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衛星技術の進歩をビジネス化する楽観論は少し慎重になるべきです。
このトピックの最後で、我々はアップル社がiPhone 14で衛星技術をコンシューマに提供する動きと成長するLEO NTN市場のための他の革新を取り上げます。通信事業者は機器や地上ネットワークを衛星に直接接続する機会を探っています。これは非地上系ネットワーク（NTN）を活用してこれまでネットワーク接続を提供できていなかった未開拓の地域や地方に携帯電話サービスを提供するためです。
現在、低軌道（LEO）衛星を5Gセルラーネットワークに取り込むための規格が整備されています。このように衛星は急速に進化していますが、技術的・商業的な課題があります。
衛星直収型電話サービス
従来、衛星への接続には高価で特殊な衛星電話が必要でした。そのため市場機会は特定のユースケースとそれを必要とする予算を持つ人々や企業に限られていました。
近年、衛星を使った直収通話サービスの実現性に注目が集まっています。3GPPリリース17の規格は5G携帯電話と衛星の直接接続をサポートしています。すでに衛星は5Gネットワークの一部となりつつあります。
また3GPPはn256およびn255帯の5G周波数帯を将来の5G携帯端末が世界中の地上モバイルネットワークと非地上系ネットワークの両方を使用して接続できるようにすることも積極的に進めています。 現在のLEO衛星の第一世代は周波数帯Ku（12～18GHz間）およびKa（27～40GHz間）を使用しています。これらの高周波数帯は12GHz以下で運用されている従来の衛星帯よりも高いデータスループット、広帯域、小型アンテナ、狭ビーム、高いセキュリティに対応しています。
新しいバンドは天候や雨雲の影響を受けやすくなりますが、地上局の設計や信号の変調を工夫することでこの影響を軽減することができます。
LEOの商業的課題
新しい規格は必要不可欠でエキサイティングなものですが、NTN のビジネスダイナミクスは課題があります。大きな問題は5Gの一部としてLEO衛星を使用することをどのように商業化するかということです。
ビジネスとして、衛星の打ち上げと維持にかかる費用を創出される新しい収益で賄う必要があります。
実際、世界の約71パーセントは海です。確かに船でのアクセスは必要ですがそれはビジネスチャンスのほんの一部であり、その収益が衛星サービスのコストを相殺することはまず難しいでしょう。地球の残りの29%が陸上であり、最大の需要と予算が存在する競争の激しい市場です。
サービス・プロバイダーは電話から衛星へのサービスの収益性を高める道を模索しながら、ユースケースやカバー範囲を提供する場所の検討と格闘しています。
3GPPの標準化が舞台を作る
5Gモバイルブロードバンドの観点からは非地上系ネットワークに関する3GPPの標準化が重要です。リリースR15では導入シナリオの検討項目が多く、R16では非地上系ネットワークアーキテクチャの検討が行われました。
大きな進展があったのはR17で、現在はフリーズされています。R17にはダイレクト・ツー・フォンだけでなく、遠隔地の企業IoTデバイスのための低消費電力接続を実現する最初の規格が含まれています。R17では衛星を中継点として携帯電話や地上の5Gゲートウェイと通信し、そのゲートウェイが基地局と通信する仕様が示されました。これは「トランスペアレントモデル」と呼ばれ、衛星が中継ノードとしてアップリンクのRF信号の周波数キャリアを変更しフィルタリングと増幅を行ってからダウンリンクで送信するものになります。この際透過型ペイロードが繰り返す信号の波形は変更されません。
2023年後半にはR18で衛星にホストされる基地局やOpen RANの仕様が盛り込まれる予定です。これはダウンリンクで送信する前にアップリンクRF信号を変換・増幅する再生型と呼ばれるものです。さらに信号変換には復調、復号、再エンコード、再変調、フィルタリングなど信号の完全なデジタル処理が含まれます。
NTNが取り組むべき課題
これらは重要な開発ですが、宇宙というのは非常に複雑な作業環境です。空飛ぶトラックで技術者を送り込み問題を解決することはできません(まあ、いつかはできるかもしれませんが)。今のところは衛星を宇宙へ打ち上げる前に地上の研究所で衛星の機能を検証することの重要性がクローズアップされています。
衛星を宇宙に打ち上げる前に、地上の研究所で衛星の機能を検証することの重要性がクローズアップされています。
LEOは地球から遠く離れているため、以前の衛星コンステレーションよりも近い距離にあるにもかかわらず技術的な課題が生じます。NTN の試験計画ではいくつかの技術的、性能的な課題を検討し評価する必要があります。
技術的な課題
信号の遅延、ゆらぎそして高度によるタイミングの変動
時速数千マイルでの移動による大きなドップラーシフト
天候、大気状態、経路損失、影による信号の劣化
信号が弱くなるため、干渉やセキュリティ攻撃
指向性の問題
タイミングと同期の問題
パフォーマンスの課題
地上ネットワークへのハンドオーバー時、あるいは通過する別のLEO衛星へのハンドオーバー時にシームレスなカバレッジと接続性を提供すること
セルの安定性
通信容量
レイテンシー、ジッター
スループット（速度）
音声、映像、データ、緊急サービスなどのエンドツーエンドの品質
成功にはテストが不可欠
NTN のビジネスケースを改善する新しいアイデアが日々出てきています。その一つは、現在中型地球軌道（MEO）衛星で展開されているGPS/ GNSSサービスをカバーするためにLEO衛星のペイロードを2倍にすることです。MEOは地球からの距離が長いため信号が弱くなり、なりすましがし易いという欠点があります。
業界では2つのモデルを検討しています。
GalileoのようなMEO軌道上の衛星コンスタレーションからのPNT信号を中継・増幅する中継モデル。これにより地球からの信号が強化され、より瞬時に位置修正が可能になりセキュリティ強化のための迅速な双方向認証チェックに対応できます。
LEO衛星をPNTの信頼できる一次ソースとするか、または障害時のバックアップとして利用するLEOからの直接PNTサービス。
NTNは複雑で取り組むべき課題も多くあります。打ち上げ前に地上でNTNの能力を保証する包括的なテスト計画を作成し、実行することは成功のために不可欠です。
Spirent Vertexによるこの分野のテストの詳細については、当社のホワイトペーパー『Testing Satellite Communications for 5G Networks』を参照してください
