NECとJAXA：スペクトラム拡散通信方式を採用した商用通信衛星向けコマンド受信機を共同開発

日本電気（NEC）と宇宙航空研究開発機構（JAXA）は、スペクトラム拡散通信方式を採用した通信衛星向けコマンド受信機を共同で開発した。

スペクトラム拡散通信方式とは、伝送データと拡散符号という周期的パターンを持ったより高速なデータ列を演算させ、周波数あたりのエネルギーを分散させて送信する通信方式。受信機は、受信データと拡散符号を演算することで元の信号（伝送データ）を取り出すことができ、この処理を逆拡散という。逆拡散の際、受信波に混在していた干渉波や妨害波の成分はエネルギーが分散され、受信波に比べて周波数あたりのエネルギーが低くなるため、伝送データとの識別が容易になる。このため同方式は電波干渉や電波妨害への耐性が強いとされる。




開発した受信機は、商用の静止通信衛星などでこれまで一般的に使用されてきた周波数変調方式や位相変調方式の受信機と比べ、信号捕捉性能を同等に維持しつつ、電波干渉や電波妨害への耐性が大幅に向上している。




人工衛星の状態監視や管制には、地上から人工衛星に向けてコマンド信号を送信し、人工衛星をコントロールする方法が一般的。近年世界的に人工衛星の打上げ数が増加していることで、隣接した周波数帯域を使用する他衛星との電波干渉による通信障害が発生している。その対応のため、コマンド信号の周波数をマニュアル操作で適宜変更するなどの作業が必要となり、衛星運用者の負担を増やす要因となっている。これらの問題の解決には、従来方式に比べて電波干渉や電波妨害に対する耐性が大幅に向上するスペクトラム拡散通信方式の採用が有効だ。




しかし、スペクトラム拡散通信方式は従来の方式に比べ周波数検出に時間を要するという問題点があった。特に目標軌道に到達するまでの軌道遷移期間は、ドップラー効果による周波数変動および周波数変動率が大きく、初期捕捉時間（衛星に搭載された受信機が、地上から送信された信号の受信を認識してから、搬送波信号に同期するまでに要する時間）が長くなることが技術的な課題と言われ、従来方式からの置き換えが進まない理由のひとつとなっていた。




NECとJAXAは、JAXAが開発したマルチモード統合トランスポンダ（MTP）の設計を基に、周波数検出の時間短縮を可能とするスペクトラム拡散符号検出アルゴリズムを複数考案した。MTPとは、複数の変復調モードを有する人工衛星搭載用の送受信機。JAXA登録コンポーネントのMTPは顧客の要求にも柔軟に応えられるよう、4つの変復調モードがあり、人工衛星と地上局の間や人工衛星同士の通信に用いられる。これら複数のアルゴリズムを計算機シミュレーションや試作検証によりひとつに絞り込み、設計パラメータの最適化を行うことで、従来方式と比較し、50倍以上（17dB以上）の電波干渉波や電波妨害波の信号強度に耐えられる性能への向上と、同程度の初期捕捉時間（平均5秒以下）を両立することに成功した。これにより、従来よりも通信障害の発生頻度が低く、負担の少ない衛星運用が可能となる。




今回の開発成果は、主に商用通信衛星が用いる周波数帯や運用形態に適合するコマンド受信機「C40」としてNEC製品にラインナップされる。




本研究開発はJAXAが取り組んでいる我が国の宇宙航空分野の産業基盤強化、国際競争力強化施策の一環として実施された。その取組みと成果を広く世界にアピールすることを目的として、NECとJAXAは2018年4月16日～19日に米国で行われる世界最大級の宇宙関連産業の展示会「34th Space Symposium」のJAXA/JETROが主催するJapanブースに、本製品を出展する。