Troposfærisk spredning - Tropospheric scatter

En troposfærisk scatter system kan bygge bro over store avstander, mens et mikrobølge-overføringssystem (under) krever flere reléstasjoner på grunn av sin siktelinjen begrensning.
Boswell Bay, Alaska White Alice Site, troposfærisk spredeantenne og mater.
Pacific Scatter System

Troposfærisk spredning , også kjent som troposkatter , er en metode for å kommunisere med mikrobølgeradiosignaler over betydelige avstander - ofte opptil 300 kilometer (190 mi), og videre avhengig av terreng og klimafaktorer. Denne formeringsmetoden bruker fenomenet troposfærisk spredning, der radiobølger ved UHF- og SHF -frekvenser blir tilfeldig spredt når de passerer gjennom de øvre lagene i troposfæren . Radiosignaler overføres i en smal stråle rett over horisonten i retning mottakerstasjonen. Når signalene passerer gjennom troposfæren, blir noe av energien spredt tilbake mot jorden, slik at mottakerstasjonen kan fange opp signalet.

Normalt beveger signaler i mikrobølgefrekvensområdet seg i rette linjer, og det er derfor begrenset til applikasjoner for siktlinje , der mottakeren kan 'ses' av senderen. Kommunikasjonsavstander er begrenset av den visuelle horisonten til rundt 48–64 kilometer (30–40 mi). Troposcatter tillater mikrobølgeovnskommunikasjon utover horisonten. Den ble utviklet på 1950 -tallet og ble brukt til militær kommunikasjon til kommunikasjonssatellitter stort sett erstattet den på 1970 -tallet.

Fordi troposfæren er turbulent og har en høy andel fuktighet, brytes de troposfæriske spredningsradiosignalene og følgelig blir bare en liten andel av den overførte radioenergien samlet av de mottakende antennene. Overføringsfrekvenser rundt 2 GHz er best egnet for troposfæriske spredningssystemer, da bølgelengden til signalet ved denne frekvensen samhandler godt med de fuktige, turbulente områdene i troposfæren, og forbedrer signal / støyforhold .

Oversikt

Oppdagelse

Før andre verdenskrig spådde rådende radiofysisk teori et forhold mellom frekvens og diffraksjon som antydet at radiosignaler ville følge jordens krumning, men at effekten av effekten ville falle raskt og spesielt ved høyere frekvenser. Under krigen var det imidlertid mange hendelser der høyfrekvente radarsignaler var i stand til å oppdage mål på områder langt utenfor de teoretiske beregningene. Til tross for disse gjentatte tilfellene av unormalt område, ble saken aldri studert på alvor.

I den umiddelbare etterkrigstiden ble begrensningen på fjernsynsbygging opphevet i USA og millioner av sett ble solgt. Dette drev en like rask utvidelse av nye TV -stasjoner. Basert på de samme beregningene som ble brukt under krigen, arrangerte Federal Communications Commission (FCC) frekvensallokeringer for de nye VHF- og UHF -kanalene for å unngå forstyrrelser mellom stasjoner. Til alles overraskelse var forstyrrelser vanlig, selv mellom vidt adskilte stasjoner. Som et resultat ble lisenser for nye stasjoner satt på vent i det som er kjent som "TV -frysingen" fra 1948.

Bell Labs var blant de mange organisasjonene som begynte å studere denne effekten, og konkluderte med at det var en tidligere ukjent type refleksjon utenfor tropopausen . Dette var begrenset til høyere frekvenser, i UHF og mikrobølgeovn, og det var derfor det ikke hadde blitt sett før krigen da disse frekvensene var utenfor evnen til eksisterende elektronikk. Selv om det store flertallet av signalet gikk gjennom troposfæren og videre til verdensrommet, var den lille mengden som ble reflektert nyttig hvis den kombineres med kraftige sendere og svært følsomme mottakere. I 1952 begynte Bell med eksperimenter med Lincoln Labs , det MIT-tilknyttede radarforskningslaboratoriet . Ved å bruke Lincolns kraftige mikrobølgesendere og Bells følsomme mottakere, bygde de flere eksperimentelle systemer for å teste en rekke frekvenser og væreffekter. Da Bell Canada hørte om systemet, følte de at det kunne være nyttig for et nytt kommunikasjonsnettverk i Labrador og tok et av systemene dit for testing av kaldt vær.

