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:
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Cuba - Florida
India - Unión Soviética 
Bahréin - Emiratos Árabes Unidos
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Además de las redes permanentes detalladas anteriormente, se han producido muchos sistemas tácticos transportables en varios países: [20]
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.
Aunque AT&T tenía docenas de búnkeres de comunicaciones similares en todo el país, el de Chatham formaba parte de un grupo fuertemente blindado y fuertemente vigilado de solo cinco que tenía el nombre engañosamente insulso de "Oficinas del Proyecto", dijo Albert LaFrance, quien administra dos sitios web dedicados a la infraestructura de la Guerra Fría. A diferencia de los búnkeres de comunicaciones más comunes de AT&T, las Oficinas del Proyecto aparentemente fueron diseñadas para albergar a funcionarios gubernamentales y militares de alto nivel como parte de un plan para preservar al menos un gobierno nacional esquelético en caso de un ataque nuclear, dijo LaFrance. Estas instalaciones de "Continuidad del Gobierno" necesitarían capacidad de comunicaciones, pero las comunicaciones no eran su misión principal, dijo.
Un segmento importante de la red de comunicaciones del Departamento de Defensa en Europa se activó el 19 de julio (1966). El nuevo sistema entró en funcionamiento como parte de la red ET-A (European Tropo-Army) que abarca varias naciones de Europa occidental. El sistema vincula las comunicaciones desde Livorno, Italia, a través de los Alpes italianos hasta Bremerhaven, Alemania, y desde Heidelberg hasta unas pocas millas de París, agregando más de 1200 millas de canal al complejo de comunicaciones mundial del Comando de Comunicaciones Estratégicas del Ejército de los EE. UU.
La línea de retransmisión de radio por dispersión troposférica de Sever (TRRL Sever) es un antiguo sistema de líneas de comunicaciones soviético diseñado para establecer comunicación con las regiones remotas del país. La línea tenía 13200 km (8200 millas) de longitud y constaba de 46 estaciones de retransmisión de radio troposférica (TRRS) ubicadas principalmente a lo largo de las costas de los océanos Ártico y Pacífico y los principales ríos siberianos: el Ob, el Enisey y el Lena.
El programa Peace Ruby agregó sitios de radar AC&W y comunicaciones al sur de Irán, complementó el sistema Spellout al norte que brindaba cobertura de radar a lo largo de la frontera rusa desde Mashad hasta Tabriz. Un proyecto posterior, Peace Net, integró completamente estos dos sistemas en un sistema de control y defensa aérea de última generación.
Se ha observado que las fallas de la antena, los soportes de la antena o las líneas de transmisión contribuyen en gran medida a la falta de disponibilidad del sistema. Tales interrupciones se han observado en el sistema Scope Com en Alemania, el sistema ETA en Alemania, el sistema Phil-Tai-Oki en Taiwán y, más recientemente, en la Fase I de DEB en Italia.
1960 – Se establece un enlace de radio por dispersión troposférica entre Barbados y Trinidad. 1965 – El sistema de dispersión troposférica se extiende al sur hasta Guyana a través de Trinidad y al norte hasta Tórtola a través de Santa Lucía y Antigua.
