対流圏散乱

対流圏散乱（トロポスキャッターとも呼ばれる）は、マイクロ波無線信号を使用してかなりの距離を通信する方法であり、動作周波数、機器の種類、地形、気候要因に応じて最大500キロメートル（310マイル）またはそれ以上の距離になることもあります。この伝播方法は、UHFおよびSHF 周波数の電波が対流圏の上層を通過するときにランダムに散乱する対流圏散乱現象を使用します。無線信号は、受信局の方向に向かって地平線のすぐ上に向けられた狭いビームで送信されます。信号が対流圏を通過すると、エネルギーの一部が地球に向かって散乱し、受信局が信号を拾うことができます。^[1]

通常、マイクロ波周波数範囲の信号は直線的に伝わるため、受信機が送信機から「見える」見通し内のアプリケーションに限定されます。通信距離は、目視による地平線によって約 48 ～ 64 キロメートル (30 ～ 40 マイル) に制限されます。対流散乱により、地平線を越​​えたマイクロ波通信が可能になります。対流散乱は 1950 年代に開発され、 1970 年代に 通信衛星に大きく置き換えられるまで軍事通信に使用されていました。

対流圏は乱気流で水分の割合が高いため、対流圏散乱無線信号は屈折し、その結果、 送信された無線エネルギーのごく一部のみが受信アンテナによって収集されます。2 GHz付近の送信周波数は対流圏散乱システムに最適です。この周波数では、信号の波長が対流圏の湿った乱気流領域とうまく相互作用し、信号対雑音比が向上するためです。

第二次世界大戦以前、当時の電波物理学の理論では、周波数と回折の関係が予測されており、電波信号は地球の曲率に従うが、その効果の強さは特に高周波数では急速に低下するとされていた。この広く信じられていたにもかかわらず、戦争中、高周波レーダー信号が理論計算をはるかに超える距離にある標的を検出できた事件が数多くあった。これらの異常な距離の例が繰り返されたにもかかわらず、この問題は真剣に研究されることはなかった。^[2]

戦後間もなく、米国ではテレビの建設制限が撤廃され、何百万台ものテレビが販売されました。これにより、新しいテレビ局が同様に急速に拡大しました。連邦通信委員会(FCC) は、戦時中に使用されたのと同じ計算に基づいて、新しい VHF および UHF チャンネルの周波数割り当てを調整し、局間の干渉を回避しました。誰もが驚いたことに、遠く離れた局間でも干渉がよく発生しました。その結果、1948 年の「テレビ凍結」と呼ばれる期間に、新しい局の免許が保留されました。^[2]

ベル研究所は、この効果の研究を始めた多くの組織の一つであり、これは対流圏界面からのこれまで知られていないタイプの反射であると結論付けた。これはUHFおよびマイクロ波帯のより高い周波数に限られていたため、これらの周波数が既存の電子機器の能力を超えていた戦前には見られなかった。信号の大部分は対流圏を通過して宇宙に出たが、反射されたわずかな量は、強力な送信機と非常に感度の高い受信機と組み合わせると有用であった。1952年、ベルはMIT傘下のレーダー研究機関であるリンカーン研究所で実験を開始した。リンカーンの強力なマイクロ波送信機とベルの感度の高い受信機を使用して、彼らはさまざまな周波数と気象の影響をテストするためのいくつかの実験システムを構築した。ベルカナダは、このシステムについて聞いたとき、それがラブラドールの新しい通信ネットワークに役立つかもしれないと感じ、寒冷気候テストのためにシステムの1つをそこに持ち込んだ。^[2]

1954年に両方のテストシリーズの結果が完了し、最初の対流散乱システムであるポール・ヴォールト・システムの建設が開始されました。これは、ラブラドール海岸沿いのパインツリー・ライン・レーダー・システムをリンクするものでした。対流散乱を使用することで、荒野に散在する50のマイクロ波中継局が、すべてレーダー局に位置する10局にまで削減されました。ユニットコストは高いものの、新しいネットワークの構築コストはリレー・システムの半分でした。ポール・ヴォールトの直後には、ホワイト・アリス、ミッド・カナダ・ラインとDEWラインのリレーなどの同様のシステムが続き、1960年代にはNATOのACEハイ・システムの一部として大西洋とヨーロッパに広がりました。

