衛星インターネットアクセス

衛星インターネットアクセスは、通信衛星を通じて提供されるインターネットアクセスです。高速を維持できる場合は、衛星ブロードバンドと呼ばれます。現代の消費者向け衛星インターネットサービスは、通常、比較的高速なデータ速度を提供できる静止衛星を通じて個々のユーザーに提供され、^[1]新しい衛星はKuバンドを_使用して最大506  Mbit/sのダウンストリームデータ速度を実現します。^[2]さらに、宇宙からの低遅延インターネットアクセスを可能にするために、低軌道で新しい衛星インターネットコンステレーションが開発されています。

1957年10月にソ連が最初の衛星スプートニク1号を打ち上げた後、米国は1958年にエクスプローラー1号の打ち上げに成功しました。最初の商用通信衛星はベル研究所が製造し、1962年7月に打ち上げられたテルスター1号でした。

静止衛星（赤道上空を周回し、地球の自転に合わせて静止したままでいられる衛星）のアイデアは、 1928年にハーマン・ポトチニクによって初めて提案され、 1945年にSF作家 アーサー・C・クラークによってWireless World誌の論文で普及しました。 ^[3]静止軌道への最初の到達に成功した衛星は、ヒューズ・エアクラフト社がNASAのために製造し、1963年8月19日に打ち上げられたシンコム3でした。その後の世代の通信衛星は、容量が大きく性能特性が向上し、テレビ配信、軍事用途、電気通信の目的で採用されました。インターネットとワールド・ワイド・ウェブの発明に伴い、静止衛星はインターネットアクセスを提供する潜在的な手段として関心を集めました。

衛星によるインターネットの実現に大きく貢献したのは、衛星にK _aバンドを開放したことだ。1993 年 12 月、ヒューズ エアクラフト社は連邦通信委員会に、最初の K _aバンド衛星であるSpaceway を打ち上げるためのライセンスを申請した。1995 年、FCC は K _{aバンド衛星のさらなる申請を呼びかけ、15 社から申請があった。その中には、} EchoStar、Lockheed Martin、GE-Americom、Motorola 、および後にWildBlueとなった KaStar Satellite などがあった。

衛星インターネットの初期段階における著名な志願者の一人にテレデシックがあった。これはマイクロソフトが一部資金を提供した野心的なプロジェクトだったが、最終的には失敗に終わり、最終的には90億ドル以上の費用がかかった。テレデシックの構想は、K _aバンド周波数で数百の低軌道衛星からなる衛星インターネット群を構築し、ダウンロード速度が最大720 Mbit/sの安価なインターネットアクセスを提供することだった。しかし、このプロジェクトは2003年に中止された。テレデシックの失敗と、衛星通信プロバイダーのイリジウムコミュニケーションズ社とグローバルスター社の破産申請が相まって、衛星インターネット開発に対する市場の熱意は冷めた。消費者向けの最初のインターネット対応衛星は2003年9月に打ち上げられた。^[4]

2004年、初の高スループット衛星であるアニクF2号の打ち上げにより、容量と帯域幅が改善された次世代衛星のクラスが運用可能になった。最近では、2011年のViaSatのViaSat-1衛星や2012年のHughesNetのJupiterなどの高スループット衛星がさらなる改善を達成し、ダウンストリームデータレートを1～3Mbit/sから12～15Mbit/s以上に引き上げた。これらの衛星と連携したインターネットアクセスサービスは、ダイヤルアップ、ADSL、または従来のFSS経由のインターネットサービスの代替として、主に地方の住民を対象としている。^[5]

2013年、O3b衛星群の最初の4機の衛星が中軌道（MEO）に打ち上げられ、当時安定したインターネット接続がなかった「他の30億人」にインターネット接続を提供した。その後6年間でさらに16機の衛星が衛星群に加わり、現在はSESが所有・運用している。^[6]

2014年以降、低軌道の衛星群を使ったインターネットアクセスの取り組みを発表する企業が増えている。SpaceX 、OneWeb、Amazonはいずれ も1000基以上の衛星を打ち上げる計画だった。OneWebだけでも2017年2月までにこのプロジェクトのために17億ドルを調達し^[7]、SpaceXは2019年上半期にStarlinkと呼ばれるサービスのために10億ドル以上を調達した。^[8]同社は2025年までに衛星群から300億ドル以上の収益を見込んでいた。^{[9] [10]} Starlinkは2024年2月現在、軌道上で5,402基の運用衛星を保有している。^[11]

計画されている衛星群の多くは、衛星間リンクにレーザー通信を採用し、宇宙ベースのインターネット バックボーンを効果的に構築します。

2017年9月、SESはO3b mPOWERと名付けられた次世代のO3b衛星とサービスを発表しました。11基のMEO衛星のコンステレーションは、ブロードバンドインターネットサービス用の3万個のスポットビームを通じて、世界中に10テラビットの容量を提供します。最初の2基のO3b mPOWER衛星は2022年12月に打ち上げられ、さらに9基が2023～2024年に配備される予定で、最初のサービス開始は2023年第3四半期になると予想されています。^{[12] [13]}

2017年現在、デルタ航空やアメリカン航空などの航空会社は、飛行機の帯域幅の制限に対抗し、乗客に実用的なインターネット速度を提供するための手段として、衛星インターネットを導入しています。^[14]

2024年現在、^[update]米国で衛星経由で家庭用インターネットサービスを提供している企業には、 ExedeブランドのViaSat 、子会社HughesNetのEchoStar、Starlink、Project Kuiperなどがある。^[15]

