Dispersión troposférica

La 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 allá dependiendo de la frecuencia de operación, el tipo de equipo, el terreno y los factores climáticos. Este método de propagación utiliza el fenómeno de dispersión troposférica, donde las ondas de radio en frecuencias UHF y SHF se dispersan aleatoriamente a medida que pasan a través de las capas superiores de la troposfera . Las señales de radio se transmiten en un haz estrecho dirigido justo por encima del horizonte en dirección a la estación receptora. A medida que las señales pasan a través de la troposfera, parte de la energía se dispersa de regreso hacia la Tierra, lo que permite que la estación receptora capte la señal. ^[1]

Normalmente, las señales en el rango de frecuencias de microondas viajan en línea recta, por lo que están limitadas a aplicaciones de línea de visión , en las que el receptor puede ser "visto" por el transmisor. Las distancias de comunicación están limitadas por el horizonte visual a alrededor de 48-64 kilómetros (30-40 millas). La dispersión troposférica permite la comunicación por microondas más allá del horizonte. Fue desarrollada en la década de 1950 y utilizada para comunicaciones militares hasta que los satélites de comunicaciones la 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 en torno a los 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, lo que mejora la relación señal-ruido .

Antes de la Segunda Guerra Mundial , la teoría de la radiofísica predominante 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 y especialmente a frecuencias más altas. A pesar de esta creencia generalizada, durante la guerra hubo numerosos incidentes en los que las señales de radar de alta frecuencia pudieron detectar objetivos a distancias mucho más allá de los cálculos teóricos. A pesar de estos repetidos casos de alcance anómalo, el asunto nunca se estudió seriamente. ^[2]

En la era inmediatamente posterior a la guerra, se levantó la limitación a 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. Basándose en los mismos cálculos utilizados durante la guerra, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) dispuso la asignación de frecuencias para los nuevos canales VHF y UHF para evitar interferencias entre estaciones. Para sorpresa de todos, las interferencias eran comunes, incluso entre estaciones muy separadas. Como resultado, las licencias para nuevas estaciones se suspendieron en lo que se conoce como la "congelación de la televisión" de 1948. ^[2]

Bell Labs se encontraba entre las muchas organizaciones que comenzaron a estudiar este efecto y concluyeron que se trataba de un tipo de reflexión previamente desconocido en la tropopausa . Esto se limitaba a frecuencias más altas, en las bandas de UHF y microondas, por lo que no se había observado antes de la guerra, cuando estas frecuencias estaban más allá de la capacidad de la electrónica existente. Aunque la gran mayoría de la señal atravesaba la troposfera y llegaba al espacio, la pequeña cantidad que se reflejaba era útil si se combinaba con transmisores potentes y receptores muy sensibles. En 1952, Bell comenzó a realizar experimentos con Lincoln Labs , el laboratorio de investigación de radar afiliado al MIT . Utilizando los potentes transmisores de microondas de Lincoln y los sensibles receptores de Bell, construyeron varios sistemas experimentales para probar una variedad de frecuencias y efectos meteorológicos. Cuando Bell Canada se enteró del sistema, pensó que podría ser útil para una nueva red de comunicaciones en Labrador y llevó uno de los sistemas allí para realizar pruebas en climas fríos. ^[2]

En 1954, los resultados de ambas series de pruebas estuvieron completos y comenzó la construcción del primer sistema de dispersión troposférica, el sistema de salto con pértiga que unió los sistemas de radar de la línea Pinetree a lo largo de la costa de Labrador . El uso de dispersión troposférica redujo el número de estaciones de 50 relés de microondas dispersos por el desierto a solo 10, todos ubicados en las estaciones de radar. A pesar de sus mayores costos unitarios, la nueva red costó la mitad de lo que costaba construir un sistema de relés. Al salto con pértiga le siguieron rápidamente sistemas similares como White Alice , relés en la línea Mid-Canada y la línea DEW y, durante la década de 1960, a través del océano Atlántico y Europa como parte del sistema ACE High de la OTAN .

