你應該知道的是：馬斯克的SpaceX公司提出「星鏈計畫(Starlink)」，預計未來在地球上空部署12,000顆通訊衛星，它們不會取代地面基地台和光纖網路，它們不是5G更不是6G，未來5G和6G的主角還是地面基地台，衛星只是「配角」而已。
近年來「自媒體」的發展讓更多人可以經由Youtube、Facebook等社群平台分享資訊，原本大多分享政治、飲食、旅遊資訊，這兩年愈來愈多的網紅開始分享「科技資訊」，很高興愈來愈多人開始重視科普知識推廣，但是這也造成了一個嚴重的問題，大部分自媒體創作者對於科技基礎知識的深度不足，引用多個正確的資訊穿鑿附會變成錯誤的結論，造成錯誤的觀念被社群大量擴散傳播，長期而言對全民科技教育並非好事。
馬斯克的SpaceX公司預計未來在地球上空部署12,000顆通訊衛星稱為「星鏈計畫(Starlink)」，在2019年6月發射第一枚火箭一次載運60顆衞星升空並且成功進入軌道，接著在2020年6月成功實驗回收火箭技術再次創造話題，許多自媒體趁著這個話題正夯，紛紛製作影片配合動畫報導這個題目，說什麼川普計畫跳過5G直接啟動6G、用衛星做基地台速度是5G的1000倍、SpaceX星鏈計畫6G早已悄悄開打、投資100億美元的星鏈計畫簡直就是太便宜了，未來是相當賺錢的計畫，引用多個正確的資訊穿鑿附會變成錯誤的結論，那麼到底那些是正確？那些又是錯誤的呢？
什麼是「通訊衛星」？
所謂的通訊衛星，就是把架設在地面大樓屋頂的基地台移到太空中，優點是訊號覆蓋範圍大，幾乎可以傳送到世界的任何一個角落，主要分為三類：
同步軌道衛星(GEO：Geostationary Earth Orbit)：距離地面35,786公里與地球同步運轉的衛星，傳送距離較遠，延遲時間大約250毫秒(ms)，由於高度夠高只需要3顆衛星就可以覆蓋大部分地區。
中軌道衛星(MEO：Medium Earth Orbit)：距離地面2,000公里到35,786公里之間的軌道，延遲時間大約100毫秒(ms)，目前主要是導航衛星使用，包括美國的全球衛星定位系統(GPS)、歐洲的伽利略(Galileo)、俄羅斯的格洛納斯(Glonass)、中國大陸的北斗衛星(Beidou )等，大約需要20顆衛星才能覆蓋大部分地區。
低軌道衛星(LEO：Low Earth Orbit)：距離地面2,000公里以下，由於距離地面較近，延遲時間大約20毫秒(ms)，目前大多數是觀測衛星、量測衛星，以及一些新的通信衛星使用，距離地面2,000公里大約需要5000顆衛星，距離地面500公里大約需要10,000顆衛星才能覆蓋大部分地區。SpaceX公司的星鏈計畫衛星高度大約400公里，因此需要12,000顆衛星。
這幾年的通訊衛星有那些進步？
1990年代Motorola公司發起的「銥計畫」到2000年破產倒閉，為什麼這幾年又有許多廠商重啟通訊衛星計畫，主要是這幾年火箭運載能力突破，使得發射衛星的成本大幅下降，再加上微型衛星成為主流，不但造價較低而且火箭單次就能投放大量衛星，再加上火箭回收技術實驗成功，可以節省火箭發射成本。
此外，射頻元件與天線技術的突破，使得衛星通訊的效能比起20年前進步許多，「高通量衛星(HTS：High Throughput Satellite)」技術的突破，更使得目前一顆衛星可以支援超過10Gbps的資料傳輸率，星鏈計畫的衛星號稱可以達到20Gbps，就是因為這些進步使得SpaceX公司有了說服投資人的機會。
「通訊衛星」會取代地面基地台嗎？
通訊衛星雖然具有覆蓋範圍大的優點，但是缺點也不少，例如：在外太空故障維修困難；所有的衛星都有使用壽命，低軌道微型衛星一般由於攜帶燃料較少而且運行速度較快因此壽命較短，一般大約3至5年；由於距離遠所以延遲時間長(使用者做出觸發動作與得到回應的時間)，即使低軌道衛星也要大約20毫秒，比起5G的1毫秒長得多。
此外訊號要從手機傳送到500公里的衛星要比5公里的地面基地台耗電得多，因此行動衛星電話需要大電池體積較大；通訊衛星大部分使用Ka與Ku頻段的電磁波，頻率大約10~30GHz，這個頻率的電磁波繞射特性差，不容易繞過障礙物，因此室內無法接收，一般以地面接收站或屋頂的碟型天線接收以後，再轉送到行動裝置比較可行，所以通訊衛星主要是做為兩個地面站之間的連線，而不是和手機直接通訊，因此「絕對不可能」取代地面基地台。
「通訊衛星」會取代地面光纖網路嗎？
