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ETS-9*衛星通信プロジェクト

概要 ハイスループット衛星通信システム 光衛星通信システム 用語解説 成果
研究プロジェクト ETS-9衛星通信プロジェクト 見出しアイコン

ETS-9*衛星通信プロジェクト

近年、航空機、船舶、離島、災害地といった地上通信ネットワークが利用できない場所におけるブロードバンド通信の需要が高まっています。また、身の周りのあらゆるモノがインターネットにつながるIoT(Internet of Things:モノのインターネット)といった新しいユースケースが本格的に普及し始めています。

このようなニーズに応えるため、衛星通信の需要がさらに高まっており、世界中で研究開発が進められています。さらに、通信に必要不可欠な電波の周波数資源が逼迫していることから、従来よりも周波数利用効率の高いシステムや、電波に依存しない大容量通信の実現が求められています。

このような背景から、NICT及び関係機関は、技術目標として

  • Ka帯マルチビーム給電部、光フィーダリンクによる大容量化
  • Ka帯広帯域デジタルチャネライザ・デジタルビームフォーマ(DBF)によるフレキシブル化
  • 通信システムの統合的な運用制御による高効率化

を掲げて研究開発を進めており、2022年度打上げ予定の技術試験衛星9号機を用いて実証実験を行うことにより、世界市場において競争力のある、世界最先端のミッション技術の獲得を目指しています。

*注:⌈ETS-9⌋の表記は宇宙通信研究室で使用している独自のプロジェクト名です。

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ニーズに合わせて通信容量や利用地域を柔軟に変更可能なハイスループット衛星通信システム技術
<ETS-9*衛星通信プロジェクト>

近年、ハイスループット衛星(HTS)と呼ばれる、Ka帯を使用して多数のマルチビームと中継器を搭載し、大容量衛星通信を実現する技術が進展しています。しかし、現行のHTSは、周波数リソースの柔軟な割当てや衛星ビームの密な配置が困難であるため、必ずしも周波数利用効率が高いとは言い切れません。

本研究開発の目的は、周波数リソースの柔軟な割当てを実現する「周波数フレキシビリティ技術」を確立し、現行のHTSに比べ周波数利用効率を改善することです。本研究開発で行うデジタルチャネライザ及び給電部の技術の研究開発の成果は、2022年度打上げ予定の技術試験衛星9号機に搭載して軌道上実証を行うことを前提としています。

本プロジェクトでは、国研、大学、メーカがそれぞれの強みを活かして研究開発課題における役割を分担することで、技術課題のクリア、周波数利用効率の目標の達成、衛星搭載を前提とした技術開発を効果的に推進しています。

※総務省委託研究(平成28年度~令和元年度)共同研究機関:国立研究開発法人情報通信研究機構、国立大学法人東北大学、三菱電機株式会社

*注:⌈ETS-9⌋の表記は宇宙通信研究室で使用している独自のプロジェクト名です。


研究開発の全体像

国研、大学、メーカがそれぞれの強みを活かして研究開発課題を役割分担することで、技術課題のクリア、周波数利用効率の目標の達成、衛星搭載を前提とした技術開発を効果的に推進。


衛星通信システムの概念設計【ア-1】

今後の衛星通信システムに求められる周波数フレキシビリティの要求を明確化するため、衛星通信システムに周波数フレキシビリティを与え各ビームに割り当てる周波数を可変する場合の要求について調査検討を行い分析を行うとともに、周波数フレキシビリティを有する衛星通信システムの概念設計を行う。


周波数フレキシブル通信ペイロード 制御システム技術の開発【ア-4】

周波数フレキシビリティを有するチャネライザとマルチビーム給電部を搭載する衛星通信システムは新しい技術であり、有効な制御の仕組みの構築、ならびに本システム特有の制約条件下での周波数利用効率(トラヒックの収容率)の向上が課題。

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光衛星通信システム
<ETS-9*衛星通信プロジェクト>

静止軌道と地上間で上り下り10Gbps級の光衛星通信を実証します。

地上の光ネットワークで活用されているデバイスを宇宙で使用するためのスクリーニングプロセスの確立を目指しています。

用いるレーザーの波長や、サイトダイバーシティのための気象観測データの活用法などは、CCSDSで議論中の国際標準に準拠する形で進める予定です。


*注:⌈ETS-9⌋の表記は宇宙通信研究室で使用している独自のプロジェクト名です。

用語解説

ハイスループット衛星

Ka帯などの高い周波数帯の電波を用い、100ビーム級のマルチビームによって大容量通信を実現する通信衛星


ユーザリンク

通信衛星と航空機、船舶などのユーザ局を結ぶ双方向の通信回線


フィーダリンク

通信衛星と大容量のゲートウェイ局を結ぶ双方向の通信回線


周波数フレキシビリティ

衛星中継器において各ビームに割り当てる帯域幅を可変とすることで、限られた周波数資源の有効利用を図る技術。この技術を利用することで、災害時など時間的に変動する通信トラヒックに対し、柔軟にリソース割当ての最適化が可能となる。