I 1954 var resultatene fra begge testseriene fullstendige, og byggingen begynte på det første troposkjæringssystemet, Pole Vault -systemet som koblet Pinetree Line radarsystemer langs kysten av Labrador . Ved bruk av troposcatter reduserte antallet stasjoner fra 50 mikrobølge -reléer som ble spredt gjennom villmarken til bare 10, alle plassert på radarstasjonene. Til tross for de høyere enhetskostnadene, kostet det nye nettet halvparten så mye å bygge som et relésystem. Stavsprang ble raskt etterfulgt av tilsvarende systemer som hvite Alice , releer på Mid-Canada linje og DEW linje , og på 1960-tallet, over Atlanterhavet og Europa som en del av NATOs 's ACE Høy system.

Bruk

Pole Vault brukte sirkulære parabolske antenner, senere systemer brukte vanligvis firkantede versjoner som noen ganger er kjent som "billboards".

De forplantningstapene er meget høy; bare omtrent en billion (10 × 10 −12 ) av sendeeffekten er tilgjengelig på mottakeren. Dette krever bruk av antenner med ekstremt stor antenneforsterkning . Den opprinnelige Stavsprang systemet brukes store parabolreflektor parabol antenner, men disse ble snart erstattet av billboard-antenner som var litt mer robust, en viktig kvalitet gitt at disse systemene ofte ble funnet i tøffe steder. Stier ble etablert på avstander over 1000 kilometer (620 mi). De krevde antenner fra 9 til 36 meter (30 til 118 fot) og forsterkere fra^ 1 kW til50 kW . Dette var analoge systemer som var i stand til å overføre noen få talekanaler.

Troposkjermingssystemer har utviklet seg gjennom årene. Med kommunikasjonssatellitter som brukes til langdistansekommunikasjonsforbindelser, brukes nåværende troposkjæringssystemer over kortere avstander enn tidligere systemer, bruker mindre antenner og forsterkere og har mye høyere båndbreddeegenskaper. Typiske avstander er mellom 50 til 250 kilometer (31 til 155 mi), selv om større avstander kan oppnås avhengig av klima, terreng og datahastighet som kreves. Typiske antennestørrelser varierer fra 1,2 til 12 meter (3 fot 11 tommer til 39 fot 4 tommer) mens typiske forsterkerstørrelser varierer fra10 W til2 kW . Datahastigheter over20 Mbit/s kan oppnås med dagens teknologi.

Troposfærisk spredning er en ganske sikker forplantningsmetode ettersom oppstilling av tallerkener er kritisk, noe som gjør det ekstremt vanskelig å fange opp signalene, spesielt hvis de sendes over åpent vann, noe som gjør dem svært attraktive for militære brukere. Militære systemer har en tendens til å være "tynne" tropper-såkalt fordi det bare ble båret en smal båndbredde "informasjon" -kanal på troposystemet; vanligvis opptil 32 analoge ( 4 kHz båndbredde) kanaler. Moderne militære systemer er "bredbånd" ettersom de opererer med 4-16 Mbit/s digitale datakanaler.

