники связи в значительной степени не заменили его в 1970-х годах.
Поскольку тропосфера турбулентна и имеет высокую долю влажности, радиосигналы тропосферного рассеяния преломляются , и, следовательно, только малая часть переданной радиоэнергии собирается приемными антеннами. Частоты передачи около 2 ГГц лучше всего подходят для систем тропосферного рассеяния, поскольку на этой частоте длина волны сигнала хорошо взаимодействует с влажными, турбулентными областями тропосферы, улучшая соотношение сигнал/шум .
До Второй мировой войны преобладающая теория радиофизики предсказывала связь между частотой и дифракцией, которая предполагала, что радиосигналы будут следовать кривизне Земли, но что сила эффекта будет быстро падать, особенно на более высоких частотах. Несмотря на это широко распространенное мнение, во время войны было много случаев, когда высокочастотные сигналы радаров были способны обнаруживать цели на расстояниях, значительно превышающих теоретические расчеты. Несмотря на эти повторяющиеся случаи аномального диапазона, этот вопрос никогда серьезно не изучался. [2]
Сразу после войны в Соединенных Штатах было снято ограничение на строительство телевизоров , и были проданы миллионы устройств. Это привело к столь же быстрому расширению новых телевизионных станций. Основываясь на тех же расчетах, которые использовались во время войны, Федеральная комиссия по связи (FCC) организовала распределение частот для новых каналов VHF и UHF, чтобы избежать помех между станциями. К всеобщему удивлению, помехи были обычным явлением, даже между далеко разнесенными станциями. В результате лицензии на новые станции были приостановлены в так называемом «замораживании телевидения» 1948 года. [2]
Bell Labs была среди многих организаций, которые начали изучать этот эффект, и пришли к выводу, что это был ранее неизвестный тип отражения от тропопаузы . Это было ограничено более высокими частотами, в диапазонах УВЧ и микроволнового диапазона, поэтому его не видели до войны, когда эти частоты были за пределами возможностей существующей электроники. Хотя подавляющее большинство сигнала проходило через тропосферу и в космос, крошечное количество, которое было отражено, было полезно, если сочетать его с мощными передатчиками и очень чувствительными приемниками. В 1952 году Белл начал эксперименты с Lincoln Labs , исследовательской лабораторией радаров , связанной с Массачусетским технологическим институтом . Используя мощные микроволновые передатчики Линкольна и чувствительные приемники Белла, они построили несколько экспериментальных систем для проверки различных частот и погодных эффектов. Когда Bell Canada услышала о системе, они посчитали, что она может быть полезна для новой сети связи в Лабрадоре, и взяли одну из систем туда для испытаний в холодную погоду. [2]
В 1954 году результаты обеих серий испытаний были завершены, и началось строительство первой системы тропосферного рассеяния, системы Pole Vault , которая связала радиолокационные системы Pinetree Line вдоль побережья Лабрадора . Использование тропосферного рассеяния сократило количество станций с 50 микроволновых ретрансляторов, разбросанных по дикой местности, до всего лишь 10, все из которых располагались на радиолокационных станциях. Несмотря на более высокую себестоимость единицы продукции, строительство новой сети обошлось вдвое дешевле, чем строительство ретрансляционной системы. За Pole Vault быстро последовали похожие системы, такие как White Alice , ретрансляторы на Mid-Canada Line и DEW Line , а в 1960-х годах — через Атлантический океан и Европу в рамках системы НАТО ACE High .
Потери распространения очень высоки; только около одной триллионной (10 × 10−12 ) мощности передачи доступно на приемнике. Это требует использования антенн с чрезвычайно большим коэффициентом усиления антенны . Первоначальная система Pole Vault использовала большие параболические рефлекторные антенны , но вскоре их заменили антенны Billboard, которые были несколько более прочными, что является важным качеством, учитывая, что эти системы часто встречались в суровых местах. Трассы были установлены на расстоянии более 1000 километров (620 миль). Для них требовались антенны размером от 9 до 36 метров (от 30 до 118 футов) и усилители размером от 1 кВт в50 кВт . Это были аналоговые системы, способные передавать несколько голосовых каналов.
Системы тропосферного рассеяния развивались на протяжении многих лет. Поскольку спутники связи используются для дальних линий связи, современные системы тропосферного рассеяния используются на более коротких расстояниях, чем предыдущие системы, используют меньшие антенны и усилители и имеют гораздо более высокую пропускную способность. Типичные расстояния составляют от 50 до 250 километров (от 31 до 155 миль), хотя могут быть достигнуты и большие расстояния в зависимости от климата, рельефа местности и требуемой скорости передачи данных. Типичные размеры антенн варьируются от 1,2 до 12 метров (от 3 футов 11 дюймов до 39 футов 4 дюймов), а типичные размеры усилителей варьируются от10 Вт к2 кВт . Скорость передачи данных болееСовременные технологии позволяют достичь скорости 20 Мбит/с .
Тропосферное рассеяние является довольно безопасным методом распространения, поскольку выравнивание антенны имеет решающее значение, что делает чрезвычайно сложным перехват сигналов, особенно если они передаются через открытую воду, что делает их весьма привлекательными для военных пользователей. Военные системы, как правило, были «тонкополосными» тропо – так называемыми, потому что в тропосистеме передавался только узкополосный «информационный» канал; обычно до 32 аналоговых ( полоса пропускания 4 кГц ) каналов. Современные военные системы являются «широкополосными», поскольку они работают с цифровыми каналами данных 4-16 Мбит/с.