EUは2020年代にIRIS²プロジェクトを開始する予定である。 ^[16]

2023年現在、中国はチャイナサットが運営する^[update]独自の国有衛星インターネットコンステレーションを開発中です。^[17]

インドがこの分野で主に提供しているのはOnewebとJioSpaceFiberです。^[18]また、2023年時点ではStarlinkとProject Kuiperのライセンスを検討中です。^[19]

衛星インターネットは、一般的に3つの主要な構成要素に依存しています。衛星（歴史的には静止軌道（GEO）でしたが、現在では低軌道（LEO）または中軌道（MEO））^[20]  ）、ゲートウェイと呼ばれるインターネット データを衛星との間で無線（マイクロ波）で中継する多数の地上局、および小型アンテナとトランシーバーを備えた各加入者にサービスを提供するその他の地上局です。衛星インターネット システムの他の構成要素には、ユーザーのネットワークをトランシーバーにリンクするユーザー側のモデム、およびシステム全体を監視するための集中型ネットワーク オペレーション センター（NOC）があります。衛星はブロードバンド ゲートウェイと連携してスター ネットワークトポロジを運用します。このトポロジでは、すべてのネットワーク通信がスターの中心にあるネットワークのハブ プロセッサを通過します。この構成では、ハブに接続できる地上局の数は事実上無制限です。

新しいブロードバンド衛星ネットワークの中心として売り出されているのは、赤道上空 35,786 キロメートル (22,236 マイル) に位置し、K _aバンド (18.3～30 GHz) モードで動作する新世代の高出力 GEO 衛星です。^[21]これらの新しい専用衛星は、ブロードバンド アプリケーション向けに設計および最適化されており、多数の狭いスポット ビーム^[22]を採用しています。スポット ビームは、以前の通信衛星で使用されていた広いビームよりもはるかに狭い領域をターゲットとしています。このスポット ビーム技術により、衛星は割り当てられた帯域幅を複数回再利用できるため、従来の広いビーム衛星よりもはるかに高い全体容量を実現できます。スポット ビームは、定義された集中領域により多くの電力と受信感度を集中させることで、パフォーマンスと結果的な容量を向上させることもできます。スポット ビームは、加入者側端末との間で送受信する加入者スポット ビームと、サービス プロバイダーの地上局との間で送受信するゲートウェイ スポット ビームの 2 種類に分類されます。スポット ビームの狭いフットプリントから外れると、パフォーマンスが大幅に低下する可能性があることに注意してください。また、スポットビームにより、「キャリアイン キャリア」変調などの他の重要な新技術の使用が不可能になる可能性があります。

衛星のスポットビーム技術と併せて、ベントパイプアーキテクチャは、衛星が地上の 2 つの通信ポイントを接続する宇宙の橋として機能するネットワークで伝統的に採用されてきました。「ベントパイプ」という用語は、送信アンテナと受信アンテナ間のデータパスの形状を表すために使用され、衛星はベントポイントに配置されます。簡単に言えば、このネットワーク構成における衛星の役割は、エンドユーザーの端末から ISP のゲートウェイに信号を中継し、衛星で信号を処理せずに再び戻すことです。衛星は、トランスポンダーと呼ばれる信号パスを介して特定の無線周波数のキャリアを受信、増幅、リダイレクトします。^[23]

スターリンクや提案されているテレサット衛星群などの低軌道衛星群では、高スループットの光衛星間リンクにレーザー通信機器が採用される。相互接続された衛星により、衛星間でのユーザーデータの直接ルーティングが可能になり、シームレスなネットワーク管理とサービスの継続性を可能にする宇宙ベースの光メッシュネットワークが効果的に構築される。^[24]

衛星には、地球からの通信信号を受信し、目的の場所に信号を送信するための独自のアンテナ セットがあります。これらのアンテナとトランスポンダは、地球上のさまざまな場所との間で信号を送受信するように設計された衛星の「ペイロード」の一部です。ペイロード トランスポンダでのこの送受信を可能にするのは、周波数を変更し、信号をフィルタリング、分離、増幅、グループ化してから、地球上の宛先アドレスにルーティングするために使用されるリピータ サブシステム (RF (無線周波数) 機器) です。衛星の高ゲイン受信アンテナは、送信されたデータをトランスポンダに渡します。トランスポンダは、データをフィルタリング、変換、増幅してから、搭載されている送信アンテナにリダイレクトします。その後、信号はキャリアと呼ばれるチャネルを通じて特定の地上の場所にルーティングされます。ペイロードの他に、通信衛星のもう 1 つの主要コンポーネントはバスと呼ばれ、衛星を所定の位置に動かし、電力を供給し、機器の温度を調整し、健全性および追跡情報を提供し、その他多数の運用タスクを実行するために必要なすべての機器で構成されています。^[23]