Las pérdidas de propagación son muy altas; sólo una billonésima parte (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 utilizaba grandes antenas parabólicas reflectoras , pero pronto fueron reemplazadas por antenas de vallas publicitarias que eran algo más robustas, una cualidad importante dado que estos sistemas se encontraban a menudo en lugares hostiles. Se establecieron rutas a distancias de más de 1.000 kilómetros (620 mi). Requerían antenas que iban de 9 a 36 metros (30 a 118 pies) y amplificadores que iban desde^ 1kW a50 kW . Se trataba de sistemas analógicos capaces de transmitir unos cuantos 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 son de entre 50 y 250 kilómetros (31 y 155 millas), aunque se pueden lograr distancias mayores dependiendo del clima, el terreno y la velocidad de datos requerida. Los tamaños típicos de antena varían de 1,2 a 12 metros (3 pies 11 pulgadas a 39 pies 4 pulgadas), mientras que los tamaños típicos de amplificador varían de10 W a2 kW . Velocidades de datos superiores aCon la tecnología actual se pueden conseguir 20 Mbit/s .

La dispersión troposférica es un método de propagación bastante seguro, ya que la alineación de la antena 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 fina", llamados así porque solo se transportaba un canal de "información" de ancho de banda estrecho en el sistema tropo; generalmente hasta 32 canales analógicos ( ancho de banda de 4 kHz ). Los sistemas militares modernos son de "banda ancha", ya que operan canales de datos digitales de 4 a 16 Mbit/s.

Los sistemas de dispersión troposférica civil, como la red de comunicaciones petroleras del Mar del Norte de British Telecom (BT) , requerían canales de "información" de mayor capacidad que los disponibles con las señales de radio de alta frecuencia (HF, de 3 MHz a 30 MHz ), antes de que existiera la tecnología satelital. Los sistemas de BT, con base en Scousburgh en las Islas Shetland , Mormond Hill en Aberdeenshire y Row Brow cerca de Scarborough , eran capaces de transmitir y recibir 156 canales analógicos ( ancho de banda de 4 kHz ) de datos y telefonía hacia y 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 trayectorias de propagación de diversidad cuádruple para garantizar una fiabilidad del servicio del 99,98%, lo que equivale a unos 3 minutos de inactividad debido a la pérdida de propagación por mes. Los sistemas de diversidad de polarización y espacio cuádruple necesitaban dos antenas parabólicas independientes (separadas varios metros entre sí) y dos bocinas de alimentación con polarización diferente : una con polarización vertical y la otra con polarización horizontal. Esto garantizaba que al menos una trayectoria de señal estuviera abierta en todo momento. Las señales de las cuatro trayectorias diferentes se recombinaban en el receptor, donde un corrector de fase eliminaba las diferencias de fase de cada señal. Las diferencias de fase se debían a las diferentes longitudes de trayectoria de cada señal desde el transmisor al receptor. Una vez corregida la fase, las cuatro señales se podían combinar de forma aditiva.

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

Banda alta del Mando Aliado de Europa (ACE High), OTAN 

Sistema de radiocomunicación militar y de alerta temprana de la OTAN en toda Europa, desde la frontera noruego-soviética hasta la frontera turco-soviética.

BT (British Telecom), Reino Unido 

Reino Unido : de Shetland a Mormond Hill

Torre de televisión Fernmeldeturm de Berlín , Alemania Occidental 

Torfhaus-Berlín, Clenze-Berlín en tiempos de la Guerra Fría

Portugal Telecom , Portugal 

Desde la sierra de Nogueira (noreste de Portugal) hasta Artzamendi (suroeste de Francia)

CNCP Telecomunicaciones , Canadá 

De Tsiigehtchic a Galena Hill, ciudad de Keno

Río Hay - Puerto Radium - Punta Lady Franklin

 Cuba - Florida 

De Guanabo a Florida City

Oficinas de proyectos - AT&T Corporation , Estados Unidos 

Oficinas de Proyecto es el nombre que se utiliza a veces para referirse a varias instalaciones estructuralmente confiables que AT&T Corporation mantiene en los estados del Atlántico Medio desde mediados del siglo XX para albergar un proyecto de la empresa en curso y no público. AT&T comenzó a construir Oficinas de Proyecto en la década de 1960. Desde el inicio del programa de Oficinas de Proyecto, la empresa ha optado por no revelar la naturaleza exacta de las actividades comerciales que se llevan a cabo en las Oficinas de Proyecto. Sin embargo, las ha descrito como instalaciones centrales . ^{[3] [4] [5]}

• Pittsboro , Carolina del Norte ^[6]
• Buckingham , Virginia ^[7]
• Charlottesville , Virginia
• Leesburg , Virginia
• Hagerstown , Maryland

Texas Towers - Radares de defensa aérea de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos 

Las Torres de Texas eran un conjunto de tres instalaciones de radar situadas frente a la costa este de los Estados Unidos que la Fuerza Aérea de los Estados Unidos utilizaba para tareas de vigilancia durante la Guerra Fría . Inspiradas en las plataformas de perforación petrolífera en alta mar que se emplearon por primera vez frente a la costa de Texas , estuvieron en funcionamiento entre 1958 y 1963.

