地上-衛星間光通信における大気ゆらぎの影響を克服する次世代誤り訂正符号の伝送

GLOSSARY

情報通信研究機構（NICT）と名古屋工業大学（名工大）は、JAXAと共同で、地上-衛星間光通信において大気ゆらぎで生じるデータ誤りを、5G等で使われる次世代誤り訂正符号（5G NR LDPC/DVB-S2）を用いて訂正し、高速・高信頼な伝送に世界で初めて成功した。これは将来の宇宙・地上統合ネットワーク実用化に不可欠な技術。

https://www.nict.go.jp/press/2025/10/22-1.html

地上と衛星を結ぶ光通信（FSO: Free-Space Optical communication）は、電波に比べて圧倒的な大容量伝送が可能ですが、最大の障壁は大気ゆらぎ（シンチレーション）による信号の劣化です。

この影響を克服するために期待されている、次世代誤り訂正符号（FEC）とその伝送技術について解説します。

1. 大気ゆらぎが通信に与える影響

地上から上空約36,000km（静止軌道）まで光を飛ばす際、大気の密度変化や温度差によって屈折率が不規則に変化します。これにより、受信側では以下の問題が発生します。

強度変調（フェージング）: 受信光強度が激しく変動し、一時的に信号が途絶える。
波面歪み: 光の位相が乱れ、効率的な受光が困難になる。
バースト誤り: 符号が連続して誤る現象。従来の単純な誤り訂正では対応しきれない。

2. 次世代誤り訂正符号（FEC）の役割

大気ゆらぎによる「深いフェージング」に対処するため、次のような高度な符号化技術が研究・導入されています。

LDPC（低密度パリティ検査）符号

現在、最も注目されているのがLDPC符号です。

特徴: シャノン限界（通信路容量の限界）に極めて近い性能を持ちます。
利点: 並列処理に適しており、100Gbpsを超えるような超高速伝送でもリアルタイムで誤り訂正が可能です。

軟判定誤り訂正（SD-FEC）

受信した信号を「0か1か」の2値で判断するのではなく、その信号の「確からしさ（尤度）」を数値化して処理します。

大気の影響で信号が弱まった際、硬判定（Hard Decision）よりも数dB以上の高い改善効果が得られます。

インターリーブ技術との組み合わせ

バースト誤りを分散させるために、データの順番を並び替えて送信し、受信側で元に戻すインターリーブが不可欠です。次世代FECでは、LDPCと長いインターリーブ時間を組み合わせることで、数ミリ秒に及ぶ瞬断からもデータを復元します。

3. 最新の伝送技術トレンド

符号化だけでなく、物理レイヤーでの対策も統合されています。

技術要素	内容
適応変調符号化 (AMC)	大気の状態に合わせて、リアルタイムで符号化率や変調方式（QPSKから16QAMなど）を切り替える。
補償光学 (Adaptive Optics)	可変形状ミラーを用いて大気による波面の歪みを物理的に補正し、符号化前の信号品質を底上げする。
空間ダイバーシティ	複数の地上局で同時に受信し、最も状態の良い信号を選択または合成する。

まとめ

次世代の地上-衛星間光通信は、「強力なLDPC符号」と「補償光学」、そして「適応制御」の三位一体によって、雲やゆらぎに負けない信頼性の高い通信インフラへと進化しています。

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