Vast opportunities await in space right now. LEO (low earth orbit) connectivity is gaining momentum, propelled by reusable infrastructure solutions that have brought the launch cost of a satellite down to somewhere between one hundred thousand and a million dollars. The new layers of LEO connectivity promise a tantalising array of public and enterprise services – but one big question looms large. How can we overcome the remaining challenges and seize maximum value from the sector?
In this article, I’m going to explore the three key emerging areas that I think represent high value for ambitious innovators in the space ecosystem. They are the provision of enhanced connectivity, the collection of novel data and the analysis of novel data sources. I’ll unpack the challenges associated with each and identify the key technologies that have the capabilities to overcome them.
But first, let’s set the scene in this new world of satellite launch economics, where you can even book your SpaceX rocket launch online. Once in low earth orbit, satellite connectivity has the potential to deliver fast, low latency connections anywhere on the globe. The opportunities are endless: from providing highly reliable broadband for truly remote working, to collecting large amounts of data from the earth’s most out-of-the-way places.
5G’s future is hybrid – the non-terrestrial opportunity
こうした新たな領域の出現によって、様々なスタートアップが各種ユースケースのためにLEOへ衛星を打上げられるようになります。先ごろ、宇宙に特化したアクセラレーター・プログラムを主導するVCのSeraphim Capitalは、スタートアップを支援する宇宙投資ファンドを受け上場しました。ファンド内の企業は、新たな種類のデータの収集、宇宙から入手するデータに関わる斬新なアナリティクスソリューションなど、様々な魅力ある分野でソリューションを開発しています。
LEO satellite connectivity
A number of organizations are jostling to get ahead with the provision of enhanced connectivity. SpaceX and OneWeb both have established plans, but Amazon and Telesat are also entering the scene, the latter having recently secured Canadian government funding. While much of the focus of new LEO constellations is on providing broadband connectivity to rural areas, a significant amount of the potential value is likely to accrue to connectivity solutions which transport valuable commercial data. This will mean that LEO constellations will need to provide different connectivity characteristics depending on the use case.
打上げインフラの変更はLEOブロードバンドコンステレーション開発の経済学に革新をもたらし、こうした新たな接続方式が可能になります。これまでは高コストを理由としてオペレーターが打上げられる衛星の数に上限がありました。しかし現在は遥かに多くの衛星を打上げることが出来、極めて重大なことに、衛星を頻繁に交換できるようになりました。衛星交換が低コストで可能になったことは、新規ネットワークの設計に携わるオペレーターにとって強力な原動力となります。
旧衛星を軌道から離脱させ、新衛星を打上げることによって衛星のハードウェアを定期的にアップデート出来るということは、地上のゲートウェイおよび端末装置だけでなく、コンステレーション内のシステムが定期的にアップデート可能であるということです。これにより、技術の進歩に応じたシステムレベルの向上、さらには特定の接続形式に対応してシステムの最適化が出来るようになります。
Nevertheless, operators still face challenges in terms of cost, size, weight and power (CSWaP) constraints of terminal hardware. Currently, the terminal manufacturing costs for SpaceX’s Starlink constellation are high and ultimately passed on to consumers in a one-off charge for hardware and ongoing subscriptions. But what if terminals can be optimised to the size of a cellphone or small sensor, while still being able to connect to low earth orbit at a suitable cost point? This represents a significant opportunity for the satellite industry.
The key challenge is keeping the power level in the device suitably low, to ensure it is both safe for the user and can run on battery power for a suitable amount of time, but also powerful enough to connect to a satellite. Enhanced beamforming, as deployed in the antenna we recently designed to deliver 5G from a high-altitude platform in the stratosphere, is a potential solution to the problem.
数百本のビームを同時に送信できる新たな衛星アンテナテクノロジーにより、特定の方向に利用可能な電力を集中させる超ナロービームの生成が可能になり、さらには当該ソリューションの全体的な電力レベルを大幅に増大させることなく特定のユースケース向けの接続の最適化を可能にします。
Additional challenges for LEO satellite connectivity include tracking moving satellites and correcting for the corresponding Doppler shift in RF. Unlike geo-stationary satellites, which are fixed relative to a point on earth, LEO satellites move very quickly relative to ground-based terminals and will regularly need to handover connections between satellites and user terminals due to the rapid movement. This creates significant challenges when attempting to offer reliable low latency communications.