Sivile troposkjermingssystemer, for eksempel British Telecom (BT) olje -kommunikasjonsnett i Nordsjøen , krevde "informasjonskanaler" med høyere kapasitet enn det som var tilgjengelig ved bruk av HF (høyfrekvente - 3 MHz til 30 MHz ) radiosignaler, før satellittteknologi var tilgjengelig. BT -systemene, basert på Scousburgh på Shetland Islands , Mormond Hill i Aberdeenshire og Row Brow nær Scarborough , var i stand til å overføre og motta 156 analoge ( 4 kHz båndbredde) kanaler for data og telefoni til / fra oljeproduksjonsplattformer i Nordsjøen, ved å bruke frekvensdivisjonsmultiplexering (FDMX) for å kombinere kanalene.

På grunn av arten av turbulensen i troposfæren ble firdoble mangfoldige formeringsbaner brukt for å sikre 99,98% pålitelighet for tjenesten, noe som tilsvarer omtrent 3 minutter med nedetid på grunn av forplantningssvikt per måned. Firemannsrommet og polarisasjonsdiversitetssystemene trengte to separate parabolantenner (flere meter fra hverandre) og to ulikt polariserte matehorn - det ene bruker vertikal polarisering, det andre bruker horisontal polarisering. Dette sikret at minst én signalbane var åpen om gangen. Signalene fra de fire forskjellige banene ble rekombinert i mottakeren der en fasekorrigerer fjernet faseforskjellene til hvert signal. Faseforskjeller ble forårsaket av de forskjellige banelengdene til hvert signal fra sender til mottaker. Når fasekorrigert, kunne de fire signalene kombineres additivt.

Atmosfære lag-en.svg

Troposfæriske spredt kommunikasjonsnettverk

Troposfærisk spredningsfenomen har blitt brukt til å bygge både sivile og militære kommunikasjonsforbindelser i en rekke deler av verden, inkludert:

