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衛星通信の要点まとめ (電気通信主任技術者試験「専門(無線)」)

電気通信主任技術者試験(伝送交換)の「専門的能力(無線)」で出題される衛星通信についてまとめました


過去問を解きながら参考書にコピペしたものをもとに書いたものなので、怪しいところがあるかもしれませんが、参考程度に使用して下さい


試験の過去問の他、電気通信主任技術者試験研究会のテキストからも引用しました

電気通信主任技術者無線テキスト

電気通信主任技術者無線テキスト

概要

端局装置において衛星伝送区間のキャリア単位にまとめられた信号は、変調装置により変調されて中間周波数信号となる
次に、送信周波数変換装置により、送信する周波数に変換される
最後に、電力増幅装置に入力され、増幅後衛星に向け放射される


衛星からの電波の受信においては、受信される信号は微弱であるため、まず低雑音増幅器に入力され、熱雑音の発生を抑えながら共通増幅された後、受信周波数変換装置により中間周波数信号に周波数変換される


静止衛星であってもその位置が変動するため、ビームの鋭い大口径アンテナは自動追尾が必要であり、自動追尾方式には、アンテナをわずかに振って、ビーコン信号レベルが大きくなる方向を見つけ、その方向にアンテナの向きを調整するステップトラック方式などがある


同時に多地点での受信が可能であり、放送以外に多数の受信側地球局に同時に同一の内容の情報を送信する同報通信にも利用される


衛星からの電波の照射エリアであれば、どの地点からでも通信できる地域的広域性を有している


TDMAなどの多元接続が可能であり、各地球局に通信路を割り当てる手法として、固定割当て多元接続方式、要求割当て多元接続方式などを用いることができる

衛星の姿勢制御

軌道運動をしている通信衛星においては、地球重力の勾配、太陽光の圧力、大気の抵抗などの力とトルクが働き、力は軌道運動に摂動を与え、トルクは衛星の姿勢に外乱を与える


これらに打ち克ち衛星軌道と姿勢を安定させる方式として、衛星を慣性モーメント最大軸のりにスピンさせ、ジャイロ効果によりこの軸が慣性空間に保持される特性を利用して制御するスピン方式がある


衛星の大型化が進むにつれスピン方式に代わり三軸姿勢制御方式が用いられてきた
三軸姿勢制御方式では、衛星の直交する三つの軸ごとにセンサを用いて姿勢誤差を検出し、それぞれの軸ごとに誤差を打ち消すよう制御を行う


三軸姿勢制御のバイアスモーメンタム方式は、一つの大型モーメンタムホイールとスラスタ 及び磁気トルクによって制御する
大型モーメンタムホイールの回転軸の方向は、三軸のうち軌道面垂直方向すなわちピッチ軸方向に一致させ、慣性空間で保持されている
三軸姿勢制御のゼロモーメンタム方式はピッチ、ロール及びヨー軸の三軸にそれぞれホイールを設置することにより回転速度を増減して制御する方式である
三軸姿勢制御方式の特徴として、高い姿勢安定度、搭載できる機器の大きさにかかわる自由 度などが挙げられ、特にアンテナの高指向精度や大電力を必要とする大型衛星に適しているが、 姿勢制御や推進系、熱制御系が複雑化する欠点がある


スピン安定方式は、衛星本体を回転軸のまわりに回転させることで発生する大きな角運動量により姿勢の安定を保つ方式である


ヨー誤差は測定できないが、1/4回転するとロール誤差に変わるのでそこで測定

サブシステム

推進系サブシステムは、衛星を所定の軌道へ投入したり、太陽や月の重力や地球の扁平か ら生ずる軌道の摂動に対し軌道修正を行う機能を有しており、アポジモータ、ガスジェット 装置などが含まれる


電源系サブシステムは、衛星に電力を供給する機能を有しており、三軸安定方式の衛星は 衛星本体の姿勢を一定に保ったまま太陽電池パネルのみを太陽に向けることにより太陽電池 全面を有効に利用できる


姿勢制御系サブシステムは、姿勢センサを用いて姿勢制御を行っており、ロール軸周りの姿勢角度誤差は加速度センサを用いて計測される?
※太陽センサではないらしい

割り当て

固定割当て

トラヒックの時間的な変化にかかわらず、各地球局間にあらかじめ定めた 容量の回線を固定的に割り当てる方式であり、局間トラヒックの変動が少ないネットワーク に用いられる。

要求割当て

発信地球局がトラヒックに応じて回線制御局に対して回線の割当てを要求 する方式であり、ランダムアクセスと比較して、回線制御は複雑であるが、回線利用効率の 高いネットワークを構築できる

ランダムアクセス

個々の地球局が必要に応じて比較的自由に回線にアクセスする方式 であり、要求割当てと比較して、回線制御は容易であるが、一般に、回線利用効率の高い ネットワークの構築は困難である

減衰・雑音

対流圏は、衛星通信システムの回線品質は、大気ガスによる減衰、到来角変動など晴天大気に起因する影響のほか、降雨によって大きく影響を受ける
大気ガスによる減衰は、大気中のガス分子の回転により電波が吸収されることにより生ずる ものであり、酸素、 水蒸気による吸収帯での減衰が問題になる


衛星通信では、一般に、これらの吸収帯を避けた周波数帯を使うため、大気ガスによる減衰の影響は、降雨による減衰 の影響と比較して小さい
一方、降雨による電波伝搬特性への影響には、降雨減衰、交差偏波特性劣化、降雨散乱による干渉雑音の増加などがある


衛星通信の回線設計においては、降雨による減衰、雑音の増加などに対応するマージンを付加する必要がある


降雨による交差偏波識別度の劣化は、周波数利用効率を上げるために用いている直交偏波 共用方式で特に問題となる

雑音温度

アンテナを含めた地球局の受信系の性能を定量的に示す指標として、アンテナ利 得Gと雑音温度Tの比であるG/Tが用いられる
受信アンテナ利得は、アンテナ出力端で定義される利得であり、アンテナから低雑音増幅装置の入力端までの伝送損失を含む値で表される


アンテナと低雑音増幅装置の間の伝送損失は、受信系性能の指標であるG/Tに大きく影響を与えるため、できるだけ小さく設計することが望ましい


システム雑音温度は、アンテナ雑音温度と受信機雑音温度を加えたものである



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