特集

宇宙統合コンピューティング・ネットワーク

衛星MIMONT T-JAXA
連携

衛星IoT

衛星センシングプラットフォーム

世界的に宇宙ビジネスが注目されており，2040年度には約120兆円に市場が拡大すると予想されています．日本においても2020年度に宇宙基本計画が約 4 年ぶりに更新され，日本の宇宙産業（約1.2兆円）を2030年代早期に倍増する計画が立てられています．宇宙産業において地球センシングビジネスへの期待は大きく，新しい市場

やましたふみひろ

いとかわきよひこ

山下史洋

糸川喜代彦

ふじのようすけ

すずきけんじ†1洋輔

鈴木†1の創出がさまざまな分野で検討されています．本稿では NTT 研究

藤野所で研究開発を進めている衛星センシングプラットフォームについNTT アクセスサービスシステム研究所† 1て解説します．

NTT 未来ねっと研究所† 2

†2賢司

†2

より，ダウンリンク（衛星から地球へこで，NTT 研究所では，地上で普及し伝送する回線）の帯域需要が拡大してている一般的なLPWA（Low Power

2020年度に制定された宇宙基本計画

います．NTT 研究所は宇宙航空研究

Wide Area）端末と同じ周波数，同じにおいて，宇宙産業の今後の柱として，開 発 機 構（JAXA） と 連 携 し，LEO

電力の端末を用い，低軌道衛星を介し①宇宙安全保障，②災害対策・国土強衛星から地上への大容量伝送を実現すて小容量データを収集する920 MHz

靭化，③宇宙科学・宇宙探査，④経済

る た め の キ ー 技 術 と し て，LEO-帯を用いた衛星センシングプラット

成長とイノベーション実現，が掲げらMIMO（Multiple-Input

Multiple-フォームを提案しています（図 1 ）．

れています ．①は通信，測位，情報

Output）技術の共同研究を実施してサービスのコンセプトとしては，地収集衛星の整備や小型衛星による海洋います ．

はじめに

（1）

球上のあらゆる場所でつながる IoT 端（2）

状況・宇宙状況の把握，②は気象・地

一方，地上においては，さまざまな物

末で海洋など超広域かつ低頻度のセン球観測の強化と災害時に被災状況の迅に通信機器を装着し，データを定期的シングデータ収集による新たな市場の速な把握のためのシステム開発，③はに収集するIoT（Internet of Things）開拓をめざしています．ハードウェア

宇宙探査，月面基地，国際宇宙ステー需要が急速に伸びています．NTT 研としては，一般的な地上用 LPWA 端

ション，④は過去や現在に国の衛星で究所では地上網ではカバーできない ,末を活用することで，端末調達コスト取得されて日々蓄積されている衛星画

超カバレッジのセンシング需要にこたを抑制します．衛星は極めてシンプル

像データ利用の拡大が代表的なものでえるため，衛星 IoT の研究開発にも着な構造で，受信した920 MHz の信号す．いずれのカテゴリにおいても低軌手しています .

波形をデジタルサンプリングして衛星道（LEO：Low Earth Orbit）衛星とセンシングは重要なキーワードであり，NTT 研究所でも宇宙統合コンピュー（3）衛星センシングプラットフォーム■提案コンセプト

搭載メモリにいったんストアし，基地局上空を飛来するタイミングでメモリに蓄積されたデータを地上基地局にダ

ティング・ネットワーク構想の下，衛これまでも衛星を経由した超カバウンリンクします．この際，衛星から星センシングプラットフォームの研究

レッジのデータ集信は存在しました．のダウンリンクで利用できる帯域は限開発を推進しています．

しかし，その多くは衛星専用装置や衛られているため，同一周波数の異なる

衛星センシングについては，近年の星専用周波数を用いており , サービス

信号を複数アンテナで送受信する

地球観測衛星の高精細化・高機能化にのコストが高止まりしていました . そMIMO 技術を活用することでダウン

2022.1023

特集

宇宙統合コンピューティング・ネットワーク

超カバレッジ
IoTサービスのプラットフォーム構築
およびサービス提供

大容量ダウンリンク
帯域をサービス共用
衛星画像伝送環境情報モニタ
IoTセンシングデータ
etc..