伝搬損失は非常に大きく、受信機で利用できるのは送信電力の約 1兆分の1 (10 × 10 ^{−12 ) だけです。このため、非常に大きな}アンテナ利得を持つアンテナを使用する必要があります。オリジナルの Pole Vault システムでは、大型のパラボラ反射鏡ディッシュアンテナが使用されていましたが、すぐにビルボードアンテナに置き換えられました。ビルボードアンテナは、厳しい環境で使用されることが多いため、やや頑丈なことが重要な品質です。パスは 1,000 キロメートル (620 マイル) を超える距離で確立されました。9 メートルから 36 メートル (30 フィートから 118 フィート) のアンテナと、10 メートルから 20 メートルの増幅器が必要でした。^ 1kWから50kW。これらは、いくつかの音声チャネルを送信できるアナログ システムでした。

トロポスキャッタシステムは長年にわたって進化してきました。長距離通信リンクには通信衛星が使用されていますが、現在のトロポスキャッタシステムは以前のシステムよりも短い距離で使用され、より小さなアンテナと増幅器を使用し、はるかに高い帯域幅機能を備えています。一般的な距離は50〜250キロメートル（31〜155マイル）ですが、気候、地形、必要なデータレートに応じてより長い距離を実現できます。一般的なアンテナのサイズは1.2〜12メートル（3フィート11インチ〜39フィート4インチ）で、一般的な増幅器のサイズは10Wから2kW。データレートは今日の技術では20 Mbit/s を達成できます。

対流圏散乱は、皿の位置合わせが極めて重要であるため、信号を傍受することが極めて困難であり、特に開水域で伝送される場合、軍事ユーザーにとって非常に魅力的であるため、かなり安全な伝播方法です。軍事システムは、「細線」対流圏散乱になる傾向があります。これは、狭い帯域幅の「情報」チャネルのみが対流圏散乱システムで伝送されたため、このように呼ばれています。通常、最大 32 のアナログ チャネル ( 4 kHz帯域幅) です。現代の軍事システムは、4 ～ 16 Mbit/s のデジタル データ チャネルで動作するため、「広帯域」です。

ブリティッシュ・テレコム（BT）の北海石油通信ネットワークなどの民間対流圏散乱システムでは、衛星技術が利用可能になる前は、HF（高周波 - 3MHzから30MHz）無線信号を使用して利用できるものよりも大容量の「情報」チャネルが必要でした。シェトランド諸島のスクースバラ、アバディーンシャーのモーモンドヒル、スカーバラ近郊のロウブラウを拠点とするBTシステムは、周波数分割 多重化 （ FDMX ）を使用してチャネルを結合し、北海の石油生産プラットフォームとの間で156のアナログ（4kHz帯域幅）データおよび電話チャネルを送受信することができました。

対流圏の乱気流の性質上、サービスの信頼性を 99.98%確保するために 4 重ダイバーシティ伝搬経路が使用され、伝搬ドロップアウトによるダウンタイムは 1 か月あたり約 3 分に相当します。4 重空間および偏波ダイバーシティ システムには、2 つの独立したパラボラ アンテナ (数メートル離して配置) と、2 つの異なる偏波のフィード ホーン(1 つは垂直偏波、もう 1 つは水平偏波) が必要でした。これにより、常に少なくとも 1 つの信号経路が開かれていることが保証されました。4 つの異なる経路からの信号は、位相補正器によって各信号の位相差が除去された受信機で再結合されました。位相差は、送信機から受信機までの各信号の経路長の違いによって発生しました。位相が補正されると、4 つの信号を加算的に結合できます。

対流圏散乱現象は、以下の地域を含む世界のさまざまな地域で民間および軍事の通信リンクの構築に使用されてきました。

欧州連合軍ハイバンド（ACEハイ）、NATO 

ノルウェー・ソ連国境からトルコ・ソ連国境まで、ヨーロッパ全域に及ぶNATOの軍事無線通信および早期警戒システム。

BT（ブリティッシュテレコム）、英国 

イギリス -シェトランドからモーモンドヒル

ベルリンテレビ塔、西ドイツ 

冷戦時代のトルフハウス・ベルリン、クレンツェ・ベルリン

ポルトガルテレコム、ポルトガル 

ノゲイラ山脈 (ポルトガル北東部) からアルツァメンディ (フランス南西部)

CNCPテレコミュニケーションズ、カナダ 

ツィゲッチックからキノシティのガレナヒルへ

ヘイ川-ポート・ラディアム-レディ・フランクリン・ポイント

 キューバ-フロリダ 

グアナボからフロリダシティへ

プロジェクト オフィス - AT&T Corporation、 米国

プロジェクト オフィスとは、 20 世紀半ばからAT&T 社が中部大西洋岸諸州に維持している、構造的に信頼性の高い施設を指すときに使われる名称です。これらの施設は、進行中の非公開の企業プロジェクトを収容するために使われています。AT&T は 1960 年代にプロジェクト オフィスの建設を開始しました。プロジェクト オフィス プログラムの開始以来、同社はプロジェクト オフィスで行われる業務の正確な性質を公表しないことを選択しました。ただし、同社はプロジェクト オフィスを中核施設と説明してきました。^{[3] [4] [5]}