Identificación de la torre	Ubicación	Unidad de dotación de personal	Estación continental	Notas
TT-1	Cashes Ledge frente a la costa de Nueva Hampshire 42°53′N 68°57′O / 42.883, -68.950			No construido
TT-2	Banco Georges frente a Cabo Cod 41°45′0.00″N 67°46′0.00″O / 41.7500000, -67.7666667	762.º Escuadrón de Radar	Estación de la Fuerza Aérea de North Truro	Desmantelado en 1963
TT-3	Bancos de Nantucket 40°45′00.00″N 69°19′0.00″O / 40.7500000, -69.3166667	773.º Escuadrón de Radar	Fuerza Aérea Montauk	Desmantelado en 1963
TT-4	frente a la isla Long Beach, Nueva Jersey 39°48′N 72°40′O / 39.800, -72.667	646.º Escuadrón de Radar	Estación de la Fuerza Aérea de Highlands	se derrumbó (1961)
TT-5	Banco Browns al sur de Nueva Escocia 42°47′N 65°37′O / 42.783, -65.617			No construido

Línea Mid Canada , Canadá 

Una serie de cinco estaciones (070, 060, 050, 415, 410) en Ontario y Quebec , alrededor de la parte baja de la bahía de Hudson . Una serie de seis estaciones se construyeron en Labrador y Quebec, entre Goose Bay y Sept-Îles, entre 1957 y 1958. ^[8]

Línea Pinetree , salto con pértiga , Canadá 

Pole Vault era una serie de catorce estaciones que proporcionaban comunicaciones a las estaciones de radar de la costa este de la línea Pinetree entre Estados Unidos y Canadá, que iba desde N-31 Frobisher Bay , isla de Baffin , hasta N-22 St. John's, Terranova .

White Alice / Línea DEW / Entrenamiento DEW (época de la Guerra Fría ), Estados Unidos / Canadá  

Una antigua red de comunicaciones militares y civiles con ochenta estaciones que se extendían por la costa occidental desde Port Hardy , en la isla de Vancouver , hacia el norte hasta la isla Barter (BAR), hacia el oeste hasta Shemya, Alaska (SYA) en las islas Aleutianas (a solo unos cientos de millas de la Unión Soviética ) y hacia el este a través del Ártico canadiense hasta Groenlandia . Tenga en cuenta que no todas las estaciones eran de dispersión troposférica, pero muchas lo eran. También incluía una instalación de entrenamiento para la red de dispersión troposférica de la línea White Alice/DEW ubicada entre Pecatonica, Illinois , y Streator, Illinois .

Línea DEW (época posterior a la Guerra Fría ), Estados Unidos / Canadá  

Varias redes de dispersión troposférica que proporcionan comunicaciones para la extensa cadena de radares de defensa aérea en el extremo norte de Canadá y los EE. UU.

Sistema de radio del Atlántico Norte (NARS) , OTAN 

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

Dispersión troposférica europea - Ejército (ET-A), Ejército de los Estados Unidos 

Una red del ejército estadounidense desde la base de la RAF en Fylingdale hasta una red en Alemania y una única estación en Francia (Maison Fort). La red entró en funcionamiento en 1966. ^[9]

486L Sistema de comunicaciones del Mediterráneo (MEDCOM), Fuerza Aérea de los Estados Unidos 

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 , Dorset , Inglaterra . Puesta en servicio por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en 1966. ^{[10] :  Región de Comunicaciones Española}

Real Fuerza Aérea , Reino Unido 

Comunicaciones a las fuerzas británicas en Alemania , desde Swingate en Kent hasta Lammersdorf en Alemania .

Bares Troposphären-Nachrichtensystem, Pacto de Varsovia

Una red de dispersión de troposfón del Pacto de Varsovia que se extiende desde cerca de Rostok en la RDA (República Democrática Alemana), Checoslovaquia , Hungría , Polonia , Bielorrusia (URSS), Ucrania (URSS) y Bulgaria .

TRRL SEVER, Unión Soviética 

Una red soviética que se extiende por toda la URSS . ^{[11] [12]}

 India - Unión Soviética 

Una sola sección desde Srinigar , Cachemira , India hasta Dangara , Tayikistán , URSS.