過去 10 年間の衛星技術の劇的な進歩に伴い、地上設備も同様に進化し、統合レベルの向上と処理能力の向上の恩恵を受け、容量とパフォーマンスの限界が拡大しました。ゲートウェイ(またはゲートウェイ地球局 (正式名称)) は、地上局、テレポート、またはハブとも呼ばれます。この用語は、アンテナ ディッシュ部分のみを説明するために使用される場合もあれば、関連するすべてのコンポーネントを含む完全なシステムを指す場合もあります。簡単に言うと、ゲートウェイは、リターン ペイロードまたはアップストリーム ペイロードの最後の区間で衛星から無線波信号を受信し、エンド ユーザーのサイトから発信された要求を運びます。ゲートウェイの場所にある衛星モデムは、屋外アンテナからの入力信号を IP パケットに復調し、パケットをローカル ネットワークに送信します。アクセス サーバー/ゲートウェイは、インターネットとの間で転送されるトラフィックを管理します。最初の要求がゲートウェイのサーバーによって処理され、インターネットに送信されてインターネットから返されると、要求された情報は、衛星を介してエンド ユーザーにフォワード ペイロードまたはダウンストリーム ペイロードとして返され、衛星は信号を加入者端末に向けます。各ゲートウェイは、サービスを提供するゲートウェイ ビームに対してインターネット バックボーンへの接続を提供します。

衛星地上システムを構成するゲートウェイ システムは、衛星および対応する地上接続のすべてのネットワーク サービスを提供します。各ゲートウェイは、インターネットへの加入者端末接続用のマルチサービス アクセス ネットワークを提供します。

アメリカ大陸は赤道の北に位置しているため、ゲートウェイおよび加入者用パラボラアンテナはすべて、南の空を遮るものなく見渡せる必要があります。衛星は静止軌道上にあるため、ゲートウェイアンテナは固定された位置を向いたままにできます。

顧客が提供する機器 (PC やルーターなど) がブロードバンド衛星ネットワークにアクセスするには、顧客が追加の物理コンポーネントをインストールする必要があります。

屋外ユニットの遠端には、通常、小型 (2 ～ 3 フィート、直径 60 ～ 90 cm) の反射皿型無線アンテナがあります。VSAT アンテナは、衛星への適切な視線(LOS) を確保するために、空を遮るものなく見渡すことができる必要があります。アンテナが衛星で正しく構成されていることを確認するために使用される 4 つの物理的特性設定は、方位角、仰角、偏波、およびスキューです。これらの設定を組み合わせることで、屋外ユニットは選択した衛星への LOS を確保し、データ送信が可能になります。これらのパラメータは、通常、機器の設置時にビーム割り当て (K _aバンドのみ) とともに設定されます。これらの手順はすべて、実際にサービスを有効にする前に実行する必要があります。送信コンポーネントと受信コンポーネントは、通常、衛星からデータを受信/衛星にデータを送信するアンテナの焦点に取り付けられます。主な部品は次のとおりです。

• フィード – このアセンブリは、VSAT 受信および送信チェーンの一部です。このチェーンは、ユニットの前面にあるフィードホーンなど、さまざまな機能を持つ複数のコンポーネントで構成されています。フィードホーンは漏斗に似ており、衛星のマイクロ波信号を皿の反射鏡の表面に集中させる役割を果たします。フィードホーンは、皿の表面で反射された信号を受信するとともに、送信信号を衛星に送り返します。
• ブロック アップコンバータ(BUC) – このユニットはフィード ホーンの後ろに配置され、同じユニットの一部である場合もありますが、より大型の (高ワット数の) BUC は、アンテナのベースに取り付けられた別個の部品である場合もあります。その役割は、モデムからの信号をより高い周波数に変換し、アンテナから反射されて衛星に向かう前に増幅することです。
• 低ノイズ ブロック ダウンコンバータ(LNB) – これは端末の受信要素です。LNB の役割は、受信された衛星無線信号を増幅し、有効な情報を含まない信号であるノイズを除去することです。LNB は増幅され、フィルタリングされた信号をユーザーの場所にある衛星モデムに渡します。

衛星モデムは、屋外ユニットと顧客提供の機器 (PC、ルーターなど) 間のインターフェイスとして機能し、衛星の送受信を制御します。送信デバイス (コンピューター、ルーターなど) から入力ビットストリームを受信し、それを無線波に変換または変調します。受信伝送の順序を逆にします。これを復調と呼びます。2 種類の接続を提供します。

• 衛星アンテナへの同軸ケーブル (COAX) 接続。モデムとアンテナ間の電磁衛星信号を伝送するケーブルの長さは、通常 150 フィート以下に制限されます。
• コンピュータへのイーサネット接続。インターネット コンテンツ サーバーとの間で顧客のデータ パケットを伝送します。

消費者向け衛星モデムは通常、割り当てられたゲートウェイと通信するために DOCSISまたはWiMAX通信規格のいずれかを採用します。

レイテンシ(一般に「ping 時間」と呼ばれます) は、データの要求から応答の受信までの間の遅延、または一方向通信の場合は、信号がブロードキャストされた実際の瞬間から宛先で受信されるまでの時間の間の遅延です。

無線信号が静止衛星に到達するまでに約 120 ミリ秒かかり、その後地上局に到達するまでに 120 ミリ秒かかるため、全体で約 1/4 秒になります。通常、完璧な条件下では、衛星通信に関係する物理的性質により、往復の遅延時間はおよそ 550 ミリ秒になります。

遅延が長いことが、標準的な地上ベースのネットワークと静止衛星ベースのネットワークの主な違いです。静止衛星通信ネットワークの往復遅延は、地上ベースのネットワークの12倍以上になることがあります。^{[25] [26]}

衛星通信の遅延は、オンラインゲームなどの時間に敏感なアプリケーションには特に悪影響を及ぼす可能性があります（ただし、多くのMMOGは衛星インターネット経由で問題なく動作しますが、一人称シューティングゲームやレーシングシミュレーターなどにのみ深刻な影響を与えます^[27]）。しかし、IPTVは通常、単方向伝送（一方向伝送）であり、遅延はビデオ伝送にとって重要な要素ではありません。

