衛星リンク予算:雨量、吸収量、可用性

10 GHz を超える衛星リンクが異なる理由

伝搬損失がわかれば、2 つのタワー間の地上波マイクロ波ホップはほとんど退屈なものになります。数dB の降雨マージンを加えるだけで完了です。10 GHz を超える衛星ダウンリンクはそうではありません。信号は対流圏全体を斜めに横断し、雨の減衰は周波数とともに急激に増加し、可用性目標（たとえば、年間の99.9％、それでも8.76時間の停電は可能）は、ある特定の場所での最悪の数時間の天候によって設定されます。

最後のポイントは、他のどのポイントよりも重要です。雨、雲、水蒸気はサイトの特性であり、その場所の緯度帯の特性ではありません。このチュートリアルでは、ロンドンの 60 cm アンテナ用の Ka バンドのダイレクト・トゥ・ホーム・ダウンリンクを設計し、その過程で Satellite Link Budget Analyzerが使用しているすべての数値を示します。

ツールが計算する内容

アナライザーは、ITU-R デジタルマップからサイトの気候を読み取り、ITU-R 予測メソッドを実行します。

この実装はオープンソースのITU-Rpyライブラリの移植版であり、12のテストサイトで0.001％以内で一致しています。対流圏シンチレーションは含まれていません。P.618には受信アンテナの直径と効率が必要ですが、結果からもそのことが分かります。

例:Kaバンドのダイレクト・トゥ・ホーム・ダウンリンク

これらの数値のうち 3 つは導き出されたもので、一度手作業で計算してみる価値があります。 傾斜範囲。 赤道から35,786 km上にあるGEO衛星は、サブサテライトポイント以外の場所からは高度よりも遠くにあります。地球の半径が $R_E$ = 6378 km、軌道半径が $r$ = 42,164 kmの場合、 G/T. 効率が 65% の0.60mのディッシュでは、20GHzで $10\log_{10}\left(0.65\,(\pi D f/c)^2\right)$ = 40.1 dBiのゲインが得られます。システム温度が 150 K (21.8 dBK) の場合、 G/T = 18.4 dB/K となります。 必須 Eb/N0. ETSI EN 302 307-1 では、8PSK 3/4 で 7.91 dB という理想的な Es/N0 が得られます。各シンボルには 3 × 0.75 = 2.25 の情報ビットがあるため、$E_b/N_0 = 7.91 - 10\log_{10}(2.25) = 4.4$ dB になります。

サイトの気候

減衰量を計算する前に、ツールは北緯51.5度、西経0.1度の気候を読み取り、使用したすべての値を一覧表示します。

シンガポールでの同じ分析では $R_{0.01}$ = 100 mm/h、マドリードでは25.1 mm/hとほぼロンドンの数値ですが、後で説明するように、雨の高さ、雲の気候、仰角が異なるため、答えが変わります。

予算は 99.9%

リンクは 99.9% で閉じられません。雨は大気圏の最大項ですが、民間伝承が示唆するほどではありません。ガスと雲の間には、さらに 1.94 dB の差があります。

目標値が 0.1% なのに、なぜガスと雲が 1% で測定されるのでしょうか。なぜなら、P.618-13のセクション2.5にはそう書かれているからです。ガスと雲は、ごくまれなフェードでは雨のように成長しないため、1% 未満ではガスと雲は 1% の値に保たれ、目標確率での雨の減衰と合算されます。

シンチレーションはモデル化されていないため、ここでは $A_S$ = 0です。

アベイラビリティ曲線

このツールは、ターゲットだけでなく、すべての空き状況における予算全体を評価します。

この60cmのターミナルは、年間の約99.66パーセントを占めています。99.9% から 99.99% にすると、さらに 8.1 dB の雨の減衰が必要になります。つまり、9 個増えるごとに、前回よりもはるかに高価になります。

モンテカルロ:名目予算をめぐる不確実性

有料アカウントでは、このツールは名目予算 (無料利用枠では 10,000 回) の範囲で 100,000 回の試行を実行します。EIRP と G/T (それぞれ σ = 0.3 dB) を変化させ、ポインティング損失 (指数関数、平均 0.2 dB) を加え、対数正規降雨量スプレッド (σ = 0.5 で雨の減衰量をスケーリングし、フェージング項 (|normal|、 σ = 0.4 dB) を追加します。これは、ツールがITU-Rの結果に適用する不確実性モデルであり、それ自体はITU-Rメソッドではありません。

60 cm のデザインが 99.9% の場合:

ポインティングとフェージングは減算されるだけなので、中央値は公称値の −2.09 dB を下回っています。p5 の末尾が長いのは、雨速の広がりによって既に 4.2 dB になっている減衰量が乗算されるためです。つまり、雨が予測よりも多い年は、乾燥した年が助けになるよりもはるかに大きな被害をもたらします。

リンクを閉じる

90 cmのディッシュにするか、QPSK 3/4にドロップすると、リンクは名目上閉じます。また、p5 マージンはプラスにはなりません。平均よりも雨の多い年に、99.9% の条件を満たす端末が 95% 必要であれば、さらに多くの端末が必要になります。DVB-S2 がサポートするアダプティブコーディングとモジュレーションは、まさにこのためにあります。晴れた空で 8PSK を実行し、フェードしたら QPSK にフォールバックします。

そして 99.99%?90センチのディッシュでさえ、そこでは6.68デシベル短く、12.29デシベルの雨が降っています。

緯度よりもサイトの方が重要です

同じ 60 cm、8 PSK 3/4 ターミナルを別の場所に設置してください (各サイトの GEO 仰角は異なります)。

マドリードとロンドンの $R_{0.01}$ はほぼ同じですが、マドリードの標高が高く、雲の気候が乾燥しているため、2.15dB進んでいます。衛星がほぼ頭上にあるシンガポールでは、まだ19 dB短くなります。熱帯地域のKaバンドリンクでは、まったく異なる設計が必要です。

地上波モード

リンクタイプを地上波に切り替えると、ツールはその経路を雨層を通る傾斜した経路として扱わなくなります。雨は経路長全体にわたって ITU-R P.530-17 経路削減法に従い、気体は地表レベルの比減衰量にその長さを掛けたものです。ロンドンの同じサイトで 23 GHz、15 km のホップを伝送する場合、次のようになります。

気体吸収は15 kmにわたって5.1 dB増加します。23 GHzは22.2 GHzの水蒸気ラインのすぐ隣にあります。地上の結果には、マルチパスフェージングは含まれていないものも示されています。P.530では、ツールにはない地質気候データや地形データからこれを予測しています。

これが運用上何を意味するのか

ブロードキャスト・サービスの場合、99.9%（年間8.76時間の停止）が一般的で、Kaバンドでは 99.7% が受け入れられることが多い。航空や金融機関との接続には 99.99%（52.6 分/年）以上が必要です。ロンドンでは、20 GHz での大気損失が 99.9% の設計よりもさらに 8.1 dB 増加することになります。

パラボラのサイズを決める前に、ご自分のサイトでこのシナリオを実行してください。緯度と雨の「ゾーン」だけでは不十分です。ツールにリストされている気候値が、停電時間を設定します。

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、雨域気候、古い P.838 係数表、そしてツールと一致しない晴天予報を使用していました。上記の数値はすべて修正後のアナライザーから得られたものです。 サテライト・リンク・バジェット・アナライザ