雨が消える

レインフェードとは、主に大気中の雨、雪、または氷によるマイクロ波無線周波数(RF) 信号の吸収と損失を指し、特に 11 GHzを超える周波数で多く見られます。また、暴風雨前線の前縁の電磁干渉によって引き起こされる信号の劣化も指します。レインフェードは、アップリンクまたはダウンリンクの場所での降水によって発生することがあります。特に衛星放送受信アンテナのルックアングルが低い場合は、信号が何マイルも離れた降水を通過する可能性があるため、その場所で雨が降っていなくてもレインフェードの影響を受けることがあります。5% ～ 20% のレインフェードまたは衛星信号の減衰は、アップリンクまたはダウンリンクのアンテナ反射鏡、レドーム、またはフィードホーン上の雨、雪、または氷によっても発生することがあります。レインフェードは衛星のアップリンクやダウンリンクに限定されず、地上のポイントツーポイントのマイクロ波リンク (地球の表面にあるもの) にも影響することがあります。

雨の減衰は通常、実験的に推定され、雨滴の散乱理論を使用して理論的に計算することもできます。雨滴サイズ分布（DSD）は、雨の減衰特性を研究するための重要な考慮事項です。^[1] DSDをモデル化するために、ガンマ関数、対数正規または指数形式などのさまざまな数学形式が通常使用されます。点マッチングまたはt行列アプローチによるミーまたはレイリー散乱理論は、散乱断面積と特定の雨の減衰を計算するために使用されます。雨は時間と空間の両方で不均一なプロセスであるため、特定の減衰は場所、時間、雨の種類によって異なります。

総雨量減衰は、雨場の空間構造にも依存する。雨の水平方向および垂直方向の広がりは、雨の種類や場所によっても異なる。垂直方向の雨域の限界は通常、0˚等温線と一致すると想定され、雨高と呼ばれる。融解層の高さも雨域の限界として使用され、レーダー反射の明るいバンドシグネチャから推定できる。 ^[2]水平方向の雨構造は、雨セルと呼ばれる細胞状であると想定される。雨セルのサイズは、雨の種類や場所によって、数百メートルから数キロメートルまで変化する。最近、熱帯雨では非常に小さなサイズの雨セルの存在が観測されている。^[3]

衛星通信における降雨減衰は、降雨減衰予測モデルを使用して予測することができ、これによりフェード緩和技術 (FMT) の適切な選択が可能になります。^[4]降雨減衰予測モデルには降雨量データが必要ですが、これは、不正確な降雨予測を反映する可能性のある予測降雨マップ、またはより正確な予測と適切な FMT の選択を可能にする実際の測定降雨データのいずれかから取得できます。実質的に、海抜高度は降雨減衰パフォーマンスに影響を与える重要な要因です。^[5]衛星システムの設計者とチャネルプロバイダーは、チャネル設定時に降雨による障害を考慮する必要があります。

降雨フェードの影響を克服する方法としては、サイトダイバーシティ、アップリンク電力制御、可変レートエンコーディング、および通常の気象条件で要求されるサイズよりも大きい受信アンテナなどが挙げられます。

衛星通信における雨によるフェード効果を補正する最も簡単な方法は、送信電力を増やすことです。この動的なフェード対策は、アップリンク電力制御(UPC) と呼ばれます。^[6]最近まで、アップリンク電力制御は、通常は低レベルで動作し、コマンドに応じて (つまり自動的に) 電力レベルを上げることができるより強力な送信機を必要としたため、使用が制限されていました。また、アップリンク電力制御では、送信アンプを圧縮せずに非常に大きな信号マージンを提供できませんでした。^[7]トランスポンダの飽和を防ぐための自動制御を提供する高度なアップリンク電力制御システムを最新のアンプと組み合わせることで、アップリンク電力制御システムは、衛星信号の雨によるフェードに対する効果的で手頃で簡単なソリューションになります。^[8]

11GHzから80GHzの地上ポイントツーポイントマイクロ波システムでは、降雨による減衰が発生しやすい高帯域幅接続と並行してバックアップリンクを設置できます。^[9]この配置では、80GHz 1Gbit/s全二重マイクロ波ブリッジなどのプライマリリンクは、1年間で99.9%の可用性率を持つと計算されます。^[10]計算された99.9%の可用性率は、暴風雨のピークがその地域を通過するときに、リンクが年間合計10時間以上ダウンする可能性があることを意味します。^[10] 5.8GHzベースの100Mbit/sブリッジなどのセカンダリ低帯域幅リンクをプライマリリンクと並行して設置し、プライマリ1Gbit/sリンクが降雨による減衰でダウンしたときに、両端のルーターが100Mbit/sブリッジへの自動フェイルオーバーを制御します。この配置を使用すると、高周波ポイントツーポイントリンク（23GHz以上）を設置して、1年間で99.99％の稼働率を必要とする単一のリンクでサービスを提供できるよりも数キロメートル離れた場所にサービスを提供できるようになります。^[11]

CCIR補間式を使用して、特定の場所における累積減衰分布を外挿することが可能である。^[12]

A _p = A ₀₀₁ 0.12 p ^{−(0.546 − 0.0043 log ₁₀ p )} .

ここで、A _{p は}時間のpパーセントで超過した減衰量（dB 単位）であり、 A _{001 は}時間の 0.01% で超過した減衰量です。

ITU-Rによれば^[13] 、降雨減衰統計は7～55GHzの範囲で次の式で表すことができる。

${\displaystyle {\frac {A_{2}}{A_{1}}}=\left({\frac {b_{2}}{b_{1}}}\right)^{1-1.12\cdot 10^{-3}{\sqrt {b_{2}/b_{1}}}(b_{1}A_{1})^{0.55}}}$

どこ

${\displaystyle b_{i}={\frac {f_{i}^{2}}{1+10^{-4}f_{i}^{2}}}}$

f はGHz単位の周波数です。

• フレネルゾーン
• 多様性スキーム
• 滴サイズ分布（DSD）
• 雨による減衰を効果的に低減できるSバンドを使用した初の直接放送衛星IndoStar-1
• Sバンド