この遅延の影響は、データ圧縮、TCPアクセラレーション、HTTPプリフェッチを使用することで軽減できる可能性があります。^[28]

静止軌道(または静止地球軌道/GEO) は、地球の赤道 (緯度 0°) の真上にある静止軌道で、周期は地球の自転周期に等しく、軌道離心率はほぼゼロです (つまり「円軌道」)。静止軌道上の物体は、地上の観測者には空の固定位置で静止しているように見えます。打ち上げ機は通信衛星や気象衛星を静止軌道に配置することが多く、これにより、通信衛星や気象衛星と通信する衛星アンテナは、衛星を追跡するために移動する必要がなくなり、衛星が止まっている空の位置に永久に向けることができます。静止軌道の緯度は一定で円形であるため、GEO 上の衛星の位置は経度のみで異なります。

地上ベースの通信と比較すると、静止衛星通信は、信号が静止軌道上の衛星まで35,786 km (22,236 マイル)移動し、再び地球に戻るため、遅延が大きくなります。光速(約 300,000 km/秒または 186,000 マイル/秒) でも、この遅延は顕著に感じられることがあります。他のすべての信号遅延を排除できたとしても、無線信号が衛星まで移動し、地上に戻るまでに約 250 ミリ秒 (ms)、つまり約 4 分の 1 秒かかります。^[29]遅延の絶対最小総量は、衛星が空の 1 か所に留まるのに対し、地上のユーザーは真下 (往復遅延 239.6 ミリ秒) にいる場合や、地球の地平線近くのはるか遠く (往復遅延 279.0 ミリ秒) にいる場合があるために異なります。^[30]

インターネットパケットの場合、応答を受信するまでにその遅延は2倍になります。これは理論上の最小値です。ネットワークソースからの他の通常の遅延を考慮すると、ユーザーからISPへの片道接続の遅延は通常500〜700ミリ秒、またはユーザーに戻る往復時間（RTT）の合計遅延は約1,000〜1,400ミリ秒になります。これは、ほとんどのダイヤルアップユーザーが経験する通常150〜200ミリ秒の合計遅延よりも長く、ケーブルやVDSLなどの他の高速インターネットサービスのユーザーが経験する通常15〜40ミリ秒の遅延よりもはるかに高くなります。^[31]

静止衛星の場合、遅延をなくす方法はありませんが、送信側と受信側の間のフィードバック ループを分割 (「スプーフィング」) することで、パケットあたりの見かけの往復時間 (RTT) を短縮するTCP アクセラレーション機能を使用して、インターネット通信でこの問題をある程度軽減することができます。最近の技術開発では、衛星インターネット機器に特定のアクセラレーション機能が組み込まれていることがよくあります。

遅延は、Web サーバーと Web クライアント間で多数のデータを交換するSSLなどの安全なインターネット接続の開始にも影響します。これらのデータ量は小さいですが、ハンドシェイクに伴う複数の往復により、他の形式のインターネット接続に比べて長い遅延が発生します。これは、Rural Mobile and Broadband Alliance が 2011 年に発行したレポートで Stephen T. Cobb によって文書化されています。^[32]この煩わしさは、一部の Software as a Service ( SaaS)アプリケーションを使用したデータの入力と編集、および他の形式のオンライン作業にも及びます。

仮想プライベート ネットワークなど、遠く離れたコンピュータへのライブ インタラクティブ アクセスなどの機能は、高遅延の影響を受ける可能性があります。多くの TCP プロトコルは、高遅延環境で動作するように設計されていません。

中軌道 (MEO) および低軌道 (LEO) の衛星群では、衛星が地上に近いため、それほど長い遅延は発生しません。例:

• 現在のGlobalstarおよびIridium衛星の LEO コンステレーションは、往復の遅延が 40 ミリ秒未満ですが、スループットはチャネルあたり 64 kbit/s でブロードバンドより低くなります。Globalstar コンステレーションは地球から 1,420 km 上空を周回し、Iridium は高度 670 km を周回します。
• O3bコンステレーションは8,062kmの軌道を周回し、RTT遅延は約125msです。^{[33]このネットワークは、} 1Gbit/sをはるかに超えるリンクで、はるかに高いスループットを実現するように設計されています 。次世代のO3b mPOWERコンステレーションは同じ軌道を共有し、1人のユーザーに50Mbit/sから数ギガビット/秒の速度を提供します。^[34]
• 2021年の調査では、スターリンク衛星は高度550kmを周回しており、RTTの平均遅延は45msであることが示されました。^[35] 2022年の別の調査では、メトロバンクーバー地域で実施された測定研究によると、スターリンクネットワークの遅延は地上ネットワークの遅延よりも1.8ms～22.8ms長いことが示されました。^[36]スターリンクインフラストラクチャの展開は時間と場所によって異なるため、正確な測定結果が異なる場合があることに注意してください。

静止衛星とは異なり、LEO衛星とMEO衛星は空の固定位置に留まらず、より低い高度から地球のより狭い範囲を「見る」ことができるため、継続的で広範囲なアクセスには、衛星間のデータ転送を切り替えて顧客との接続を維持し、地上局による追跡を行う複雑な衛星群管理を備えた多数の衛星群（低軌道では中軌道よりも多くの衛星が必要）が必要です。^{[20] [37]}

MEO衛星は、地上局で同じ信号強度を達成するためにLEO衛星よりも高い電力送信を必要とするが、高度が高いため軌道の混雑も少なく、軌道速度が遅いためドップラーシフトと必要な衛星群のサイズと複雑さも減少する。^{[38] [39]}

