光通信などの衛星コンステレーション基盤技術の開発

 

はじめに

 衛星コンステレーションに光衛星通信を利用する目的が気になったので、地球-低軌道衛星(2000km以内)のリンクバジェットも加えて調査する。

 

衛星コンステーレーションの概要

 

 光通信等の衛星コンステレーションとは、衛星間や地上-衛星間を光やRF等で繋ぎ、地上で形成される大規模ネットワークを形成する事を指す。またRFは数十GHz帯しか取れないが、光を使うことでTHz帯域を確保する事ができる。

 

 衛星間、また地上-衛星を繋ぐ目的は下記が考えられる。

・衛星基地局協調MIMOによるリンクバジェットの拡大

・衛星中継による通信距離の拡大

・RF空間仮想化によるミリ波に囚われないソフトウェア無線ネットワーク基盤整備

 

https://www.nedo.go.jp/content/100958639.pdf

 

リンクバジェットの計算

・地上局から衛星局  (アップリンク)

 Quick analysis: Starlink link budget and potential EMF impacts の環境条件、並びにhttps://www.soumu.go.jp/main_content/000691584.pdf

の地球局の条件を拝借する。ただし衛星局の条件が無いのでアンテナ利得は仮値。

 

地球局の条件:

(地球局、サービスリンク) EIRP38.2dBW, 34.6dBi, 60MHz, 14-14.5GHz

(地球局、フィーダリンク) EIRP66.5dBW, 49.5dBi, 480MHz, 27.5-29.1/29.5-30GHz

 

FSPL 185.12dB@37.5GHz(※0)
Prx = 66.89 dBW - 185.12 dB - 20dB(※1) +34.6dBi(※2)

      = -104dBW/480MHz = -190dBW/Hz

※0 周波数が実際と少し違います。

※1 20dBは大気層損、電離層損、偏波損…etcのロスの最大予想値 20dB

※2 宇宙局アンテナ利得の記載が無いので暫定。

C/N = Prx/Ni = -190dBW/Hz - -200dBW/Hz(※3) = 10dB

 

※3 雑音の計算

大地雑音290k。

ボルツマン定数K = -198.6[dBm/(Hz・K)] → -228.6 [dBW/(Hz・K)]

大地雑音T0 = 290K → 24.6dBK

受信機雑音指数F= 4dB
帯域幅B= 1Hz

受信機熱雑音 Ni = KT0BF =  -228.6+4+24.6 = -200dBW/Hz

 

回線設計の例を載せておく。

※4 http://www.a2a.jp/resources/Satcom_v1.pdf

 

・衛星局から地上局  (ダウンリンク)

 後で計算。

 

 G/T(=アンテナ利得/受信機総合雑音指数)に依存するが、StarlinkのG/Tが無い。

 10dB程度か?

 

 

 

参考

 

内閣府,「光通信等の衛星コンステレーション基盤技術の開発・実証」
に関する研究開発構想(プロジェクト型),https://www8.cao.go.jp/cstp/anzen_anshin/20221021_meti_1.pdf

 

NICT, 欧州における光通信を⽤いた衛星コンステレーション計画の動向調査報告書

https://www.nict.go.jp/global/lde9n2000000bmum-att/re2020.03.pdf

経済産業省, 令和 3 年度重要技術管理体制強化事業(宇宙分野における重要技術の実態調査及び情報収集)調査報告書

https://www.meti.go.jp/meti_lib/report/2021FY/000043.pdf

 

A2A研究所,衛星通信の仕組み, 

http://www.a2a.jp/resources/Satcom_v1.pdf