Гражданские тропосферные системы, такие как коммуникационная сеть British Telecom (BT) для добычи нефти в Северном море , требовали более емких «информационных» каналов, чем те, которые были доступны с использованием радиосигналов HF (высокая частота — от 3 МГц до 30 МГц ) до появления спутниковой технологии. Системы BT, базирующиеся в Скоусбурге на Шетландских островах , Мормонд-Хилле в Абердиншире и Роу-Броу около Скарборо , были способны передавать и принимать 156 аналоговых ( полоса пропускания 4 кГц ) каналов данных и телефонии на/с нефтяных платформ в Северном море, используя частотное разделение каналов (FDMX) для объединения каналов.
Из-за природы турбулентности в тропосфере использовались пути распространения с четверным разнесением , чтобы гарантировать надежность обслуживания на уровне 99,98%, что эквивалентно примерно 3 минутам простоя из-за выпадения распространения в месяц. Для систем с четверным разнесением пространства и поляризации требовались две отдельные антенны-тарелки (разнесенные на несколько метров) и два рупорных облучателя с разной поляризацией — один с вертикальной поляризацией, другой с горизонтальной. Это гарантировало, что по крайней мере один путь сигнала был открыт в любой момент времени. Сигналы с четырех разных путей рекомбинировались в приемнике, где фазовый корректор удалял фазовые разности каждого сигнала. Фазовые разности были вызваны разной длиной пути каждого сигнала от передатчика к приемнику. После коррекции фазы четыре сигнала можно было объединить аддитивно.
Явление тропосферного рассеяния использовалось для создания как гражданских, так и военных линий связи в ряде регионов мира, в том числе:
.svg/1280px-Flag_of_Canada_(Pantone).svg.png){kind=small}
Куба - Флорида
Индия - Советский Союз 
Бахрейн - ОАЭ
_%E2%80%94_%D0%92%D1%8B%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%B2%D0%BA%D0%B0_Milex-2019_(%D0%9C%D0%B8%D0%BD%D1%81%D0%BA,_%D0%91%D0%B5%D0%BB%D0%B0%D1%80%D1%83%D1%81%D1%8C)_00010.jpg/1280px-Milex-2019_exhibition_(Minsk,_Belarus)_%E2%80%94_%D0%92%D1%8B%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%B2%D0%BA%D0%B0_Milex-2019_(%D0%9C%D0%B8%D0%BD%D1%81%D0%BA,_%D0%91%D0%B5%D0%BB%D0%B0%D1%80%D1%83%D1%81%D1%8C)_00010.jpg)
Помимо постоянных сетей, описанных выше, существует множество тактических транспортных систем, производимых несколькими странами: [20]
Армия и ВВС США используют тактические тропосферные системы рассеяния, разработанные Raytheon для дальней связи. Системы выпускаются в двух конфигурациях: оригинальная «тяжелая тропо» и более новая «легкая тропо». Системы обеспечивают четыре мультиплексных групповых канала и шифрование канала связи, а также 16 или 32 местных аналоговых телефонных расширения. Корпус морской пехоты США также использует то же устройство, хотя и более старую версию.
Хотя у AT&T были десятки подобных бункеров связи по всей стране, тот, что в Чатеме, был частью хорошо бронированной и хорошо охраняемой группы всего из пяти, которая носила обманчиво скромное название «Офисы проектов», сказал Альберт ЛаФранс, который управляет двумя веб-сайтами, посвященными инфраструктуре холодной войны. В отличие от более распространенных бункеров связи AT&T, офисы проектов, по-видимому, были спроектированы для укрытия высокопоставленных правительственных и военных чиновников в рамках плана по сохранению хотя бы скелетного национального правительства в случае ядерной атаки, сказал ЛаФранс. По его словам, этим объектам «продолжения деятельности правительства» потребуются средства связи, но связь не является их главной задачей.
Основной сегмент сети связи Министерства обороны в Европе был активирован 19 июля (1966 г.). Новая система вступила в эксплуатацию как часть сети ET-A (European Tropo-Army), которая охватывает ряд стран Западной Европы. Система связывает коммуникации от Ливорно, Италия, через итальянские Альпы до Бремерхафена, Германия, и от Гейдельберга до нескольких миль от Парижа, добавляя более 1200 миль каналов к всемирному комплексу связи Командования стратегических коммуникаций армии США.
Тропосферная радиорелейная линия Север (ТРРЛ Север) — бывшая советская система линий связи, предназначенная для установления связи с отдаленными регионами страны. Линия имела протяженность 13200 км (8200 миль) и состояла из 46 тропосферных радиорелейных станций (ТРРС), расположенных в основном вдоль побережий Северного Ледовитого и Тихого океанов и крупных сибирских рек: Оби, Енисея и Лены.
Peace Ruby добавила радиолокационные станции и средства связи AC&W на юге Ирана, она дополнила систему Spellout на севере, которая обеспечивала радиолокационное покрытие вдоль российской границы от Мешхеда до Тебриза. Более поздний проект, Peace Net, полностью интегрировал эти две системы в современную систему управления воздушным движением и обороны.
Было замечено, что отказы антенны, антенных креплений или линий передачи вносят основной вклад в недоступность системы. Такие отключения наблюдались в системе Scope Com в Германии, системе ETA в Германии, системе Phil-Tai-Oki на Тайване и совсем недавно в фазе I DEB в Италии.
1960 г. — Установлена радиосвязь тропосферного рассеяния между Барбадосом и Тринидадом. 1965 г. — Система тропосферного рассеяния простирается на юг до Гайаны через Тринидад и на север до Тортолы через Сент-Люсию и Антигуа.