コンステレーションオペレーターは、CSWaPの良好なトレードオフを実現させつつ信頼性の高い低遅延通信リンクを提供できる手法で全体システムを設計する必要があります。この課題は、モバイル端末が通信リンクの両端で移動している場合、さらに困難になります。端末アンテナに関するイノベーションも解決策となる可能性があります。小型かつフラットパネル式の電子走査アンテナは端末のピッチおよびロールを補正する能力があり、これにより端末は極限状況下でも衛星を追跡できるようになります。これを実現させるためには、弊社が積極的に取り組んでいるR＆D優先順位の高い開発分野である高性能RFとデジタル信号処理技術の組合せが必要でしょう。これは、現在商業利用できる技術では実現できないものです。
Collecting novel data
スターリンクが他のメガコンステレーションが通信に革命を起こそうとしているのと同時に、新世代の地球観測衛星は打上げコスト低減の恩恵を受けています。新しいインフラの登場により、ますます多くの衛星を打ち上げることが出来るようになっており、多くの組織はまったく新しい視点から見る地球のどの様な新しいデータを収集出来るか検討し始めています。そして新規スタートアップ企業の多くは、どのような新しいデータを収集できるか、そしてそれらが提供できる洞察に注目しています。
例えば、Seraphimのポートフォリオに名を連ねる企業、Satellite Vuは、高解像度熱画像を活用したモニタリングサービスを提供しています。このサービスは、建物効率や原油パイプラインの流れなどのアセットモニタリングに活用されています。この種のセンシングは、衛星から提供される新たな情報をなくして実現しなかったことでしょう。
しかし、例えば、データはリアルタイムに近いものであるべきかなど、適切な解像度でのデータ収集および有効な期間内の送信を確実なものとするには、センシング技術やコネクティビティソリューションにはさらなるイノベーションが必要です。それには、ユースケースに応じて接続が適切にできるようにするためのコネクティビティレイヤーとの強力な統合が必要となるでしょう。これは、さまざまな分野にわたる専門知識を必要とするシステムエンジニアリングの問題になります。
We’ve seen through our own work in developing telecom and satellite systems that latency is not just impacted by the distance the data has to travel. The fundamentals of the transport layer including data packet frame size, data integrity techniques and of course security protocols all come into play. Intelligent data compression and optimization techniques, along with data processing at the edge, are all innovation opportunities that can deliver enhanced system performance.
Analysing novel data sources
As is always the case, data is only as valuable as the analysis that is applied to it and the insights that are drawn. So, we can expect artificial intelligence (AI) and machine learning (ML) technologies to become increasingly valuable in the new space ecosystem. As companies use satellites to collect more and more data from the unique vantage point of space, there is an increased opportunity to drive new and enhanced insights. Using AI and ML to fuse outputs from a variety of sensors from different satellites has the potential to offer significant value for a range of different use cases. For example, ChAI offers a commodity price forecasting service by applying AI to data such as satellite imagery alongside other data inputs. Pixxel is also proposing to use hyperspectral imaging to unearth problems which it claims current satellites are unable to address, its data platform offers near real-time insights based on the data.
Additionally, Microsoft has recently partnered with SpaceX to connect the Starlink constellation to Azure’s new Modular Datacenter to allow data to be processed. The plan is to extend this to connect to Azure edge devices, which highlights the shift towards increasingly intelligent processing taking place at the edge on smaller, less expensive devices. Understanding what data is available and then creating algorithms that can draw insights from a range of different data sets is a key challenge. But it is one that promises to offer significant value to companies which are able to collect and analyse new data.
繰り返しになりますが、これにはデータ収集からデータ伝送、データ分析にわたるシステムエンジニアリングの観点が求められます。宇宙ネットワークが他の種類のネットワークとどのように相互作用するか、データ処理をどこで実施するかという考察はすべて、宇宙へのアクセス増を活用するエマージングアーキテクチャにとって重要なポイントとなります。
The space opportunity is significant and extremely exciting. It is clear that the value of the sector will grow strongly as companies continue to evolve and leverage the new infrastructure layers to create new services and draw insights from data. It remains to be seen who will innovate quickest to derive the most value… but the race is on. Please don’t hesitate to reach out to me if you’d like to hear more about our research and discuss the technologies that are emerging. It’ll be great to continue the conversation.
専門家
テレコム＆モバイル分野を担当、通信事業者やインターネットサービスプロバイダーのみならず装置ベンダーや部品メーカー向けに最先端の通信技術を活用したブレークスルーイノベーション実現の支援している。モバイル分野において20年以上の経験を有し、多国籍企業において様々な上級管理職を歴任、LTE-Aや5Gなどモバイルおよびブロードバンド技術全般の豊富な専門知識を有する。ブリストル大学、電気通信博士課程修了。
