INSAT KG 発表

1. INSAT KG発表 Ayumi@sfc.wide.ad.jp Kuma@sfc.wide.ad.jp Nyanta@sfc.wide.ad.jp soh@sfc.wide.ad.jp

2. KG発表の流れ • 衛星の話 • 主な衛星の種類とその利用法 • 衛星のメリット、デメリット • 衛星通信の設備と技術 • 衛星と周波数 • 衛星インターネット • 使って学ぶ、VSAT（デモ） • 衛星経由でマルチキャストのストリーミング • まとめ • 衛星インターネットの実例

3. 衛星の利用方法 • 科学衛星 • 宇宙科学研究に利用 • 資源衛星 • 地球資源の調査に利用 • 気象衛星 • 大気圏を観測し天気予報の為の情報を提供するのに利用 • 軍事衛星 • 国防軍事機密の偵察などに利用 • 通信衛星 • 最も広く用いられる。衛星を介した通信に利用

4. 衛星の活躍 • 通信分野での活躍 • 衛星電話 • 衛星を介して山、島、どんな場所でも電話 • 放送分野 • BSデジタル放送 • 世界規模ラジオ • 全世界のチャネルをどこでも受信可能に • 報道活動での活躍 • アフガニスタン空爆報道で衛星テレビ電話が活躍

5. 衛星の活躍 • 観測などでの活躍 • 気象観測 • 気象衛星から送られてくるデータをもとに、気象予報が可能 • 生態観測 • 希少生物の観測や自然保護の資料

6. 衛星の活躍 • 研究などでの活躍 • 宇宙観測 • 宇宙研究開発 • 軍事 • 偵察用の軍事衛星

7. 主な衛星の種類とその利用法 人工衛星にはどんなものがあって、 一体、何に使われているんだろう？

8. 衛星の種類と利用法 • 静止衛星（GEO:Geostationary Earth Orbit） • 高度約36,000km • 地球上からは常に同じ位置に見える • 通信可能範囲が非常に広い • 地球局-衛星間の伝搬遅延が大きい • 使われ方 • 気象観測（ひまわりとか） • 通信衛星

9. 衛星の種類と利用法 • 低軌道衛星（LEO:Low Earth Orbit） • 地上からの距離が短いのでアンテナが小さくても通信可能 • 高度約500～2,000km • 短時間で地球を一周するので、時間によって見える位置は異なる • 通信可能範囲は狭い • 地上からの距離が低いため、伝搬遅延は小さい • 使われ方 • 宇宙科学研究のための科学衛星 • 位置測定（カーナビなどで用いられるGPS）

10. 衛星の種類と利用法 • 中軌道衛星（MEO:Medium Earth Orbit） • 高度約8,000～20,000km • 静止衛星と低軌道衛星の中間の性質をもつ • 使われ方 • 軍事用偵察衛星

11. 低軌道 中軌道 静止 Q:衛星の種類を当ててみよう 左図のA,B,Cは 静止衛星、低軌道衛星 中軌道衛星の どれでしょう？ B A 500km C 地球 A： ? 衛星 B： ? 衛星 12,000km C： ? 衛星 ? 36,000km

12. 質量M、mの物体の中心距離が rのとき、2物体間には FA=GMm/r2 (G:万有引力定数) の力（引力）が働く 遠心力 Ｖ 質量：m 引力 また、速度vで円運動している 物体には円の中心の逆方向に FB=mv2/r の力（遠心力）が働く r 質量：M 衛星はなぜ落ちないか？ 衛 地球 人工衛星は、地球との引力FAと 逆方向にはたらく遠心力FBが 一致する高度と速度で移動して いるため、落下しない。

13. Q:衛星の速度を求めてみよう 地球の質量を6x1024(kg) 地球の半径を6x106(m) とした場合、 地球の上空15x106(m)を 通る衛星の速度は何m/sか？ ただし、万有引力定数を 7x10-11(Nm2kg-2)とする。 Ｖ 衛 15000km 地球 6000km ?