移動する衛星の追跡は、通常、次の 3 つの方法のいずれかで行われます。

• より拡散した、または完全に全方向性の地上アンテナで、同時に上空に見える1つ以上の衛星と通信できますが、固定された静止パラボラアンテナよりも送信電力が大幅に高く（利得が低いため）、信号を受信するための信号対雑音比がはるかに悪くなります。
• 個々の衛星を追跡する高利得狭ビームアンテナを備えた電動アンテナマウント
• ビームを電子的に操縦できるフェーズドアレイアンテナと、衛星群内の各衛星の軌道を予測できるソフトウェアを組み合わせたものです。

2022年5月、カザフスタンの移動体通信事業者Kcellと衛星所有者・運用事業者SESは、 SESのO3b MEO衛星群を使用して、MEO衛星を使用することで、カザフスタンの遠隔地に高速モバイルインターネットを提供し、信頼性の高いビデオ通話、会議、ストリーミング、ウェブ閲覧が可能になることを実証した。遅延は、静止軌道衛星に基づく既存のプラットフォームの5倍低い。^{[40] [41]}

中継衛星の代替案として提案されているのは、地上の固定地点の上空を円形の経路に沿って飛行し、高度約 20,000 メートルで自律的なコンピューター制御の下で動作する、専用の高高度プラットフォーム ステーション航空機です。

例えば、米国防高等研究計画局の ヴァルチャー計画では、最大5年間にわたり一定エリアに留まり、地上資産の継続的な監視と極めて低遅延の通信ネットワークのサービス提供の両方が可能な超軽量航空機が構想されていた。^[42]このプロジェクトは運用開始前に2012年に中止された。^[要出典]

機内バッテリーは、翼を覆うソーラーパネルを通じて日中に充電され、夜間に飛行機に電力を供給する。地上の衛星インターネットアンテナが飛行機との間で信号を中継し、往復の信号遅延はわずか 0.25 ミリ秒と大幅に短縮される。飛行機は燃料補給なしで長期間飛行できる可能性がある。過去には、さまざまな種類の飛行機を対象としたこのような計画がいくつか提案されている。

衛星通信は、エンドユーザーまたは地上局と利用される衛星との間の信号経路における湿気やさまざまな形態の降水（雨や雪など）の影響を受ける。この信号への干渉はレインフェードと呼ばれる。影響は低周波数の「L」および「C」バンドではそれほど顕著ではないが、高周波数の「Ku」および「Ka」バンドでは非常に深刻になることがある。熱帯地域で大雨が降る衛星インターネットサービスでは、円偏波衛星を使用したCバンド（4/6GHz）の使用が一般的である。^{[43] Ka}_バンド（19/29GHz）での衛星通信では、大きな降雨マージン、適応型アップリンク電力制御、降雨時のビットレート低下などの特別な技術を使用できる。

降雨マージンとは、湿気や降水による信号劣化を考慮するために必要な追加の通信リンク要件であり、10GHzを超える周波数で動作するすべてのシステムにとって極めて重要です。^[44]

衛星通信用アンテナのサイズを大きくして、ダウンリンクでより多くの衛星信号を収集し、アップリンクでより強い信号を提供することで、サービスが失われる時間を短縮できます。言い換えると、より大きなパラボラ反射鏡を使用してアンテナのゲインを増やすことは、全体的なチャネル ゲインと、その結果として信号対雑音比 (S/N) を増やす 1 つの方法です。これにより、S/N 比が通信を成功させる最小しきい値を下回ることなく、降雨による信号損失が大きくなります。

現代の消費者向けパラボラアンテナは、かなり小型である傾向があり、そのため、降雨余裕が減少したり、必要な衛星ダウンリンク電力とコストが増加したりします。ただし、衛星コストを削減するために消費者向けアンテナのサイズを大きくするよりも、より高価な衛星とより小型で安価な消費者向けアンテナを構築する方が経済的であることがよくあります。

直径 3.7 m ～ 13 m の大型市販パラボラアンテナを使用すると、降雨マージンを拡大できるほか、変調コードの効率化によりビットあたりのコストも削減できます。あるいは、開口アンテナを大きくすれば、衛星からの電力消費を抑えて許容できるパフォーマンスを実現できます。衛星は通常、太陽光発電を使用するため、エネルギー自体には費用がかかりませんが、より強力な衛星には、より大きく強力なソーラーパネルと電子機器が必要になり、送信アンテナも大きくなることがよくあります。衛星の部品が大きくなると、材料費が上がるだけでなく、衛星の重量も増えます。一般に、衛星を軌道に乗せるコストは重量に正比例します。(さらに、衛星打ち上げ用車両 (ロケット) には特定のペイロード サイズ制限があるため、衛星の一部を大型化するには、ソーラーパネルや高利得アンテナなどの衛星の部品をより複雑に折りたたむ機構を採用するか、より大きなペイロードに対応できるより高価な打ち上げ用車両にアップグレードする必要があります。)

変調された搬送波は、適応型コーディングおよび変調 (ACM) と呼ばれるプロセスを使用して、雨の問題やその他のリンク障害に応じて動的に変更できます。ACM を使用すると、通常の晴天時にビット レートを大幅に増加でき、送信される Hz あたりのビット数が増加し、ビットあたりの全体的なコストが削減されます。適応型コーディングには、衛星または地上の任意の利用可能な手段を介した、何らかのリターンまたはフィードバック チャネルが必要です。

