Тропосферное рассеяние , также известное как тропосферное рассеяние , — это метод передачи микроволновых радиосигналов на значительные расстояния — часто до 500 километров (310 миль) и далее, в зависимости от частоты работы, типа оборудования, местности и климатических факторов. Этот метод распространения использует явление тропосферного рассеяния, при котором радиоволны на частотах УВЧ и СВЧ беспорядочно 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 к Земле, позволяя приемной станции уловить сигнал. [1]
Обычно сигналы в микроволновом диапазоне частот распространяются по прямым линиям и поэтому ограничиваются приложениями прямой видимости , в которых передатчик может «видеть» приемник. Расстояния связи ограничены визуальным горизонтом примерно 48–64 километрами (30–40 миль). Тропорассеяние обеспечивает микроволновую связь за горизонтом. Он был разработан в 1950-х годах и использовался для военной связи, пока в 1970-х годах его не заменили спутники связи .
Поскольку тропосфера турбулентна и имеет высокую долю влаги, рассеянные в тропосфере радиосигналы преломляются, и , следовательно, лишь небольшая часть передаваемой радиоэнергии собирается приемными антеннами. Частоты передачи около 2 ГГц лучше всего подходят для систем рассеяния в тропосфере, 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 взаимосвязь между частотой и дифракцией, которая предполагала, что радиосигналы будут следовать кривизне Земли, но сила эффекта будет быстро падать, особенно на более высоких частотах. Несмотря на это широко распространенное мнение, во время войны имели место многочисленные инциденты, когда сигналы высокочастотных радаров могли обнаруживать цели на дальностях, значительно превышающих теоретические расчеты. Несмотря на эти неоднократные случаи аномального диапазона, этот вопрос никогда серьезно не изучался. [2]
Сразу после войны в США были сняты ограничения на производство телевизоров , и были проданы миллионы телевизоров. 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) распределила частоты для новых каналов ОВЧ и УВЧ, чтобы избежать помех между станциями. Ко всеобщему удивлению, помехи были обычным явлением, даже между далеко разнесенными станциями. В результате выдача лицензий на новые станции была приостановлена в ходе так называемого «замораживания телевидения» 1948 года. [2]
Bell Labs была среди многих организаций, которые начали изучать этот эффект и пришли к выводу, что это ранее неизвестный тип отражения от тропопаузы . Это было ограничено более высокими частотами в диапазонах УВЧ и СВЧ, поэтому до войны этого не наблюдалось, когда эти частоты были за пределами возможностей существующей электроники. Хотя подавляющее большинство сигнала прошло через тропосферу и попало в космос, небольшое количество отраженного сигнала было полезно в сочетании с мощными передатчиками и очень чувствительными приемниками. В 1952 году Белл начал эксперименты с Lincoln Labs , лабораторией радиолокационных исследований , входящей в состав Массачусетского технологического института . Используя мощные микроволновые передатчики Lincoln и чувствительные приемники Bell, они построили несколько экспериментальных систем для проверки различных частот и погодных эффектов. Когда компания Bell Canada услышала об этой системе, они посчитали, что она может быть полезна для новой сети связи на 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 « Прыжок с шестом» , которая соединяла радиолокационные системы «Линия Пайнтри» вдоль побережья Лабрадора . Использование тропосферного рассеяния сократило количество станций с 50 микроволновых ретрансляторов , разбросанных по дикой местности, до всего лишь 10, и все они расположены на радиолокационных станциях. Несмотря на более высокую удельную стоимость, строительство новой сети обходится вдвое дешевле, чем ретрансляционная система. За прыжками с шестом быстро последовали аналогичные системы, такие как «Белая Алиса» , эстафеты на линии Средней Канады и линии DEW , а в 1960-х годах — через Атлантический океан и Европу в рамках системы НАТО ACE High .
Потери распространения очень высоки; в приемнике доступна только одна триллионная (10 × 10 -12 ) мощности передачи. Это требует использования антенн с чрезвычайно большим коэффициентом усиления . В первоначальной системе прыжков с шестом использовались большие тарельчатые антенны с параболическим рефлектором , но вскоре они были заменены антеннами на рекламных щитах , которые были несколько более надежными, что является важным качеством, учитывая, что эти системы часто встречаются в суровых условиях. Тропы были проложены на расстоянии более 1000 километров (620 миль). Им требовались антенны длиной от 9 до 36 метров (от 30 до 118 футов) и усилители от 1 кВт до50 кВт . Это были аналоговые системы, способные передавать несколько голосовых каналов.
Системы тропосферного рассеяния развивались на протяжении многих лет. Поскольку спутники связи используются для линий связи на большие расстояния, современные системы тропосферного рассеяния используются на более коротких расстояниях, чем предыдущие системы, используют меньшие антенны и усилители и имеют гораздо более широкую полосу пропускания. Типичные расстояния составляют от 50 до 250 километров (от 31 до 155 миль), хотя могут быть достигнуты и большие расстояния в зависимости от климата, местности и требуемой скорости передачи данных. Типичные размеры антенны варьируются от 1,2 до 12 метров (от 3 футов 11 дюймов до 39 футов 4 дюймов), а типичные размеры усилителей варьируются от10 Вт до2 кВт . Скорость передачи данных превышаетСкорость 20 Мбит/с может быть достигнута с помощью современных технологий.
