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。

  • 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。

  • 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

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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。

  • 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。

  • 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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