基地局

LPWA
方式B

LPWA
方式A

現在のIoT向け衛星システム

LPWA
方式N

本提案

ORBCOMM

ARGOS

IRIDIUM

周波数（免許）150 MHz帯（必要）

400 MHz帯（必要）

1.6 GHz帯（必要）920 MHz帯
（不要）

無線機

衛星専用

衛星専用

衛星専用

地上用をそのまま利用

送信時
消費電力

20 W以上

5 W弱

1 ～ 10 W

0.1 W程度

図1

衛星センシングプラットフォーム

リンクの大容量化を図ります．

干渉波到来方向にヌルを形成する
オフラインデジタルビーム形成■主要技術（1） 衛星ブラインドビームフォー
ミング（4）
近年920 MHz 帯を用いた地上 IoT 端
末の台数はスマートメータの利用等により都市部で急速に伸びており，衛星に920 MHz 帯の受信アンテナを搭載
すると都市部からの干渉波も同時に受信する課題が予想されます．本研究では，衛星に複数のアンテナを搭載し，大きな干渉源に対して衛星アンテナ指向性のヌル方向を向けて，他端末から希望波 : 海洋IoT等（衛星収容）

干渉波 : スマートメータ等（地上局収容）図2

衛星ブラインドビームフォーミングの干渉を低減しつつ，所望信号の受信

24利得を最大化するようにビーム指向性の信号処理により，受信 SINR（Signal軌道衛星が位置する際はセンサ情を制御します（図 2 ）．ただし，衛星to Interference Noise Ratio）向上

報収集可能が時々刻々移動することで衛星センサを図ることができます．

・半径110 km以内では18 dB以上の端末と干渉源の相対関係も変化するた

一例として高度570 km の太陽同期高SNR（Signal to Noise Ratio）

め，リアルタイムでのビーム制御は困軌道を想定した低軌道衛星のサービスという検討結果が得られています．

難です．そこで，衛星に搭載された複エリアを回線設計で評価しました．前（2） マルチプロトコル一括復調技術

数アンテナで衛星センサ端末からの信提として他端末からの干渉はなく，衛通常，衛星上で受信信号を復調する号をいったん受信し，衛星を介して地星搭載された 3 アンテナで受信されたには復調器を衛星に搭載する必要があ

上にダウンリンクした後，信号処理で信号を最大比合成します．端末アンテ

り，処理可能な通信プロトコルが限定

端末単位に他端末からの干渉を低減しナの最大ビーム指向方向の仰角が 90゜されます．現在地上で利用されているつつ，所望信号の受信利得を最大化すとなるように IoT 端末を設置した場合，920

る方法を検討しています．この地上で・端末上空の半径 640 km 以内に低2022.10MHz のプロトコルは多種多様であり，プロトコルを決めれば，提案プ

特集ラットフォームで利用できる衛星セン（3） 衛星 MIMO 技術（5）は JAXA とともに，衛星に複数アンサ種別が限定されます．そこで，現在携帯電話や無線 LAN で使われていテナを搭載し，地上にも複数アンテナ検討しているプラットフォームでは，る MIMO 技術は，アンテナを複数用を設置するが，その地上のアンテナ間マルチプロトコル一括復調を採用しま

いて限られた周波数で伝送容量を改善の距離を物理的に離すことでチャネルす．具体的には衛星には復調器を搭載する技術であり，マルチパス環境で相関を下げる方法を提案しています．

せず，波形データをサンプリング後にMIMO チャネルの相互相関が低いと物理的に地上アンテナを離せばチャネ蓄積し，地上にダウンリンクした後にきに伝送容量が改善されます．そのた

ル相関を下げることができますが，ト復調処理を行います．地上における復め，これまで衛星通信のような見通しレードオフとして受信チャネルの関係調処理をソフトウェアで実施すること

環境ではパス間の相関が高く，MIMOが相対的に非同期となる課題が生じまで，衛星打ち上げ後でも，多様なセン技術の適用が難しいとされてきましす．そこで，NTT 研究所では，このシングプロトコルに柔軟に対応できます．

た．この課題に対して NTT 研究所で非同期受信環境において MIMO 干渉補償できる技術を考案しました（図3）．一例として，衛星搭載アンテナ間超長距離見通し内伝搬環境でチャネル相関高隔を0.7 mとし，基地局間間隔を70 km離した場合，シミュレーションの結果，アンテナ遠隔配置で低相関化
遠隔非同期環境

従来の送受 1 アンテナを用いる SISO（Single Input Single Output）伝送と比べて送受 2 アンテナを用いる
MIMO 伝送のほうが平均 2 倍の伝送容量の向上を達成できます（図 4 ）．

