衛星リンク予算:ITU-R モデル & モンテカルロ

シングルポイントリンク予算が現場で失敗する理由

リンク・バジェットから得られる数値は、受信したC/N0と復調器が必要とするC/N0との間のマージンです。正はリンクが機能することを意味し、負はリンクが機能しないことを意味します。

実際の衛星リンクは一点にとどまらない。雨は信号を弱め、送信電力は温度とともにドリフトし、アンテナは軸から少し外れる方向を指し、サイトの天候は一定というよりは統計的なものです。単一ポイントの予算では、リンクがどれだけの量を吸収できるかについてはまったくわかりません。

このチュートリアルでは、衛星リンクバジェットツールを使用して Ku バンド VSAT アップリンクを設計します。最初のレッスンは、レインフェードほど華やかではありません。何よりもまず晴天の算術演算をチェックしてください。

リファレンスデザイン:Ku バンド VSAT アップリンク

ターミナルは、ミュンヘン（北緯48.14度、東経11.58度）から GEO 衛星に14 GHzで10 Mbit/sをアップロードします。

効率が 60% の1.2mのディッシュでは、14GHzで42.7dBiのゲインが得られ、4Wは6.0dBWになります。給電損失と導波管損失を差し引くと、48 dBW が適切な端末 EIRP です。傾斜範囲は、35,786 km の高度からではなく、標高38°のGEOジオメトリに基づいています。

リンクバジェット表を読む

リンクは閉まらず、雨は関係ありません。大気圏の項をすべて削除しても、予算は 4.7 dB 足りないままです。

これは、手作業で構築された予算で最もよく見られる失敗です。熱的に不可能なリンクが快適に見えてしまうサインスリップや期限切れです。伝播に力を入れる前に、晴天の C/N0 が要件と照らし合っているかを確認してください。

ミュンヘンの雨量は 99.5% です

このツールは ITU-R マップからミュンヘンの気候を読み取ります。$R_{0.01}$ = 32.1 mm/h (P.837-7)、雨の高さ 3.61 km (P.839-4)、ステーションの高さ 0.51 km (P.1511-1) です。14 GHz の P.838-3 係数と P.618-13 スラントパス法では、次のようになります。

99.5% の設計点では、雨のコストは 1 dB 未満です。それを超えると急激に増加し、99.99% で8倍にもなります。これが、周波数よりも可用性目標が、Kuバンドリンクに必要な雨量マージンを設定する理由です。

サーマルバジェットの修正

2 回の変更で、それぞれ 99.5% でリンクを閉じます。

レートを5倍下げると、7.0 dBが購入されます。大きい方の端末では 7 dB の EIRP が購入されます。大きい方のアンテナでは 3.5 dB、8 ～ 10 W の BUC では 3～4 dB です。

モンテカルロバンドの確認

モンテカルロ (無料利用枠で 10,000 回試行) は EIRP と G/T (σ = 0.3 dB) を変化させ、ポインティングロス (指数関数、平均 0.2 dB) を加え、降雨量を対数で分散し (対数標準 (σ = 0.5)、フェージング項 (|normal|, σ = 0.4 dB) を追加します。これは ITU-R 予算に関する不確実性モデルであり、ITU-R 方式ではありません。

どちらの修正方法でも、p5マージンは約-1.2dB、公称値は+0.9dBです。つまり、5% の試行で 99.5% のポイントでしきい値を1.2dB以上下回りました。ポインティングとフェージングは減算するだけなので、中央値は公称値を下回っています。

リンクが確実に可用性を満たす必要がある場合は、名目値ではなく p5 マージンを考慮して設計してください。

99.9% に到達するには何が必要か

99.9% になると、雨は 2.61 dB に増加し、99.5% の修正は両方とも再び不十分です (2 メガビット/秒で −0.70 dB、55 dBW 端末では −0.69 dB)。次の 2 つの方法があります。

サテライト G/T は端末設計者が制御するものではありませんが、ビーム全体で数dB変化します。ビームピーク値を使用するのではなく、現場で G/T の輪郭を確認してください。

サイトと標高

同じ 2 メガビット/秒の設計が 99.9% で、他のサイトに移動されました。

敷地内の気候によって雨域が決まりますが、緯度だけでは降水域は変わりません。

仰角を上げても、思ったほど役に立たない。ミュンヘンのターミナルを38度から55度（円弧のさらに東にある衛星）に移動すると、雨は0.97dBから0.82dBに99.5％減少し、傾斜範囲が短くなり、ガスと雲の経路が薄くなると、マージンは合計で約0.5dB向上します。

この分析から導き出された主な設計ルール

クリアスカイバジェットを最初にクローズする 中央ヨーロッパのKuバンドでは、サーマルバジェット（EIRP、 G/T およびデータレート）によって、99.5% のリンクがクローズされるかどうかが決まります。99.5% の降雨量は約 1 dB です。 アベイラビリティは雨に襲われるところです。 ミュンヘンでは、14 GHz の雨が 99.5% の 0.97 dB から 99.9% の 2.61 dB、99.99% で 7.99 dB に増加します。9 台増えるごとに、デザインの見直しが必要になります。 p5 マージンを考慮した設計。 名目上のマージンは平均的な条件下でのみ成り立ちます。 ゾーンではなく敷地を利用してください。 ヒューストンとコペンハーゲンでは、同じターミナルでも 99.9% の降雨量が 3.8 dB 異なります。

リファレンスデザインを実行してから、一度に 1 つずつ変更します。シナリオ URL には各バリアントが保持されます。

2026-09-19を更新しました。この記事の以前のバージョンでは、この設計では C/N0 = 80.8 dBHz で 16 dB 高すぎると報告されており、その結果得られたマージンは緯度帯気候による 6.8 dB の雨によるものと考えられていました。上記の数値はすべて修正後のツールからのものです。

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