ポインティングロス（衛星の揺れによる光軸ズレ）

地上-衛星間光通信において、**ポインティングロス（Pointing Loss）**は、大気ゆらぎと並んで通信品質を左右する極めて重要な要因です。

衛星は時速2万キロ以上の猛スピードで移動しながら、数千〜数万キロ先の地上局へピンポイントでレーザーを照射する必要があります。このとき、衛星本体の微細な振動（ジッタ）や追尾誤差によって光軸がわずかにズレるだけで、受信電力は劇的に低下します。

1. ポインティングロスの物理的メカニズム

レーザー光は非常に鋭い指向性（ビームダイバージェンス）を持っており、遠距離ではわずかな角度のズレが地上での数キロメートルのズレに相当します。

ビームのプロファイル: 一般的にレーザービームは中心強度が最も高く、外側に向かって減衰する**ガウス分布（Gaussian Beam）**の形状をしています。
ズレの影響: 光軸が中心から $\theta$ だけズレると、受信電力 $P_r$ は指数関数的に減少します。

2. 数学的モデル：ベックマン分布 (Beckmann Distribution)

ポインティング誤差による強度のゆらぎをシミュレーションする際は、多くの場合、ガウスビームの断面形状と、ズレ（ジッタ）の統計分布を組み合わせてモデル化します。

衛星の揺れが水平・垂直方向に独立したガウス分布（分散 $\sigma_s^2$ ）に従うと仮定すると、中心からのズレ角度 $r$ はレイリー分布に従います。これに基づく受信強度の確率密度関数（PDF）は以下のようになります。

f_I(I) = \frac{\gamma^2}{(A_0 \eta)^{\gamma^2}} I^{\gamma^2-1} \quad (0 \leq I \leq A_0 \eta)

ここで、 $\gamma$ は「ビーム幅」と「ポインティングジッタ」の比率を示す重要なパラメータです。

$\gamma$ が大きい: 揺れに対してビームが十分に太く、安定している。
$\gamma$ が小さい: 揺れの影響が支配的で、頻繁に通信断が発生する。

3. 大気ゆらぎとの複合影響（Combined Model）

実際の通信では、**「大気ゆらぎ（ガンマ・ガンマ分布）」と「ポインティングロス」**が同時に起こります。これをシミュレーションでは「乗算」として扱います。

I_{total} = I_{atmospheric} \times I_{pointing}

この複合モデルを用いることで、誤り訂正符号（FEC）がどの程度の「フェージングの深さ」まで耐えられるかを正確に評価できます。

要因	影響の速さ	主な対策
大気ゆらぎ	数msオーダー（高速）	FEC、インターリーブ、補償光学
ポインティングロス	数Hz〜数百Hz（中速）	高精度ジンバル、高速操舵ミラー (FSM)

4. 克服に向けた次世代技術

ポインティングロスを最小限に抑え、FECの負担を減らすために以下の技術が導入されています。

PAT (Pointing, Acquisition, and Tracking): ビーコン光を用いて相手を捕捉し、ナノラジアン単位の精度で追尾し続ける技術。
FSM (Fast Steering Mirror): 衛星内部の微小な振動を相殺するために、超高速で角度を変える小型ミラー。
適応型ビーム制御: ポインティング誤差が大きいときは、あえてビームを少し広げて（デフォーカス）、切断のリスクを回避する。

次のステップ

ポインティングロスと大気ゆらぎを統合した環境下で、DVB-S2Xの「スループット（伝送効率）」が具体的にどう変化するか、シミュレーション結果の例などを見てみましょうか？あるいは、具体的な衛星（Starlinkの衛星間光リンクなど）での事例についてもお話しできます。

出典：Google Gemini

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