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 millas) y más 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 atraviesan 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 hacia la Tierra, lo que permite que la estación receptora capte la señal. [1]
Normalmente, las señales en el rango de frecuencia de microondas viajan en línea recta, por lo que se limitan a aplicaciones de línea de visión , en las que el transmisor puede "ver" el receptor. Las distancias de comunicación están limitadas por el horizonte visual a alrededor de 48 a 64 kilómetros (30 a 40 millas). Troposcatter 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 en la troposfera se refractan y, en consecuencia, las antenas receptoras recogen sólo una pequeña proporción de la energía de radio transmitida. Las frecuencias de transmisión de 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 .
Antes de la Segunda Guerra Mundial , la teoría de la radiofísica prevaleciente predijo 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 en 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 fue estudiado 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 asignaciones 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 quedaron en suspenso en lo que se conoce como el "congelamiento de la televisión" de 1948. [2]
Bell Labs fue una de las muchas organizaciones que comenzaron a estudiar este efecto y concluyeron que se trataba de un tipo de reflexión de la tropopausa previamente desconocida . Esto se limitaba 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 reflejaba era útil si se combinaba con potentes transmisores y receptores muy sensibles. En 1952, Bell inició experimentos con Lincoln Labs , el laboratorio de investigación de radares 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 climáticos. 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 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 unía los sistemas de radar de Pinetree Line a lo largo de la costa de Labrador . El uso de troposcatter redujo el número de estaciones de 50 retransmisiones de microondas dispersas por el desierto a sólo 10, todas ubicadas en las estaciones de radar. A pesar de sus mayores costos unitarios, construir la nueva red costó la mitad que un sistema de retransmisión. Al salto con pértiga le siguieron rápidamente sistemas similares como White Alice , relevos 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 elevadas; sólo aproximadamente 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 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 a menudo se encontraban en lugares hostiles. Se establecieron caminos a distancias de más de 1.000 kilómetros (620 millas). Requerían antenas de 9 a 36 metros (30 a 118 pies) y amplificadores de 1 kilovatio a50 kilovatios . Se trataba de sistemas analógicos capaces de transmitir unos pocos canales de voz.
Los sistemas de troposcatter han evolucionado a lo largo de los años. Dado que los satélites de comunicaciones se utilizan para enlaces de comunicación de larga distancia, los sistemas actuales de dispersión troposférica 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 alcanzar 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 amplificadores varían de10 vatios a2 kilovatios . Tarifas de datos superioresCon la tecnología actual se pueden alcanzar 20 Mbit/s .
La dispersión troposférica es un método de propagación bastante seguro, ya que la alineación de las antenas es fundamental, lo que hace 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 sólo transportaba un canal de "información" de ancho de banda estrecho; 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 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 utilizando señales de radio HF (alta frecuencia - 3 MHz a 30 MHz ), antes de que estuviera disponible la tecnología satelital. Los sistemas 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 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 una confiabilidad del 99,98% del servicio, lo que equivale a aproximadamente 3 minutos de tiempo de inactividad por mes debido a la interrupción de la propagación. Los sistemas cuádruples de espacio y diversidad de polarización necesitaban dos antenas parabólicas separadas (espaciadas a varios metros de distancia) 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 los cuatro caminos 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 camino de cada señal desde el transmisor al receptor. Una vez corregida la fase, las cuatro señales podrían combinarse de forma aditiva.
El fenómeno de dispersión troposférica se ha utilizado para establecer enlaces de comunicación tanto civiles como militares en varias partes del mundo, entre ellas:
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Cuba - Florida
India - Unión Soviética 
Baréin - Emiratos Árabes Unidos
Saudi Arabia United States
Taiwan
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As well as the permanent networks detailed above, there have been many tactical transportable systems produced by several countries:[20]
El Ejército y la Fuerza Aérea de los EE. UU. utilizan sistemas tácticos de dispersión troposférica desarrollados por Raytheon para comunicaciones de larga distancia. Los sistemas vienen en dos configuraciones, la "tropo pesada" original y existe una configuración más nueva de "tropo ligero". 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 EE. UU. también utiliza el mismo dispositivo, aunque en una versión anterior.
Aunque AT&T tenía docenas de búnkeres de comunicaciones similares en todo el país, el de Chatham era parte de un grupo fuertemente blindado y custodiado de sólo cinco personas que recibía el engañosamente insulso nombre de "Oficinas de Proyectos", dijo Albert LaFrance, que dirige dos sitios Web. sitios dedicados a la infraestructura de la Guerra Fría. A diferencia de los búnkeres de comunicaciones más comunes de AT&T, las Oficinas de 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 "Continuación 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 (Tropo-Ejército Europeo) que abarca varias naciones de Europa Occidental. El sistema conecta las comunicaciones desde Livorno, Italia, a través de los Alpes italianos hasta Bremerhaven, Alemania, y desde Heidelberg hasta unos pocos kilómetros de París, añadiendo más de 1.200 millas de canal al complejo mundial de comunicaciones del Comando de Comunicaciones Estratégicas del Ejército de EE.UU.
La línea de retransmisión de radio de dispersión troposférica Sever (TRRL Sever) es un antiguo sistema de línea de comunicaciones soviético diseñado para establecer comunicación con las regiones remotas del país. La línea tenía 13.200 km (8.200 millas) de largo y constaba de 46 estaciones de retransmisión de radio troposféricas (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 y comunicaciones de AC&W al sur de Irán y complementó el sistema Spellout al norte que proporcionó 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 defensa y control aéreo 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 indisponibilidad del sistema. Se han observado interrupciones de este tipo en el sistema Scope Com en Alemania, el sistema ETA en Alemania, el sistema Phil-Tai-Oki en Taiwán y, más recientemente, en el DEB Fase I en Italia.
1960 – Se establece un enlace de radio de dispersión troposférica entre Barbados y Trinidad. 1965 – El sistema de dispersión troposférica se extendió al sur hasta Guyana vía Trinidad y al norte hasta Tórtola vía Santa Lucía y Antigua.
