Тропосферная связь. Тропосферная радиорелейная линия связи «Север»

Тропосферная связь известна как тропосферный способ передачи информации посредством радиоволн на значительные расстояния – до 500 километров и более в зависимости от ландшафта и климатических факторов. Этот метод распространения сигнала использует феномен тропосферного рассеяния, где радиоволны на частотах УВЧ и СВЧ случайным образом распространяются по мере прохождения через верхние слои тропосферы.

Как это работает

Распространение радиоволн в тропосфере происходит в узком луче, проходящем прямо над горизонтом в направлении приемной станции. Когда сигналы проходят через тропосферу, часть энергии рассеивается обратно к Земле, позволяя оператору принять сигнал.

Как правило, волны в диапазоне частот СВЧ движутся по прямым линиям и поэтому ограничены зоной, в пределах которой приемник может "видеть" передающую антенну. Обычно расстояние связи ограничено визуальным горизонтом – это примерно 48-64 км. Тропосферная радиосвязь позволяет использовать загоризонтную микроволновую связь.

Разработка

Система была разработана в 1950-х годах и активно использовалась для дальней связи в основном военными структурами, пока спутники связи не сменили ее в 70-х годах. Впрочем, тропосферная связь используется и сегодня в качестве альтернативы спутникам в труднодоступных регионах.

Пионерами в этом направлении были специалисты из США, Британии и СССР. Ученые выяснили, что, поскольку тропосфера является турбулентной и имеет высокую долю влаги, радиосигналы тропосферного рассеяния преломляются, и, следовательно, принимающая антенна собирает лишь небольшую часть радиоресурсов. Практическим путем установлено, что частоты передачи в районе 2 ГГц лучше всего подходят для систем тропосферного рассеяния, так как на этой частоте длина волны сигнала хорошо взаимодействует с влажными, турбулентными участками верхней части атмосферы, улучшая соотношение "сигнал/шум".

Развитие

Сегодня передачу сигналов на дальние расстояния доверили спутникам. Радиорелейная связь применяется на дистанциях до 40-50 км. Тропосферные коммуникации заняли промежуточную позицию. Типичные расстояния между станциями составляют 50-250 км, хотя могут быть достигнуты гораздо большие расстояния в зависимости от климата, местности и требуемой скорости передачи данных.

Например, в цепи станций между Окинавой (Япония) и Гавайями (США), протянувшейся через Тихий океан, среднее расстояние составляет 1000 миль, а на отдельных участках превышает 1300 миль. Советская линия связи "Север" имела рекордную общую протяженность 13 200 км. На отдельных участках разрыв между приемником и передатчиком составлял 450 км.

Технологии

При использовании спутников дальней связи существующие системы тропосферных линий используются на более коротких расстояниях, чем предыдущие системы 50-70-х годов. Это позволило в разы уменьшить размеры антенн и усилителей, снизить энергопотребление. При этом пропускная способность значительно возросла.

Типичные размеры антенн варьируются от 1,2 до 12 метров, а типовая мощность усилителей – от 10 Вт до 2 кВт. Благодаря внедрению современных технологий скорость передачи данных может превышать 20 Мбит/с, чего вполне достаточно для обеспечения передачи речи, информации, функционирования автоматических систем в военной и коммуникационной сфере.

Этот вид радиосвязи является довольно безопасным способом распространения информации. Перехват сигналов чрезвычайно затруднителен, что делает технологию очень привлекательной для военных.

Характеристики

Ранее тропосферные линии связи, используемые военными, являлись «узконаправленными». Были задействованы только информационные каналы с узкой полосой пропускания: как правило, до 32 аналоговых каналов с пропускной способностью 4 кГц. Современные военные системы – «широкополосные», поскольку они работают с цифровыми каналами 4-16 Мбит/с.

Гражданские системы тропосферных коммуникаций, такие как сеть ретрансляторов на нефтяных скважинах в Северном море компании British Telecom (BT), требовали применения более качественных информационных каналов. До внедрения спутниковых технологий использовались высокочастотные радиосигналы от 3 до 30 МГц. Системы BT были способны передавать и получать 156 аналоговых каналов данных и телефонии на нефтедобывающие платформы Северного моря, используя мультиплексирование с частотным разделением (FDMX) для объединения каналов.

Параметры

Из-за характера турбулентности в тропосфере для обеспечения надежности 99,98 % связистами использовались пути распространения с четырехкратным разнесением сигналов. Системы с четырьмя пространственными и поляризационными разнесениями требовали двух отдельных антенн (расставленных в нескольких метрах друг от друга) и двух по-разному поляризованных излучающих устройств: одно – с вертикальной поляризацией, второе – с горизонтальной. Это гарантировало, что хотя бы один канал сигнала будет открыт в любой момент времени.