地上基地局
干渉補償

クロック再生チャネル推定革新的衛星技術実証 3 号機へのデータ信号1, 2の復調

提案

制御信号で同期を確立

図3

MIMO

ケーラブルに容量が増えるのも MIMO
伝送の大きな魅力の 1 つです．

タイミング検出ドップラー補償

原理的にはアンテナ数を増やせば，スNTT 研究所では，衛星 MIMO 技術を用いた衛星センシングプラット

衛星 MIMO 地球局技術

従来（SISO※）

基地局 1
軌道高度500 km

基地局 2

基地局間
距離70 km
干渉補償※ SISO（Single-Input Single-Output）伝送

図4

衛星 MIMO の伝送容量2022.1025

特集

宇宙統合コンピューティング・ネットワーク

験を通じて，衛星センシングプラット

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スの議論を加速させていきたいと考えています．

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■参考文献

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図₅



革新的衛星技術実証 3 号機への提案構成

EarG>q*wRãàBNP=平地・NTT局舎

山岳地

図₆

海洋

衛星 IoT 実験イメージフォームの実証のため , JAXA の革新の信号を受信し , 地上で復調処理でき的衛星技術実証 3 号機に応募し , 実証ることを確認します．その後，海上や（6）テーマの 1 つとして選定されました .

山地など IoT 送信環境を変化させて通今年度に予定されている衛星での実験信実験をする予定です．一方，衛星かに向け，搭載装置の開発まで完了してら地上基地局へのダウンリンクとしており，現在実証実験に向けて地上装置

は X 帯（ 8 GHz 帯）の送信アンテナの開発を進めています ．図 ₅ に革新を 3 つ衛星に搭載しており，MIMO的衛星技術実証 3 号機での実験の全体アンテナ数に応じて伝送容量をスケー構成を，図 ₆ に衛星 IoT の実験イメーラブルに変更できることを確認する予ジを示します．本実験では同じ衛星に定です．

（7）

複数の実証テーマが相乗りする衛星のため，利用可能なスペース・重量・電今後に向けて力が限られており，本実験ではスケー

革新的衛星技術実証 3 号機での実験

ルモデルを用いた衛星 MIMO 伝送のを成功させるため，衛星搭載機器およ原理を確認します．サービスリンク＊

び地上装置の運用に必要となるオペとして920 MHz の IoT 受信アンテナをレーション・コマンド等のソフトウェ

3 つ搭載し，所望の衛星 IoT 端末からア開発を完遂します．その後， 1 年以上かけて，衛星実験を重ね，技術の有＊ サービスリンク：端末と衛星間の通信リンク．

2₆

2022.10

用性を明確にします．さらに，実証実（1） https://www8.cao.go.jp/space/plan/keikaku.
html（2） https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/11/05/
191105c.html（3） 坂元 ･ 景山 ･ 吉澤 ･ 藤野 ･ 小島 ･ 糸川 ･
山下：“920MHz 帯衛星 IoT プラットフォーム
における各 LPWA 方 式 の 端 末 収 容 台 数 評
価，” 信学技報 , Vol. 120, No. 372，SAT202035，pp. 35-40，2021.
（4） F.Yamashita, D.Goto, Y.Kojima, M.Matsui,
K.Itokawa, K.Yoshizawa, Y.Fujino, C.Kato，and M.Nakadai：“920-MHz IoT platform via
LEO satellite employing feeder-link MIMOtechnology,” ICETC 2020，A1-2, Online,Dec．2020.
（5） D. Goto, K. Itokawa, F.Yamashita, C.Kato，and M.Nakadai：“Clock timing synchronization
among distributed multiple antennas for
LEO-MIMO communications system,”
ICETC 2020，B1-4, Online, Dec．2020.
（6） h t t p s : / / g r o u p . n t t / j p / n e w s r e l e a s e /2020/05/29/200529a.html（7） 糸川 ･ 五藤 ･ 小島 ･ 坂元 ･ 藤野 ･ 山下 ･加 藤 ･ 中 台 ･ 谷 島 ･ 岩 田：“ 低 軌 道 衛 星
MIMO 技術を活用した920MHz 帯衛星 IoT プ
ラットフォームの軌道上実証と開発状況，”
第65回 宇宙科学技 術連 合講演会 , OS-165 ，オンライン，2021．

（左から）藤野 洋輔/ 鈴木 賢司/
山下 史洋/ 糸川 喜代彦
NTT 研究所では約16年ぶりに衛星搭載機器の開発と軌道上実証実験にチャレンジします．宇宙統合コンピューティング ･ネットワーク構想の衛星実証のトップバッ
ターとして，実験成功に向けて，チーム一丸となって取り組んでいます．

◆問い合わせ先NTT アクセスサービスシステム研究所
無線エントランスプロジェクト
TEL 046-859-4103
FAX 046-859-4311
E-mail leomimoiot-mgr-p

hco.ntt.co.jp