14. Q:衛星の速度を求めてみよう 地球の質量を6x1024(kg) 地球の半径を6x106(m) とした場合、 地球の上空15x106(m)を 通る衛星の速度は何m/sか？ ただし、万有引力定数を 7x10-11(Nm2kg-2)とする。 ヒント 質量M、m(kg)の物体の 中心距離がr(m)のとき、2物体間に FA=GMm/r2 (G:万有引力定数) の力（引力）が働く また、速度v(m/s)で円運動している 物体には円の中心の逆方向に FB=mv2/r の力（遠心力）が働く FA =FBより、 GMm/r2 =mv2/r v=√(GM/r) v=√(7x10-11x6x1024/21x106) ≒4472(m/s) 引力と遠心力が つりあう速度が 衛星の速度 衛星の通る円周の長さは 42x106π(m)なので、8時間弱で一周する

15. 衛星のメリット、デメリット 衛星使うと 何が良くて、 何が良くないんだろう？

16. 衛星の持つメリット • 広域性 • 中継局一台で地球の1/3をカバー • 同報性 • 複数の受信局に同じデータを同時に配信可能 • 地理不遍性 • 地上回線ではカバーできない離島や山間部での通信 • 耐障害性 • 地球局さえ壊れなければ地震が起きても通信可能 • 電力は必要

17. 広域性 中継局３台で 地球全体を カバー

18. 同報性 全ての受信局に 同時に データ配信可能

19. 離島、山間部 でも通信可能 地理普遍性

20. 災害の影響を 受けにくい 耐障害性

21. 衛星の持つデメリット • 遅延 • 送信されたデータが相手の地球局で受信できるまで0.25sec、往復0.5sec • 衛星テレビ中継だと会話が0.5秒遅れる • 周波数帯域幅の限界 • 周波数帯域には限りがあり、大容量のデータ配信が難しい • 打ち上げ可能な静止衛星の数の限界 • 静止衛星は赤道上にしか打ち上げられない • 赤道上空は静止衛星でふさがっている

22. 遅延 0.5sec相手の声が 遅れて聞こえる

23. 周波数帯域幅の限界 A A B B C C もう余っている 周波数ない D

24. 遅延体験 • 実際に衛星の遅延を体験してみよう。 • xxx,xxx,143,222にsshで接続 • ユーザ名：guest • パスワード:satellite • 衛星経由でサーバにアクセスしているため、遅延が発生している • > ./typing

25. 衛星通信の設備と技術 衛星って 一体どうやって通信しているの？

26. 送信電波 デジタル信号 電波を送信 電波を受信 デジタル信号 受信電波 地球局の基本的な構成 信号を電波に変調 電力を増幅 送信 装置 入力端子 端局 装置 送受信 分波器 出力端子 受信 装置 受信電波を増幅 電波を信号に復調

27. 変調器 デジタル信号 デジタル信号を中間周波数（衛星電波に変換する前の低い周波数）に変調する装置 中間周波数 送信電波 電力増幅器 送信電波（弱） 周波数変換器 電力を増幅する装置 中間周波数と基準信号源から、送信電波を作り出す装置 衛星電波の送信 普通のPC

28. 衛星局へ アンテナ 地球局と衛星局の 電波を送受信 する装置 送信電波 電力増幅器 送信電波 送受信分波器 送信電波と 受信電波を 区別する装置 導波管 送信電波の伝送には、普通の ケーブルではなく このような金属製の導管を使う 衛星電波の送信

29. アップリンク信号 ダウンリンク信号 衛星局の基本的な構成 ダウンリンクの周波数に 変換（一般にはアップリンク より低い周波数になる） アップリンク信号を増幅

30. ダウンリンクの 周波数に変換 電力UP 弱まった信号を 増幅 信号を受信 信号を送信 中継局の基本的な構成 中継装置 周波数 変換器 増幅器 低雑音 増幅器 送受信 分波器

31. 12GHzで送信 14GHzで送信 送信から受信まで アップリンク周波数を ダウンリンク周波数に 変換 12GHzを受信 送信から受信までの線を 俗に「チャネル」と呼ぶ

32. Q:チャネル数を求めてみよう ? 二つの地球局が双方向通信を行う場合、必要なチャネル数はいくつ？ A:2（送信チャネルと受信チャネルがそれぞれ必要）

33. Q:チャネル数を求めてみよう ? 4個の地球局全てがそれぞれと双方向通信を行う場合、必要なチャネル数はいくつ？ A:12（双方向リンクの数×2）

34. Q:チャネル数を求めてみよう ? 一つの送信局から３つの受信局に同じ信号を送る場合、必要なチャネル数はいくつ？ A:1（全ての受信局は送信局の信号を聞くことができる）

35. 衛星と周波数 衛星と周波数って 一体何の関係があるの？ CバンドとかKuバンドって何？

36. 振幅と波長 波長：1つの波の長さ 振幅：波の上下の幅 波 振幅 波長

37. 周波数とは 周波数(Hz)：1秒間に振幅する回数=1秒間に通る波長の数 T=0(s) 壁に一秒間に2個の波長が 通った場合、 その波の周波数は2Hzである T=1(s) 2波長

