大気ゆらぎ(ガンマ・ガンマ分布)とポインティングロス(ベックマン分布)が複合する環境下で、DVB-S2Xのスループットがどのように変化するかを、具体的なメカニズムとともに解説します。
1. SNR(信号対雑音比)の動的変動とスループット
大気環境下では、受信側のSNRは一定ではなく、激しく上下に変動します。DVB-S2Xの最大の特徴は、この変動に対して**「階段状のスループット特性」**を持つことです。
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理想的な環境(クリアスカイ):
SNRが高い状態では、256APSKなどの高次変調と高い符号化率(例:9/10)が選択され、理論上の最大スループットに到達します。
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ゆらぎ・ポインティングロス発生時:
瞬間的にSNRが低下すると、DVB-S2XはACM(適応変調符号化)により、より低次の変調(QPSKなど)と低い符号化率(1/4 など)へ即座に切り替えます。これにより、スループットは段階的に低下しますが、「通信の完全な遮断」を回避します。
2. フェージングの深さとスループットの相関
シミュレーション上では、大気ゆらぎの強さを示すシンチレーション指数 (σI2) やポインティングジッタが増大するにつれ、平均スループットは以下のように変化します。
スループット低下の3段階
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マージン消費領域: ゆらぎが小さければ、FECの訂正能力の範囲内で吸収され、最大スループットを維持します。
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ACM追従領域: ゆらぎが FEC の能力を超え始めると、変調方式が下がり、スループットは「右肩下がり」に減少します。
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アウトレージ(切断)領域: SNRがDVB-S2Xの最小動作閾値(例:QPSK 1/4、約 $-2.35$ dB)を下回ると、スループットはゼロになります。
| 条件 | 変調/符号化率 (ModCod) | 理論的効率 (bit/s/Hz) | 通信の安定性 |
| 極めて安定 | 256APSK, 9/10 | ~7.0 | 非常に高い |
| 中程度のゆらぎ | 16APSK, 2/3 | ~2.6 | 安定 |
| 強いゆらぎ | QPSK, 1/4 | ~0.5 | 限界状態 |
3. 実効スループットを最大化する「ロングインターリーブ」の効果
物理的なModCodの切り替えだけでは防げない「一瞬の深いフェージング」に対しては、時間インターリーブの長さが実効スループットを左右します。
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インターリーブが短い場合: 瞬断が発生するたびにパケットロスが生じ、上位レイヤ(TCPなど)の制御によってスループットが激減します。
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インターリーブが長い(数ミリ秒〜秒単位)場合: 瞬断中のデータを時間的に分散させるため、DVB-S2XのLDPC符号が「平均的なSNR」で復号できるようになり、実効スループットの底上げが可能になります。
4. シミュレーション結果のイメージ
大気ゆらぎとポインティングロスを組み合わせたモデルでは、ポインティング精度がビーム幅の10%悪化するだけで、ACMがより安全な(低速な)モードを選択するため、平均スループットが20〜30%低下するという結果も報告されています。
次のステップ
実際の運用では、このスループットを維持するために「地上側のダイバーシティ(複数の地上局で受信する)」という手法も検討されています。複数の地上局を切り替えることでスループットを安定させる仕組みについて詳しくお話ししましょうか?あるいは、特定の衛星プロジェクト(日本のLUCASなど)の実例に興味がありますか?
出典:Google Gemini
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