デジタルチャネライザ

周波数フレキシビリティ機能を実現するための衛星搭載機器


エリアフレキシビリティ

衛星中継器において信号の振幅と位相を制御することで、ビームの形状や位置を軌道上で柔軟に変更可能な技術。この機能を利用することで、通信トラヒックが集中するエリアにビームを配置したり、特定のユーザ局を追尾するなど、柔軟にリソース割当ての最適化が可能となる。


デジタルビームフォーマ(DBF:Digital Beam Former)

エリアフレキシビリティ機能を実現するための衛星搭載機器


光衛星通信

従来、衛星通信で主に用いられてきた電波(電波法による定義:3000GHz=3THz以下の周波数の電磁波)ではなく、より周波数の高い光の領域の電磁波を利用した衛星通信。電波よりも指向性が高いため、厳しい姿勢制御の精度が衛星に要求されるが、消費電力が小さく、大容量通信が可能といった特徴を持つ。

成果

査読付き研究論文
  1. Yuma Abe, Hiroyuki Tsuji, Amane Miura, and Shuichi Adachi: Frequency Resource Management Based on Model Predictive Control for Satellite Communications System, IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences, Vol.E101-A, No.12, pp.2434-2445, 2018.
  2. Kazuma Kaneko, Hiroki Nishiyama, Nei Kato, Amane Miura, and Morio Toyoshima: Construction of a Flexibility Analysis Model for Flexible High-Throughput Satellite Communication Systems With a Digital Channelizer, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol.67, No.3, pp.2097-2107, 2018.
  3. 三浦 周, 織笠 光明, 辻 宏之, 藤野 義之, 小石 洋一, 小林 直樹, 熊谷 健夫, 松崎 敬臣, 地上/衛星共用携帯電話システム用DBF/チャネライザの開発, 電子情報通信学会和文論文誌B, Vol.J97-B, No.11, pp.1032-1042, 2014.
国際会議発表
  1. Yasushi Munemasa et al.: Advanced Demonstration Plans of High-Speed Laser Communication "HICALI" Mission Onboard the Engineering Test Satellite 9, 37th International Communications Satellite Systems Conference (ICSSC2019) (2019/10/31)
  2. Amane Miura et al.: On critical design of bandwidth-on-demand high throughput satellite communications system technology, 25th Ka and Broadband Communications Conference (2019/10/02)
  3. Yuma Abe, Mitsugu Okawa, Amane Miura, Kazunori Okada, Maki Akioka, and Morio Toyoshima: Performance Evaluation of Frequency Flexibility in High Throughput Satellites: An Application to Time-Varying Communication Traffic, 32nd International Symposium on Space Technology and Science (ISTS2019) (2019/06/18)
  4. Takuya Okura, Amane Miura, Teruaki Orikasa, and Shinji Senba: A Parametric Study on the Self-Calibration Method of Systematic Errors for Onboard Digital Beam Forming Array Fed Reflector Antenna Using Gating Process, 32nd International Symposium on Space Technology and Science (ISTS2019) (2019/06/18)
国内学会発表
  1. 三浦 周ほか:技術試験衛星9号機通信ミッションの概要と固定ビーム系通信ミッションの状況,第63回宇宙科学技術連合講演会(2019/11/06)
  2. 宗正 康ほか:技術試験衛星9号機光フィーダリンク通信サブシステムの開発,第63回宇宙科学技術連合講演会(2019/11/06)
  3. 阿部侑真,大川 貢,三浦 周,岡田和則,秋岡眞樹,豊嶋守生:周波数フレキシビリティを有する衛星通信システムの総合評価,第63回宇宙科学技術連合講演会(2019/11/06)
学術解説
  1. 三浦 周,久保岡 俊宏,坂井英一:技術試験衛星9号機による次世代ハイスループット衛星の通信技術確立に向けた取組み,電子情報通信学会誌,Vol. 102,No.12,pp.1080-1084,2019.

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