38. Q:周波数を求めてみよう ? 4秒間に80000回振幅した波の周波数は何Hz？ ・・・・・・・ 4秒で 80000回 A:20000Hz(20kHz） 1回振幅するのに0.0002秒かかった波の周波数は何Hz？ 0.0002秒で 1回 A:5000Hz(5kHz）

39. 衛星と周波数 • 低い周波数を使うと・・・ • 降雨による減衰が少なくなる • 大気状態や電離層などの影響によるフェージング（受信電界強度が時間的に強弱の変化を生じること）が多くなる • 高い周波数を使うと・・・ • 大気状態や電離層などの影響によるフェージングが少ない。 • 広い帯域が取れるので、大容量の通信が可能 • 降雨による減衰が高い • 1GHz～10GHzの周波数は、程よくバランスがとれていて、衛星通信に向く。別名「電波の窓」

40. 地上系通信では • 携帯電話では • 900MHz、1,800MHz、1,900MHzなど • AMラジオでは • 600~1400KHz • FMラジオでは • 70~90MHz

41. 代表的な周波数帯 • S-band・・・2.6G~4GHz • 衛星携帯などで使われる • C-band・・・4G~8GHz • 日本では、地上系の無線通信でよく使用され、干渉を受ける • SFCの地球局はこの周波数帯を利用 • X-band・・・8G~12GHz • 衛星通信に最も適した周波数帯 • 軍事用に利用され、民間用にはほとんど余っていない。

42. 代表的な周波数帯 • Ku-band・・・12G~18GHz • 日本の衛星業界で最も多く利用される • NAISTの地球局はこの周波数帯を利用 • 雨に若干弱い • Ka-band・・・27G~40GHz • 利用できる周波数帯域幅が広く、大容量の通信が可能。 • 雨に弱い （Ku-bandとKa-bandはK-band(12~40GHz)に含まれる）

43. S-band Ka-band C-band X-band Ku-band 代表的なバンド幅 電離層 減衰、雑音などの 影響度 大気減衰や 降雨減衰 宇宙雑音 電波の窓 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz 100GHz

44. S C X Ku Ka ? Q:周波数帯を当ててみよう 2 10 5 20 40 （GHz） ? ? ? ? ? 上の5つの?に、 Ku、C、Ka、S 、Xを 入れてみよう。 降雨減衰 伝搬損失が小 降雨減衰 伝搬損失が大 大気状態や電離層などの 影響によるフェージングが大 大気状態や電離層などの 影響によるフェージングが小

45. SFCにある地球局 • 赤道上空36,000kmの静止衛星（JCSAT-3号）を利用して複数の地球局と接続 • C-bandの衛星回線を用いる。（NAISTのはKu-band） • C-bandの衛星回線をインターネット接続に用いたのはSFCが国内初（で、おそらく最後）

46. SFCにある地球局

47. 衛星インターネット 光ファイバー使い放題のこのご時世、 衛星でインターネットができて 何かうれしいの？

48. 衛星インターネットでできること • 広域なマルチキャスト • 広域性を持ち、データの複製を必要としない衛星回線は、膨大な数のユーザ（何億人とか）がグループに加わっているマルチキャストアプリケーションを動かすのに非常に有効 • 映像、音声などのマルチメディア配信を行う放送型のアプリケーションにも有効 • 地上回線に依存しないインターネット • 船上、空中など、地上回線を配備することが不可能な場所でインターネットの通信媒体を構築できる可能性

49. 双方向回線として使う • メリット • 地上回線の配備されていない地域でもインターネット • デメリット • それぞれのリンクごとにチャネルを割り当てるので、周波数帯域幅を大きく消費 • 送受信可能な地球局は扱いが難しく、高価 • 一本のリンクで双方向に繋ぐので、広域性を生かし難い

50. 双方向として使う 必要なリンク数：n(n-1)