Тропосферное рассеяние является довольно безопасным методом распространения, поскольку ориентация антенны имеет решающее значение, что чрезвычайно затрудняет перехват сигналов, особенно если они передаются через открытую воду, что делает их очень привлекательными для военных пользователей. Военные системы, как правило, представляли собой тропосистему «тонкой линии» - названную так потому, что по тропосистеме передавался только узкополосный «информационный» канал ; обычно до 32 аналоговых каналов (полоса пропускания 4 кГц ). Современные военные системы являются «широкополосными», поскольку они используют цифровые каналы передачи данных со скоростью 4–16 Мбит/с.
Гражданские системы тропосферного рассеяния, такие как сеть нефтяной связи British Telecom (BT) в Северном море , требовали «информационных» каналов с большей пропускной способностью, чем те, которые были доступны при использовании радиосигналов ВЧ (высокая частота - от 3 до 30 МГц ) до того, как стали доступны спутниковые технологии. Системы BT, базирующиеся в Скаусбурге на Шетландских островах , Мормонд-Хилле в Абердиншире и Роу-Броу недалеко от Скарборо , были способны передавать и принимать 156 аналоговых ( полоса пропускания 4 кГц ) каналов данных и телефонной связи на/с нефтедобывающих платформ Северного моря, используя мультиплексирование с частотным разделением каналов (FDMX) для объединения каналов.
Из-за характера турбулентности в тропосфере использовались четырехкратные разнесенные пути распространения для обеспечения надежности службы на 99,98%, что соответствует примерно 3 минутам простоя из-за прекращения распространения в месяц. Для систем с четырехкратным пространственным и поляризационным разнесением требовались две отдельные тарелочные антенны (разнесенные на несколько метров друг от друга) и два рупора с разной поляризацией : один с вертикальной поляризацией, другой с горизонтальной поляризацией. Это гарантировало, что хотя бы один путь прохождения сигнала будет открыт в любой момент времени. Сигналы четырех разных путей рекомбинировались в приемнике, где фазовый корректор устранял разности фаз каждого сигнала. Разность фаз была вызвана разной длиной пути каждого сигнала от передатчика к приемнику. После фазовой коррекции четыре сигнала можно было объединить аддитивно.
Явление тропосферного рассеяния использовалось для построения как гражданских, так и военных линий связи в ряде частей 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, подробно описанных выше, в нескольких странах было произведено множество тактических мобильных систем: [20]
Армия и ВВС США используют тактические системы тропосферного рассеяния, разработанные компанией Raytheon, для связи на дальние расстояния. Системы выпускаются в двух конфигурациях: исходная «тяжелая тропа» и более новая конфигурация «легкая тропа». Системы обеспечивают четыре мультиплексированных групповых канала и транковое шифрование, а также 16 или 32 местных аналоговых телефонных номера. Корпус морской пехоты США также использует такое же устройство, хотя и в более старой версии.
Хотя у AT&T были десятки подобных коммуникационных бункеров по всей стране, бункер в Чатеме входил в тяжелобронированную и хорошо охраняемую группу из пяти человек, носившую обманчиво мягкое название «Проектные офисы», говорит Альберт ЛаФранс, управляющий двумя веб-сайтами. сайты, посвященные инфраструктуре холодной войны. В отличие от более распространенных бункеров связи AT&T, проектные офисы, очевидно, были созданы 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 правления» потребуются средства связи, но связь не является их основной 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 (Европейской Тропо-Армии), охватывающей ряд стран Западной Европы. Система обеспечивает связь от Ливорна (Италия) через итальянские Альпы до Бремерхафена (Германия) и от Гейдельберга до Парижа в нескольких милях, добавляя более 1200 миль каналов к всемирному коммуникационному комплексу Командования стратегических коммуникаций армии США.
Северская радиорелейная линия тропосферного рассеяния (ТРРЛ «Север») — бывшая советская система линий связи, предназначенная для установления связи с отдаленными регионами страны. Линия имела длину 13200 км (8200 миль) и состояла из 46 тропосферных радиорелейных станций (ТРРС), расположенных преимущественно по побережьям Северного Ледовитого и Тихого океанов, а также крупных сибирских рек: Оби, Енисея и Лены.
Программа 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 Мешада до Тебриза. Более поздний проект Peace Net полностью интегрировал эти две системы в современную систему управления воздушным движением и защиты.
Было замечено, что отказы антенны, ее креплений или линий передачи в значительной степени способствуют неработоспособности системы. Такие сбои наблюдались в системе Scope Com в Германии, системе ETA в Германии, системе Phil-Tai-Oki на Тайване и совсем недавно в первой фазе DEB в Италии.
1960 г. - между Барбадосом и Тринидадом установлена радиосвязь с тропосферным рассеянием. 1965 г. - Система тропосферного рассеяния распространилась на юг до Гайаны через Тринидад и на север до Тортолы через Сент-Люсию и Антигуа.