Allied Command Europe Highband (ACE High), NATO 
NATOs militære radiokommunikasjons- og varslingssystem i hele Europa fra den norsk-sovjetiske grensen til den tyrkisk-sovjetiske grensen.
BT (British Telecom), Storbritannia 
Storbritannia - Shetland til Mormond Hill
Fernmeldeturm Berlin , Vest -Tyskland 
Torfhaus-Berlin, Clenze-Berlin i tider med den kalde krigen
Portugal Telecom , Portugal 
Serra de Nogueira (nordøst i Portugal) til Artzamendi (sørvest i Frankrike)
CNCP Telekommunikasjon , Canada 
Tsiigehtchic til Galena Hill, Keno City
Hay River - Port Radium - Lady Franklin Point
 Cuba - Florida 
Guanabo til Florida City
Prosjektkontorer - AT&T Corporation , USA 
Hovedartikkel: Prosjektkontorer
Project Offices er navnet noen ganger brukt til å referere til flere strukturelt pålitelige fasiliteter som har blitt vedlikeholdt av AT&T Corporation i delene i Atlanterhavet siden midten av 1900-tallet for å huse et pågående, ikke-offentlig selskapsprosjekt. AT&T begynte å bygge prosjektkontorer på 1960 -tallet. Siden starten av Project Offices -programmet har selskapet valgt å ikke avsløre den eksakte virksomheten som utføres på Project Offices. Imidlertid har den beskrevet dem som sentrale fasiliteter .
Texas Towers - Luftforsvarsradarer, United States Air Force 
Hovedartikkel: Texas Towers
De Texas Towers var et sett med tre radarfasiliteter utenfor østkysten av USA som ble brukt til overvåking av United States Air Force under kalde krigen . De var modellert på oljeboringsplattformene til havs som først ble ansatt utenfor kysten av Texas , og var i drift fra 1958 til 1963.
Tårn -ID plassering Bemanningsenhet Fastlandsstasjonen Merknader
TT-1 Cashes Ledge av New Hampshire kysten
42 ° 53'N 68 ° 57'W / 42,883 ° N 68,950 ° W / 42,883; -68.950 		Ikke bygget
TT-2 Georges Bank utenfor Cape Cod
41 ° 45′0.00 ″ N 67 ° 46′0.00 ″ W / 41,7500000 ° N 67,7666667 ° W / 41,7500000; -67.7666667 		762d radarskvadron Nord -Truro flyvåpenstasjon avviklet 1963
TT-3 Nantucket Shoals
40 ° 45′00.00 ″ N 69 ° 19′0.00 ″ W / 40.7500000 ° N 69.3166667 ° W / 40.7500000; -69.3166667 		773d radarskvadron Montauk AFS avviklet 1963
TT-4 utenfor Long Beach Island, New Jersey
39 ° 48′N 72 ° 40′W / 39.800 ° N 72.667 ° W / 39.800; -72,677 		646. radarskvadron Highlands flyvåpenstasjon kollapset (1961)
TT-5 Browns Bank sør for Nova Scotia
42 ° 47′N 65 ° 37′W / 42,783 ° N 65,617 ° W / 42,783; -65,617 		Ikke bygget
Mid Canada Line , Canada 
En serie på fem stasjoner (070, 060, 050, 415, 410) i Ontario og Quebec rundt nedre Hudson Bay .
Pinetree Line , Stavhvelv, Canada 
En serie på fjorten stasjoner som gir kommunikasjon for østlige kystradarstasjoner på den amerikanske/kanadiske Pinetree-linjen, som går fra N-31 Frobisher Bay , Baffin Island til St. John's, Newfoundland og Labrador .
White Alice / DEW Line / DEW Training ( Cold War era), USA / Canada  
Et tidligere militært og sivilt kommunikasjonsnettverk med åtti stasjoner som strekker seg langs den vestlige sjøkanten fra Port Hardy , Vancouver Island nord til Barter Island (BAR), vest til Shemya, Alaska (SYA) på Aleutian Islands (bare noen hundre miles fra Sovjetunionen Union ) og østover over det arktiske Canada til Grønland . Vær oppmerksom på at ikke alle stasjoner var troposkjuler, men mange var det. Det inkluderte også et treningsanlegg for White Alice/DEW line tropo-scatter-nettverk som ligger mellom Pecatonica, Illinois til Streator, Illinois .
DEW Line (tiden etter den kalde krigen ), USA / Canada  
Flere tropospredningsnettverk som gir kommunikasjon for den omfattende luftforsvarsradarkjeden helt nord i Canada og USA.
North Atlantic Radio System (NARS) , NATO 
NATOs luftvernvernnettverk strekker seg fra RAF Fylingdales , via Mormond Hill, Storbritannia , Sornfelli ( Færøyene ), Höfn, Island til Keflavik DYE-5, Rockville .
European Tropospheric Scatter - Army (ET -A), USAs hær 
Et amerikansk hærnettverk fra RAF Fylingdales til et nettverk i Tyskland og en enkelt stasjon i Frankrike ( Maison Fort ). Nettverket ble aktivt i 1966.
486L Mediterranean Communications System (MEDCOM), USAs luftvåpen 
Et nettverk som dekker den europeiske kysten av Middelhavet fra San Pablo, Spania i vest til Incirlik flybase , Tyrkia i øst, med hovedkontor på Ringstead i Dorset , England . På oppdrag fra det amerikanske flyvåpenet i 1966.
Royal Air Force , Storbritannia 
Kommunikasjon til British Forces Germany , som går fra Swingate i Kent til Lammersdorf i Tyskland .
Troposphären-Nachrichtensystem-barer , Warszawa-pakten
BARS tropo-scatter nettverkskart
Et trosa-spredningsnettverk fra Warszawa-pakten som strekker seg fra nær Rostok i DDR (Deutsches Demokratisches Republik), Tsjekkoslovakia , Ungarn , Polen , Hviterussland USSR, Ukraina Sovjetunionen, Romania og Bulgaria .
TRRL SEVER, Sovjetunionen 
Et sovjetisk nettverk som strekker seg over Sovjetunionen .
 India - Sovjetunionen 
India-USSR troposcatter UHF-lenke på et stempel fra India fra 1982
En enkelt seksjon fra Srinigar , Kashmir , India til Dangara , Tadsjikistan , USSR.
Indian Air Force , India 
En del av et luftforsvarsnettverk som dekker store flybaser, radarinstallasjoner og missilsteder i Nord- og Sentral -India. Nettverket fases ut for å bli erstattet med mer moderne fiberoptisk baserte kommunikasjonssystemer.
Peace Ruby, Spellout, Peace Net, keiserlige staten Iran 
Et luftforsvarsnettverk som ble opprettet av USA før den islamske revolusjonen i 1979 . Spellout bygde et radar- og kommunikasjonsnettverk nord i Iran. Peace  Ruby bygde et annet luftforsvarsnettverk i sør, og Peace  Net integrerte de to nettverkene.
 Bahrain - UAE 
Et tropospredingssystem som knytter Al Manamah , Bahrain til Dubai , De forente arabiske emirater .
Royal Air Force of Oman , Oman 
Et kommunikasjonssystem for tropo -scatter som leverer militære kommandoer til det tidligere SOAF - Sultan of Oman's Air Force, (nå RAFO - Royal Air Force of Oman), på tvers av Sultanatet i Oman .
Royal Saudi Air Force , Saudi -Arabia 
Et troppespredningsnettverk fra Royal Saudi Air Force som forbinder store flybaser og befolkningssentre i Saudi-Arabia .
Jemen , Jemen 
Et enkelt system som forbinder Sana'a med Sa'dah .
BACK PORCH and IWCS, USA 
To nettverk drevet av USA som forbinder militærbaser i Thailand og Sør -Vietnam .
Phil-Tai-Oki, Taiwan 
Et system som forbinder Taiwan med Filippinene og Okinawa .
Kabel og trådløst karibisk nettverk
En troposcatter -forbindelse ble etablert av Cable & Wireless i 1960, som forbinder Barbados med Port of Spain, Trinidad. Nettverket ble utvidet lenger sør til Georgetown, Guyana i 1965.
Japanese Troposcatter Networks, Japan 
To nettverk som forbinder japanske øyer fra nord til sør.