• ノースカロライナ州ピッツボロ^[6]
• バージニア州バッキンガム^[7]
• バージニア州シャーロッツビル
• バージニア州リースバーグ
• メリーランド州ヘイガーズタウン

テキサスタワー -アメリカ空軍の防空レーダー 

テキサスタワーは、冷戦中にアメリカ空軍が監視に使用した、米国東海岸沖の3 つのレーダー施設のセットです。テキサス沖で最初に使用された沖合石油掘削プラットフォームをモデルにしており、1958 年から 1963 年まで運用されていました。

ミッド・カナダ・ライン、 カナダ

オンタリオ州とケベック州のハドソン湾下流域に5つのステーション（070、060、050、415、410）が 設置された。1957年から1958年にかけて、グースベイとセプティルの間のラブラドール州とケベック州に6つのステーションが設置された。^[8]

パインツリーライン、棒高跳び、 カナダ

ポール・ヴォールトは、バフィン島の N-31フロビッシャー湾からニューファンドランド島の N-22セントジョンズまでを走る、米国/カナダのパインツリー線の東海岸のレーダー局に通信を提供する 14 局のシリーズです。

ホワイトアリス/ DEWライン/ DEWトレーニング（冷戦時代）、 米国/ カナダ

かつての軍事および民間の通信ネットワークで、80の局が西海岸に沿って伸びており、バンクーバー島のポートハーディから北はバーター島(BAR)、西はアリューシャン列島のアラスカ州シェミア(SYA) (ソ連からわずか数百マイル)、東は北極圏のカナダを越えてグリーンランドまで広がっています。すべての局が対流圏散乱局だったわけではありませんが、多くはそうでした。また、イリノイ州ペカトニカとイリノイ州ストリーターの間にあるホワイトアリス/DEWライン対流圏散乱局ネットワークの訓練施設も含まれていました。

DEWライン（冷戦後）、 米国/ カナダ

カナダと米国の極北にある広範囲の防空レーダー チェーンに通信を提供する複数のトロポ スキャッター ネットワーク。

北大西洋無線システム (NARS)、NATO 

NATO防空網は、イギリス空軍フィリングデール基地から、イギリスのモーモンドヒル、ソルンフェリ（フェロー諸島）、アイスランドのヘプンを経由して、ロックビルのケプラヴィークDYE-5まで広がっています。

欧州対流圏散乱体 - 陸軍 (ET-A)、アメリカ陸軍 

RAFフィリングデールズからドイツのネットワークとフランスの1つの局（メゾンフォート）までの米陸軍ネットワーク。ネットワークは1966年に活動を開始した。 ^[9]

486L 地中海通信システム (MEDCOM)、アメリカ空軍 

西はスペインのサンパブロから東はトルコのインジルリク空軍基地までの地中海のヨーロッパ沿岸をカバーするネットワーク。本部はイギリスのドー​​セット州リングステッドにある。1966年にアメリカ空軍によって運用開始された。^{[10] : スペイン通信地域}

イギリス空軍​ 

ケントのスウィンゲートからドイツのランマースドルフまでを結ぶ、イギリス軍ドイツへの通信網。

トロポスフェレン ナハリヒテン システム バー、ワルシャワ協定

ワルシャワ条約機構の対流圏拡散ネットワークは、 DDR（ドイツ民主共和国）のロストック近郊から、チェコスロバキア、ハンガリー、ポーランド、ベラルーシ（ソ連）、ウクライナ（ソ連）、ブルガリアにまで広がっています。

TRRL セヴェル、ソビエト連邦 

ソ連全土に広がるソ連のネットワーク。^{[11] [12]}

 インド -ソビエト連邦 

インドのカシミール地方シュリーニガルからソ連のタジキスタン地方ダンガラまでの単一セクション。

インド空軍、 インド

インド北部と中央部の主要な空軍基地、レーダー施設、ミサイル基地をカバーする防空ネットワークの一部。このネットワークは段階的に廃止され、より近代的な光ファイバーベースの通信システムに置き換えられている。^[13]

ピースルビー、スペルアウト、ピースネット、イラン帝国 

1979年のイスラム革命以前にアメリカが構築した防空ネットワーク。スペルアウト社はイラン北部にレーダーと通信ネットワークを構築した。ピース ・ルビー社は南部に別の防空ネットワークを構築し、ピース ・ネット社はこれら2つのネットワークを統合した。^{[14] [15]}

