誤り訂正符号について

地上衛星間光通信を行う場合、通信光は長大な大気層を通過して相手方に到達します。その際、大気の屈折率変化により通信光の大気ゆらぎが発生し、通信品質が大きく劣化するという問題があります。大気中の光の屈折率は温度や気圧などにより変化しますが、大気は絶えず風などの影響により変化し続け、絶えず揺らいでいます。大気ゆらぎの大きさは様々な要因で決まると考えられており、その特性は時々刻々に変化し予測が困難です。そのため、大気ゆらぎによる通信品質の劣化は、地上衛星間光通信特有の解決すべき大きな課題の一つです。

通信品質劣化の解決方法の一つとして誤り訂正符号があります。大気ゆらぎにより通信データの欠損が発生すると、地上局で正常なデータを得ることができません。そこで、データを送信する際にあらかじめパリティと呼ばれる付加情報をデータに加え、それを用いて受信局側で誤りを訂正して正常なデータを復元しようとするものです。

SOTAは、大気ゆらぎと誤り率を計測するための基準信号を送信する機能に加え、実際に、誤り訂正符号の機能を搭載しており、電波通信でも広く用いられているリードソロモン（RS）符号に加え、LDGM （Low-Density Generator Matrix）符号を搭載しています。LDGM符号は、LDPC（Low-Density Parity Check）符号の一種であり、符号化する際に検査行列を用いて演算することができるという特徴があります。そのため、LDPC符号と比べて、符号化演算に必要な演算時間が少なくて済むという利点があります。衛星システムでは計算や信号処理に用いる処理装置等のリソース制限が厳しいため、演算負荷が少ないLDGM符号は、衛星搭載に適した符号方法であると考えています。

SOTAによる衛星実験では、LDGM符号を施した写真データを送信し、地上局で大気ゆらぎや実験装置に起因するデータの誤りを訂正し、エラーなしで写真データを復号できることを示しました。

LDGM符号の実装に当たっては、名古屋工業大学大学院工学研究科 岡本英二准教授にご協力をいただきました。