Taktiske Troposcatter kommunikasjonssystemer

Hviterussisk "Horizon" mobilt troposfærisk spredt kommunikasjonssystem

I tillegg til de permanente nettverkene som er beskrevet ovenfor, har det vært mange taktiske transportable systemer produsert av flere land:

Sovjetiske / russiske Troposcatter -systemer
MNIRTI R-423 -1 Brig-1/R-423-2A Brig-2A/R-423-1KF
MNIRTI R-444 Eshelon / R-444-7,5 Eshelon D
MNIRTI R-420 Atlet-D
NIRTI R-417 Baget /R-417S Baget S
NPP 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 ​​Baklan
Folkerepublikken Kina (PRoC), People's Liberation Army (PLA) Troposcatter Systems
CETC TS-504 Troposcatter Communication System
CETC TS-510 /GS-510 Troposcatter Communication System
Western Troposcatter Systems
AN/TRC-97 Troposcatter Communication System
AN/TRC-170 Tropospheric Scatter Microwave Radio Terminal
AN/GRC-201 Troposcatter Communication System
US Army TRC-170 Tropo Scatter Mikrobølgesystem

Den amerikanske hæren og luftvåpenet bruker taktiske troposfæriske spredningssystemer utviklet av Raytheon for langdistanse kommunikasjon. Systemene kommer i to konfigurasjoner, den opprinnelige "heavy tropo", og en nyere "light tropo" -konfigurasjon eksisterer. Systemene tilbyr fire multipleksede gruppekanaler og trunkryptering, og 16 eller 32 lokale analoge telefonutvidelser. US Marine Corps bruker også den samme enheten, om enn en eldre versjon.

Se også

Referanser

Sitater

Bibliografi

Eksterne linker