 バーレーン-アラブ首長国連邦 

バーレーンのアル・マナマとアラブ首長国連邦のドバイを結ぶトロポ・スキャッター・システム。

オマーン空軍、オマーン 

オマーン国全土にわたる旧SOAF（オマーン国空軍）（現在のRAFO（オマーン王立空軍））に軍事通信を提供する対流散乱通信システム。

サウジ空軍、サウジアラビア 

サウジアラビアの主要空軍基地と人口密集地を結ぶサウジアラビア空軍の対流圏拡散ネットワーク。

イエメン、イエメン 

サナアとサダを結ぶ単一のシステム。

BACK PORCH および統合広帯域通信システム (IWCS)、 米国

タイと南ベトナムの軍事基地を結ぶ、米国が運営する2つのネットワーク。ステーションは、バンコク、ウボン、タイ空軍基地、プレイク、ニャチャン、ブンチュア山 (北緯13度44分31秒 東経109度11分46秒 / 北緯13.742度 東経109.196度 / 13.742; 109.196 )クイニョン、モンキーマウンテン施設ダナンにありました。フーバイ戦闘基地、PRライン（北緯11度52分05秒 東経108度32分49秒 / 北緯11.868度 東経108.547度 / 11.868; 108.547）ダラット付近、ホンコン山アンケー、プーラム（北緯10度45分07秒）東経106度37分37秒 / 北緯10.752度 東経106.627度 / 10.752; 106.627 )サイゴン、VC ヒル (北緯10度21分36秒 東経107度04分05秒 / 北緯10.36度 東経107.068度 / 10.36; 107.068 )ブンタウとカントー。^[16]

台湾、フィルタイオキ 

台湾とフィリピン、沖縄を結ぶシステム。^[17]

ケーブル＆ワイヤレスカリブネットワーク

1960年にケーブル・アンド・ワイヤレス社がバルバドスとトリニダード・トバゴのポート・オブ・スペインを結ぶトロポスキャッターリンクを確立した。このネットワークは1965年にさらに南のガイアナのジョージタウンまで拡張された。^{[18] [19]}

日本のトロポスキャッターネットワーク、 日本

日本の島々を南北に結ぶ2つのネットワーク。

上記の恒久的なネットワークに加えて、いくつかの国によって多くの戦術的な輸送可能なシステムが製造されています。^[20]

ソビエト/ロシアの対流散乱システム

MNIRTI R-423-1 Brig-1/R-423-2A Brig-2A/R-423-1KF

MNIRTI R-444 エシェロン / R-444-7,5 エシェロン D

MNIRTI R-420 アトレット-D

NIRTI R-417 バジェット/R-417S バジェット S

NPP Radiosvyaz R-412 A/B/F/S TORF

MNIRTI R-410/R-410-5,5/R-410-7,5 アトレット / アルバトロス

MNIRTI R-408/R-408M バクラン

中華人民共和国（PRoC）、人民解放軍（PLA）の対流散乱システム

CETC TS-504 トロポスキャッター通信システム

CETC TS-510/GS-510 トロポスキャッタ通信システム

西部対流圏散乱システム

AN/TRC-97トロポスキャッター通信システム

AN/TRC-170 対流圏散乱マイクロ波無線端末^[21]

AN/GRC-201 トロポスキャッター通信システム

米陸軍と空軍は、長距離通信用にレイセオン社が開発した戦術的対流圏散乱システムを使用しています。このシステムには、オリジナルの「ヘビー トロポ」と、新しい「ライト トロポ」の 2 つの構成があります。このシステムは、4 つの多重化グループ チャネルとトランク暗号化、および 16 または 32 のローカル アナログ電話内線を提供します。米海兵隊も、旧バージョンではありますが、同じデバイスを使用しています。

• 無線伝搬
• 見通し外伝搬
• 電子レンジ
• ACE High - 冷戦時代のNATOヨーロッパ対流圏散乱ネットワーク
• ホワイトアリス通信システム- 冷戦時代のアラスカ対流圏通信リンク
• ホワイトアリス通信システムサイトのリスト
• テレビとFM DX
• 遠距離早期警戒線

ウィキメディア・コモンズには、対流圏散乱に関連するメディアがあります。

• ロシアの対流圏中継通信ネットワーク
• トロポスキャッタ通信ネットワークマップ
• 対流圏散乱通信 - 基本事項
• 短編映画「STAFF FILM REPORT 66-19A (1966)」は、インターネット アーカイブで無料で視聴およびダウンロードできます。