2 つの物体が視線内にあると判断されるのは、山などの障害物なしに、物体間の直線が結ばれる場合です。地平線を越​​えた物体は視線の下にあるため、通信が困難になることがあります。

通常、システムが最適に機能するには、アンテナと衛星の間に完全にクリアな見通し線が必要です。信号は湿気による吸収や散乱の影響を受けやすいだけでなく、信号経路にある木やその他の植物の存在によっても同様に影響を受けます。無線周波数が 900 MHz 未満に下がると、植物の透過性が高まりますが、ほとんどの衛星通信は 2 GHz 以上で動作するため、木の葉などの小さな障害物にも影響を受けます。冬にアンテナを設置する場合は、春や夏に現れる植物の葉の成長を考慮する必要があります。

送信アンテナと受信アンテナの間に直接見通し線がある場合でも、信号経路の近くにある物体からの反射により、位相が相殺されて見かけの信号電力が減少することがあります。反射によって信号が失われるかどうか、また失われる場合の量は、アンテナの フレネルゾーン内の物体の位置によって決まります。

家庭用または消費者向け双方向衛星インターネット サービスには、衛星経由で遠隔の超小型衛星端末(VSAT) からハブ通信ポート(テレポート) へのデータの送受信が含まれます。その後、ハブ通信ポートは地上インターネット経由でデータを中継します。各場所の衛星アンテナは、他の衛星との干渉を避けるために正確に向ける必要があります。各 VSAT サイトでは、アップリンク周波数、ビット レート、および電力をサービス プロバイダー ハブの制御下で正確に設定する必要があります。

双方向衛星インターネット サービスには、時分割多重アクセス(TDMA) や1 キャリアあたり 1 チャネル(SCPC) など、いくつかの種類があります。双方向システムは、消費者や中小企業向けの 60 ～ 100 cm の皿とわずか数ワットの出力を持つ単純なVSAT端末から、より広い帯域幅を提供する大規模システムまであります。このようなシステムは「衛星ブロードバンド」として販売されることが多く、 ADSLなどの地上ベースのシステムに比べて月額費用が 2 ～ 3 倍かかることがあります。このサービスに必要なモデムは多くの場合独自のものですが、いくつかの異なるプロバイダーと互換性のあるものもあります。また、価格は 600 ～ 2,000 米ドルと高価です。

SES Broadband端末アンテナで使用されている双方向「iLNB」には、送信機と単極性受信 LNB があり、どちらもK _uバンドで動作します。SES Broadband モデムの価格は 299 ～ 350 ユーロです。これらのタイプのシステムは、移動中の車両での使用には適していませんが、アンテナによっては、アンテナを継続的に再調整するための自動パンおよびチルト メカニズムが取り付けられているものもありますが、これらは高価です。SES Broadband の技術は、ベルギーの Newtec 社によって提供されました。

消費者向け衛星インターネットの顧客は、1 台の PC を持つ個人の家庭ユーザーから、数百台の PC を持つ大規模な遠隔地のビジネス サイトまで多岐にわたります。

家庭ユーザーは、コストを削減するために共有衛星容量を使用する傾向があるが、混雑がない場合には高いピークビットレートは維持される。通常、時間ベースの帯域幅の割り当てが制限されており、各ユーザーは支払いに応じて公平な割り当てを受けることができる。ユーザーが割り当てを超えた場合、会社はアクセスを遅くしたり、トラフィックの優先順位を下げたり、超過した帯域幅に対して課金したりすることがあります。消費者向け衛星インターネットの場合、割り当ては通常、  1日あたり 200MBから1か月あたり25GBの範囲です。 ^{[45] [46] [47]}共有ダウンロードキャリアは、1〜40Mbit/sのビットレートを持ち、最大100〜4,000人のエンドユーザーによって共有される場合があります。

共有ユーザー顧客のアップリンク方向は通常、時分割多重アクセス(TDMA) であり、他のユーザー間で時折短いパケット バーストを送信します (携帯電話がセル タワーを共有する方法と同様)。

各リモート ロケーションには電話モデムが装備されている場合もあります。この場合の接続は、従来のダイヤルアップ ISP と同様です。双方向衛星システムでは、帯域幅よりも遅延の方が重要なデータに対しては双方向でモデム チャネルを使用し、ファイル転送など、遅延よりも帯域幅の方が重要なダウンロード データに対しては衛星チャネルを予約することがあります。

2006年、欧州委員会はUNICプロジェクトを後援しました。このプロジェクトの目的は、低コストの双方向衛星を介して家庭内の実際のエンドユーザーに配信される新しいブロードバンドインタラクティブTV中心のサービスの配信のためのエンドツーエンドの科学的テストベッドを開発することでした。^[48] UNICアーキテクチャは、ダウンリンクにDVB-S2標準、アップリンクにDVB-RCS標準を採用しています。

通常の VSAT アンテナ (直径 1.2 ～ 2.4 m) は、VoIP 電話サービスに広く使用されています。音声通話は、衛星とインターネットを介してパケットで送信されます。コーディングと圧縮技術を使用することで、通話ごとに必要なビット レートは片道 10.8 kbit/s のみです。