Fuerza Aérea de la India , India 

Parte de una red de defensa aérea que abarca importantes bases aéreas, instalaciones de radar y emplazamientos de misiles en el norte y centro de la India. La red se está eliminando gradualmente para ser reemplazada por sistemas de comunicación más modernos basados ​​en fibra óptica. ^[13]

Ruby de la paz, Spellout, Peace Net, Estado imperial de Irán 

Red de defensa aérea creada por los Estados Unidos antes de la Revolución Islámica de 1979. Spellout construyó una red de radar y comunicaciones en el norte de Irán. Peace Ruby  construyó otra red de defensa aérea en el sur y Peace  Net integró las dos redes. ^{[14] [15]}

 Bahréin - Emiratos Árabes Unidos 

Un sistema de dispersión troposférica que une Al Manamah , Bahréin con Dubai , Emiratos Árabes Unidos .

Real Fuerza Aérea de Omán , Omán 

Un sistema de comunicaciones por dispersión troposférica que proporciona comunicaciones militares a la antigua SOAF (Fuerza Aérea del Sultán de Omán) (ahora RAFO (Real Fuerza Aérea de Omán)), en todo el Sultanato de Omán .

Real Fuerza Aérea Saudita , Arabia Saudita 

Una red de dispersión de trompas de la Real Fuerza Aérea Saudita que une las principales bases aéreas y centros de población de Arabia Saudita .

Yemen , Yemen 

Un sistema único que une Saná con Saada .

PORCHE TRASERO y Sistema Integrado de Comunicaciones de Banda Ancha (IWCS), Estados Unidos 

Dos redes gestionadas por Estados Unidos que unen bases militares en Tailandia y Vietnam del Sur . Las estaciones estaban ubicadas en Bangkok , Base de la Fuerza Aérea Real Tailandesa de Ubon , Pleiku , Nha Trang , montaña Vung Chua ( 13°44′31″N 109°11′46″E / 13.742°N 109.196°E / 13.742; 109.196 ) Quy Nhon , Instalación de Monkey Mountain Da Nang , Base de combate de Phu Bai P , Línea r ( 11°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′37″E / 10.752°N 106.627°E / 10.752; 106.627 ) Saigón , VC Hill ( 10°21′36″N 107°04′05″E / 10.36°N 107.068°E / 10.36; 107.068 ) Vũng Tàu y Cần Thơ . ^[16]

Phil-Tai-Oki, Taiwán 

Un sistema que une a Taiwán con Filipinas y Okinawa . ^[17]

Red caribeña de Cable & Wireless

En 1960, Cable & Wireless estableció un enlace de dispersión troposférica que unía Barbados con Puerto España (Trinidad). La red se extendió más al sur hasta Georgetown (Guyana) en 1965. ^{[18] [19]}

Redes de dispersión troposférica japonesas, Japón 

Dos redes que unen las islas japonesas de norte a sur.

Además de las redes permanentes detalladas anteriormente, se han producido muchos sistemas tácticos transportables en varios países: ^[20]

Sistemas de dispersión troposférica 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

Atleta MNIRTI R-420-D

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

Central nuclear 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 ​​Tapajuntas

Sistemas de dispersión troposférica del Ejército Popular de Liberación (EPL) de la República Popular China (RPC)

Sistema de comunicación por dispersión troposférica CETC TS-504

Sistema de comunicación por dispersión troposférica CETC TS-510/GS-510

Sistemas de dispersión troposférica occidental

Sistema de comunicación por dispersión troposférica AN/TRC-97

Terminal de radio por microondas con dispersión troposférica AN/TRC-170 ^[21]

Sistema de comunicación por dispersión troposférica AN/GRC-201

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

• Propagación de radio
• Propagación sin línea de visión
• Microonda
• ACE High : Red de dispersión troposférica europea de la OTAN de la época de la Guerra Fría
• Sistema de comunicaciones White Alice : enlace de comunicaciones troposféricas de Alaska durante la Guerra Fría
• Lista de sitios del sistema de comunicaciones White Alice
• TV FM DX
• Línea de alerta temprana distante

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Dispersión troposférica .

• Red rusa de comunicaciones por retransmisión troposférica
• Mapas de redes de comunicación por dispersión troposférica
• Comunicaciones por dispersión troposférica: aspectos esenciales
• El cortometraje STAFF FILM REPORT 66-19A (1966) está disponible para su visualización y descarga gratuita en Internet Archive .