Сигналы от четырех разных направлений были рекомбинированы в приемнике, где фазовый корректор удалял разности фаз каждого сигнала. Они были вызваны различной длиной пути каждого сигнала от передатчика к приемнику. После коррекции фазы четыре сигнала могут быть объединены аддитивно.

Использование за рубежом

Явление тропосферного рассеяния использовалось для создания как гражданских, так и военных каналов связи в ряде районов мира, где невозможно (нецелесообразно) было применять радиорелейную связь. Среди наиболее крупных объектов:

• ACE High (пользователь – европейское отделение НАТО). Функционировала с 1956 по 1980 год.
• British Telecom (Британия). Коммуникационный центр в Мормонд Хилл, Шетландские острова.
• Линии связи "Торфхаус – Берлин" и "Кленце – Берлин" (Германия). Действовали в эпоху холодной войны.
• Portugal Telecom (Португалия).
• CNT (Канадская телекоммуникационная компания).
• Линия "Куба – Флорида". Действует между городами Гуанабо и Флорида Сити.
• Корпорация AT&T (США). Центры в Чатеме, Букингеме, Шарлоттсвилле, Лисберге, Хейгерстауне.
• Texas Towers (США). Система радиолокаторов противовоздушной обороны, состоящая из 5 башен.
• Mid Canada Line. Линия из пяти радиолокационных станций, протянувшаяся через среднюю часть Канады от Атлантического до Тихого океана.
• Pinetree Line. Серия из четырнадцати станций, обеспечивающих связь для восточных морских радиолокационных станций США и Канады.
• "Белая Алиса" (США). Военная и гражданская коммуникационная сеть, состоявшая из 80 станций, которая охватывала большую часть Аляски. В конце 80-х прекратила работу.
• Линия "Бахрейн – ОАЭ". Система, связывающая Аль-Манаму (Бахрейн) и Дубай (Объединенные Арабские Эмираты).
• Японские сети Troposcatter. Две сети, связывающие японские острова с севера на юг.

СССР/Россия

Учитывая размеры Советского Союза, тропосферная связь активно применялась главным образом для поддержания каналов связи на Севере, в Сибири, на Дальнем Востоке, а также между союзными странами. Это:

• Линия "Индия – СССР". Действовала между пунктами Сринагар (Кашмир) и Дангара (Таджикистан).
• БАРС. Трапосеть Варшавского договора, простиравшаяся от Ростока (ГДР), через Чехословакию, Венгрию, Польшу, БССР, УССР, Румынию и Болгарию.
• Система связи "Север". Одна из крупнейших в мире линий загоризонтной связи, простирающаяся от Кольского полуострова до Чукотки. Состоит из 46 ТРСС, в основном расположенных вдоль Ледовитого океана, Уральских гор, рек Енисей и Лена, Баренцева и Охотского морей.

Тактические ТС

Помимо постоянных систем тропосферной связи, рядом стран выпускались мобильные станции тактического назначения:

• Советские/Российские ТС серий MNIRTI ("Бриг", "Эшелон", "Атлет", "Альбатрос", "Баклан"), NIRTI (Багет), АЭС "Радиосвязь".
• Китай: серия CETC.
• НАТО: системы связи Troposcatter AN/TRC, AN/GRC.

День сегодняшний

Сегодня армия США использует тактические тропосферные системы рассеяния, разработанные компанией Raytheon для долговременных коммуникаций. Они поставляются в двух конфигурациях: heavy tropo и более современные - light tropo. Эти системы обеспечивают четыре мультиплексированных групповых канала и шифрование внешней линии по 16- или 32-м локальным аналоговым телефонным номерам.

В России также ведутся работы по совершенствованию данного типа связи. Например, НПП "Радиосвязь" разработала уже пятое поколение ТС: "Сосник–4ПМ" и Р423-АМК. Например, мобильная контейнерная станция Р423-АМК работает на частотах 4,4-5 ГГц с заявленной дальностью связи до 230 км.

В современных станциях заложена возможность комбинировать тропосферную и спутниковую связь. Расчеты показывают, что при действующих темпах удешевления электроники, уменьшения линейных размеров станций, внедрения новейших разработок ТС более выгодна в эксплуатации, нежели наращивание спутниковой группировки. В случае же ядерного конфликта это единственный вид связи, который будет работать.