これらは通常、自己完結型の平らな長方形の箱の形をしており、衛星の大まかな方向に向ける必要があります。VSAT とは異なり、位置合わせは非常に正確である必要はなく、モデムには信号強度メーターが組み込まれているため、ユーザーはデバイスを適切に位置合わせできます。モデムには、 イーサネットやユニバーサル シリアル バス(USB) などの一般的なコネクタがあります。Bluetooth トランシーバーが統合されており、衛星電話としても機能するものもあります。モデムには独自のバッテリーが搭載されていることが多く、バッテリーを消耗することなくラップトップに接続できます。最も一般的なシステムはINMARSATのBGANです。これらの端末はブリーフケースほどの大きさで、ほぼ対称的な接続速度が約 350 ～ 500 kbit/s です。Thuraya が提供するような小型のモデムもありますが、接続速度は 444 kbit/s で、カバーエリアは限られています。

ポータブル衛星インターネットは、1メガバイトあたり平均5ドルから7ドルで、他のインターネットアクセス方法よりも高価です。モデムは通常1,000ドルから5,000ドルかかります。^[49]このため、他のインターネットアクセス方法にアクセスできない乗り物、例えば船舶で最もよく使用されます。^[要出典]

衛星電話は長年^{[いつから? ]} インターネットに接続できるようになりました。帯域幅は、Iridium ネットワーク衛星およびACeSベースの電話で約 2400ビット/秒から、 Thurayaハンドセットで上り15 kbit/秒、下り60 kbit/秒までさまざまです。Globalstar も 9.6 kbit/秒でインターネット アクセスを提供しています。Iridium や ACeS と同様にダイヤルアップ接続が必要で、1 分ごとに課金されますが、Globalstarと Iridium の両社は、より高速で常時接続のデータ サービスを提供する新しい衛星の打ち上げを計画しています。Thuraya 電話では 9.6 kbit/秒のダイヤルアップ接続も可能で、60 kbit/秒のサービスは常時接続で、ユーザーは転送されたデータに対して課金されます (約 5 ドル/メガバイト)。電話は、USB またはRS-232インターフェイスを使用してラップトップまたはその他のコンピューターに接続できます。帯域幅が低いため、このような接続で Web を閲覧するのは非常に遅くなりますが、電子メール、Secure Shellデータの送信、その他の低帯域幅プロトコルの使用には便利です。衛星電話は全方向性アンテナを備えていることが多いため、電話と衛星の間に見通し線がある限り、調整は必要ありません。

一方向地上リターン衛星インターネット システムは、従来のダイヤルアップ インターネット アクセスで使用され、送信 (アップストリーム) データは電話モデムを経由して送信されますが、ダウンストリームデータは衛星経由でより高速に送信されます。米国では、アップリンク ステーションにのみ FCC ライセンスが必要であり、ユーザーにはライセンスは必要ありません。

もう1つのタイプの片方向衛星インターネットシステムでは、バックチャネルに汎用パケット無線サービス（GPRS）を使用します。 ^[50]標準のGPRSまたはGSM Evolution向け拡張データレート（EDGE）を使用すると、アップロード量が非常に少ない場合は実効レートが高くなるためコストが削減されます。また、このサービスは時間単位ではなく、アップロード量に応じて課金されるためです。 GPRSをリターンとして、100〜200kWのフィールドで送信する衛星によってサービスが提供される場合、モビリティが向上します。^[要出典]幅33cmの衛星アンテナ、ノートパソコン、および通常のGPRS搭載のGSM電話を使用すると、ユーザーはモバイル衛星ブロードバンドを利用できます。

送信ステーションには、一度に多数の顧客にサービスを提供する高速インターネット接続と、要求されたデータを顧客にブロードキャストする衛星アップリンクの 2 つのコンポーネントがあります。ISP のルーターは、各顧客のトラフィックに対してサービス品質 (QoS) 帯域幅制限と保証を適用できるプロキシ サーバーに接続します。

多くの場合、衛星接続の遅延と非対称性の問題に対処するために、非標準のIP スタックが使用されます。一方向受信システムと同様に、衛星リンクを介して送信されるデータも通常は暗号化されます。暗号化しないと、衛星受信機を持つすべての人がデータにアクセスできるようになります。

多くのIP-over-satellite実装では、クライアントとサーバー間の特定の通信^[51]が衛星接続に固有の遅延を受け入れる必要がないように、両方のエンドポイントでペアのプロキシサーバーを使用しています。同様の理由で、標準的なVPNソフトウェアでは長いパケット移動時間を処理できないため、衛星リンクでの使用向けに設計された 特別な仮想プライベートネットワーク（VPN）実装が存在します。

アップロード速度はユーザーのダイヤルアップ モデムによって制限されますが、ダウンロード速度はモデムをパケット確認のための制御チャネルとしてのみ使用するため、ダイヤルアップに比べて非常に高速になります。

データパスの半分のみが衛星経由であり、残りの半分は地上チャネル経由であるため、完全な双方向静止衛星インターネットよりは低くなりますが、遅延は依然として高くなります。

一方向のブロードキャスト衛星インターネット システムは、インターネット プロトコル(IP)ブロードキャストベースのデータ、オーディオ、およびビデオ配信に使用されます。米国では、連邦通信委員会(FCC) のライセンスはアップリンク ステーションにのみ必要であり、ユーザーには必要ありません。ほとんどのインターネット プロトコルは、戻りチャネルを必要とするため、一方向アクセスでは正しく動作しないことに注意してください。ただし、Web ページなどのインターネット コンテンツは、エンド ユーザー サイトのローカル ストレージに「プッシュ」することで一方向システムで配信できますが、完全な対話性は実現できません。これは、ユーザー インターフェイスがほとんど提供されないテレビやラジオ コンテンツによく似ています。

