Ka 帯衛星通信 リンクバジェット — 雨減衰・Starlink/JCSAT

Starlink・OneWeb など LEO ブロードバンド：高度 550km の Starlink、1,200km の OneWeb は GEO に比べ FSPL が 30〜36dB 小さく、60cm の家庭用ディッシュでも 100〜500Mbps を達成します。衛星が常に移動するためフェーズドアレイによるビーム電子追従が必須で、衛星間光リンクと組み合わせて「日本→米国」を地上ファイバーより低遅延で結ぶサービスも実用化されています。本ツールで Starlink Dishy + LEO-550 を選び、Ka 帯の高速通信が成立する物理的な根拠を確認してください。

JCSAT・Inmarsat GX など GEO 業務通信：静止衛星はサービス領域が固定で日本全土を 1 機でカバーできるため、放送・船舶通信・離島インフラに向きます。FSPL が 35dB 大きい不利を 1〜3m の高利得 VSAT で補い、Ka 帯の広い帯域（500MHz〜）で 50〜200Mbps を提供します。台風シーズンには Ka 帯リンクが切れることを前提に、Ku 帯バックアップや衛星間ハンドオーバーを設計します。

O3b mPOWER の MEO 衛星：高度 8,000km の中軌道衛星は LEO と GEO の中間で、レイテンシが 100ms 台、サービスエリアが赤道近傍の広域に伸ばせる特長があります。クルーズ船・遠隔鉱山・洋上石油プラットフォームで採用され、本ツールの MEO-8000 軌道を選ぶと、LEO ほどではないが GEO よりずっと小さい FSPL でマージンに余裕があることが確認できます。

降雨減衰を考慮したサービス設計：気象レーダや MODIS 衛星の降水量データを取り込み、地域別に必要マージンを設計します。例えば沖縄や東南アジア向けには 12〜15dB の追加マージン（雨季対応）を設定し、北海道や北欧向けには 5dB 程度の余裕で十分です。本ツールで気候帯を切り替えると、同一 EIRP でもアベイラビリティ確保のための EIRP 増強が何 dB 必要かが直感的に分かります。

まず最大の落とし穴が、「FSPL は伝搬媒体の損失だ」と誤解すること。自由空間損失（Free Space Path Loss）という名前から「空間で電力が吸われる」イメージを持ちがちですが、実際には電力は球面状に拡散しているだけで何も吸収されていません。FSPL の正体は「等方アンテナ間で観測される、距離 d の球面と受信アンテナの実効開口面積（λ²/4π）の比」です。つまり波長 λ が短い（高周波）ほど FSPL が大きく見えますが、これは受信側の実効開口が小さくなるからで、同じ口径の指向性アンテナを使えば高周波の方がむしろ利得が高い。本ツールで周波数を 17.7→30GHz に上げると FSPL は増えますがアンテナ利得もそれ以上に増え、結果的に C/N0 は改善します。

次に、「ITU-R 降雨モデルを単純な線形減衰だと思い込む」こと。本ツールでは説明用に rainAttenuationDbKm × 5km としていますが、実際の降雨減衰は周波数依存（γ_R = k·R^α、R は降雨強度）、仰角依存（低仰角ほど雨層通過距離が長い）、偏波依存（垂直偏波の方が水平より弱く減衰）の三つで決まります。さらに重要なのが時間統計で、ITU-R P.618 では「年間 0.01% の時間に発生する降雨減衰」を A_0.01 として与え、これを用いて 99.99% のアベイラビリティを設計します。実プロジェクトでは ITU-R 公式の地域別降雨マップと統計式で再計算してください。

最後に、「リンクマージン = 安全度」と単純に考えないこと。マージンには (1) 降雨減衰マージン、(2) 実装ロスマージン（衛星のパッキング誤差、地上局のポインティング誤差、偏波ずれ）、(3) ノイズの長期ドリフトマージン、(4) 衛星寿命末期の出力低下マージン、と複数の用途があります。クリアスカイで 10dB マージンがあっても、その内訳が「降雨 8dB + 実装 2dB」だと熱帯では足りないし、「降雨 3dB + 実装 7dB」だと寒冷地でもまだ余裕があります。本ツールの margin 値は「降雨減衰を入力に取り込んだ後の総マージン」なので、ここからさらに 2〜3dB の実装ロスを差し引いた値が真の運用マージンであることに注意してください。