ブロードキャスト メカニズムには、一方向ブロードキャストが適切に受信されるようにするための圧縮とエラー訂正が含まれる場合があります。また、データが定期的に再ブロードキャストされる場合もあります。これにより、以前にダウンロードに成功しなかった受信者は、再度ダウンロードを試す機会が得られます。

データは暗号化されることもあり、その場合、誰でもデータを受信できますが、実際にブロードキャスト データをデコードして使用できるのは特定の宛先だけです。許可されたユーザーは、短い復号化キー、または独自の高精度な独立したタイミング メカニズムを使用してデータを復号化する自動ローリング コードデバイスのいずれかを所有している必要があります。

一方向の地上リターンと同様に、衛星インターネット アクセスには、スクォーク ボックス アプリケーション用の公衆交換電話網へのインターフェイスが含まれる場合があります。インターネット接続は必須ではありませんが、多くのアプリケーションには、ブロードキャスト用のデータをキューに入れるための ファイル転送プロトコル(FTP) サーバーが含まれています。

ほとんどの一方向ブロードキャスト アプリケーションでは、リモート サイトでのカスタム プログラミングが必要です。リモート サイトのソフトウェアは、データのフィルタリング、保存、選択インターフェイスの提示、および表示を行う必要があります。送信ステーションのソフトウェアは、データのアクセス制御、優先キューイング、送信、およびカプセル化を行う必要があります。

この分野で新たに登場した商用サービスには以下のものがあります。

• アウターネット– 衛星群技術

連邦通信委員会は2013年2月に発表した報告書で、衛星インターネットのパフォーマンスが大幅に向上したと指摘した。FCCの「Measuring Broadband America」報告書では、大手ISPを宣伝速度にどれだけ近づいたかでランク付けした。この分野では衛星インターネットがトップで、加入者の90%が宣伝速度の140%以上の速度を体験した。^[52]

衛星インターネットに関連する速度低下の大きな原因は、リクエストごとに、リクエスト元が有用なデータを受信する前に多くのラウンドトリップを完了する必要があることです。^[a]特殊な IP スタックとプロキシも、ラウンドトリップの数を減らしたり、プロトコル ヘッダーを簡素化して長さを短縮したりすることで、遅延を短縮できます。最適化テクノロジには、 TCP アクセラレーション、HTTPプリフェッチ、DNSキャッシュなど、さまざまなものがあります。NASAによって開発され、市場では商用および軍事用の機器やソフトウェア プロバイダーによって広く採用されているSpace Communications Protocol Specifications (SCPS) 標準を参照してください。

WINDS衛星は2008年2月23日に打ち上げられました。WINDS衛星は日本とアジア太平洋地域にブロードバンドインターネットサービスを提供するために使用されます。この衛星は、 45cmのアンテナで住宅に最大155Mbit/sの下りと6Mbit/sの上りを提供し、5mのアンテナで企業に1.2Gbit/sの接続を提供します。^[53]設計寿命の終わりに達しました。

スカイテラ1号は2010年11月中旬に打ち上げられ、北米をカバーした。一方、ハイラス1号は2010年11月に打ち上げられ、ヨーロッパをターゲットとした。^[54]

2010年12月26日、ユーテルサットのKA-SATが打ち上げられた。この衛星は、80のスポットビーム（ヨーロッパと地中海の数百キロメートルの範囲をカバーする集中信号）でヨーロッパ大陸をカバーしている。スポットビームにより、干渉を受けることなく複数の地域で周波数を効果的に再利用することができる。その結果、容量が増加する。各スポットビームの総容量は900Mbit/sで、衛星全体の容量は70Gbit/sとなる。^[54]

ViaSat-1は2011年10月19日にカザフスタンのバイコヌールから打ち上げられ、 Exedeインターネットサービスを通じて140Gbit/sの総スループット容量を提供した。ジェットブルー航空の乗客は2015年からこのサービスを利用できる。^{[55]このサービスは}ユナイテッド航空、アメリカン航空、スカンジナビア航空、ヴァージンアメリカ、カンタス航空にも拡大されている。^{[56] [57] [58]}

エコースターXVII衛星は2012年7月5日にアリアンスペース社によって打ち上げられ、西経107.1度の永久静止軌道スロットに配置され、ヒューズネットにサービスを提供している。このK _aバンド衛星は100 Gbit/s以上のスループット容量を持っている。^[59]

2015年と2016年に、オーストラリア政府は、ノーフォーク島やクリスマス島などのオーストラリアの地方住民と外部領土の住民にインターネットを提供するために、 2機のスカイマスター静止衛星を打ち上げました。^[60]

^2006年[61]と2015年^[62]に、アルゼンチンのARSAT社はそれぞれARSAT-1とARSAT-2衛星を打ち上げました。その国で遠隔地にインターネットとテレビへのアクセスを提供しています。

2013 年以来、O3b 衛星群(高度 8,063 km の中軌道) は、データ サービスのエンドツーエンドの往復遅延が 238 ミリ秒であると主張しています。

2024年9月現在^[update]、6,426基のスターリンク衛星が地球を周回している。2024年9月現在、スターリンクの加入者数は400万人を超えている。^{[63] [64] [65]}ワンウェブには648基の低地球軌道衛星がある。^[66]

衛星通信は、データ伝送、遠隔機器診断、海面から海底までの物理的な衛星測定や海洋学測定（海面温度や海面高度など[ 67 ] ）、地震^学的分析などに使用されています。^[68]

• ViaSat/TIA 衛星機器システム標準化の取り組み