最基本的一個概念：在相同的頻寬(Hz)下，無線通訊不論用什麼方法資料傳輸率(bps：bit per second)都不可能比有線通訊高，要如何在相同的頻寬(Hz)下提高資料傳輸率是近代數位通訊的重要發展方向，基本上就是使用更好的調變(OFDM)與多工(1024QAM)技術。由於無線通訊的傳送環境是我們看到的空間，相同的頻率只能使用一次否則會互相干擾，而且傳送的過程會有許多雜訊干擾，相比之下有線通訊使用的光纖，相同的頻率可以重複使用在不同的光纖不會互相干擾，而且傳送的過程雜訊少得多，因此可以使用更好的調變與多工技術提高資料傳輸率。
目前一條單模光纖傳送10公里可以達到10Gbps以上，如果不夠可以拉第二條、第三條，依此類推，如果不想拉光纖可以改用「密集波長多工(DWDM)」技術，使用不同顏色(不同波長)的光在同一條光纖裡傳送，如果一種顏色可以達到10Gbps，使用100種顏色就是1000Gbps了！而使用無線通訊的基地台或衛星就不能這樣做，因為相同頻率的電磁波在同一個空間只能使用一次否則會互相干擾，星鏈計畫的衛星號稱可以達到20Gbps，在同一個地點這就是上限，而光纖可以多拉幾條，想要多快都可以，意思是光纖網路的「總資料傳輸率」比通訊衛星大得多，因此通訊衛星「絕對不可能」取代地面光纖網路。
某些深山或鄉村人煙稀少拉光纖的效益太低，例如：在玉山頂上如果要建置一個5G基地台，要拉一條光纖上山，但是使用者明明就很少，該怎麼辦呢？最簡單的方式就是在骨幹網路與玉山頂上各建置一個地面接收站，利用通訊衛星連接兩端，這樣比拉一條光纖還便宜，這樣的應用場景在台灣很少，在美國、澳洲等地廣人稀的國家比較多，不過這能有多大的市場能賺多少錢就要再仔細研究了！要特別注意，如果玉山頂上用戶很少那使用衛星才比較便宜，如果玉山頂上用戶很多那拉光纖還是比較便宜，為什麼大家可以自行思考一下？要從傳送每一個位元(bit)的成本去考量。
大部分自媒體在哪裡弄錯了？
我看了十幾部自媒體談星鏈計畫與6G的影片，發現最大的錯誤就是都沒有真正了解基地台的運作原理，沒有搞清楚基地台不是給一個人用的，而是要給大家用的。一個5G毫米波地面基地台的資料傳輸率可以達到20Gbps，星鏈計畫的衛星號稱可以達到20Gbps，乍看之下兩者的速度相同，在實際的應用上地面基地台的速度會比衛星快得多，為什麼呢？
因為上面的資料傳輸率20Gbps指的都是「系統總容量」，也就是這個基地台或衛星最多就這麼快了！如果只有一個人使用這個基地台那就有20Gbps，但是如果有1千個人同時使用就只剩下20Mbps(20Gbps/1千人=20Mbps)，怎麼樣，是不是沒有你想像的快？(附註：用系統總容量直接除以用戶數目來計算並不精確，但是實際上差不了太多，我們就先這樣估算)。
網路速度要快 必須用小型基地台而非衛星
一個5G毫米波地面基地台20Gbps的範圍只有幾公里，大約要同時服務1千個人，因此每個人可以分到大約20Mbps；一個星鏈計畫的衛星20Gbps的範圍有多大呢？我猜至少是半個台灣島，因為全球有12000顆衛星，但是「全球」範圍實在太大了，台灣能分到幾顆？大概就兩顆吧！那代表一顆衛星20Gbps的範圍大約幾百公里，大約要同時服務1百萬個人，因此每個人可以分到大約20Kbps(20Gbps/1百萬人=20Kbps)，是不是和想像的差很多？所以地面的基地台和衛星上的基地台因為運作方式不同，不能放在一起比較的。
從上面的例子可以看出，要讓大家上網速度變快(資料傳輸率高)，則基地台的通訊範圍愈小愈好，再加上毫米波(mmWave)繞射效果不好，因此5G和未來的6G是朝向「小型基地台(Small cell)」發展，而不是衛星；因為基地台通訊範圍愈小，使用的人數愈少，每個人分到的速度就愈快，不要拿地面基地台和衛星相比，張飛打岳飛，那不是同一個朝代的人。
這裡要強調，5G的基地台目前是以頻率6GHz以下(Sub 6GHz)的電磁波比較可行，繞射效果好，基地台數目大約是4G的兩倍，但是毫米波由於繞射效果不好，必須建置大量基地台，未來是否能夠完全覆蓋地面還有待觀察，或許以「熱點(Hotspot)」的方式建置比較可行，類似現在的WiFi熱點。
我們來看一個自媒體影片的實際案例
影片說：星鏈計畫預計投入100億美元，提供全球範圍的網路服務，這相較於中國的2千億美元，美國的1,500億美元投入5G基地台建設，卻僅僅覆蓋兩個國家，星鏈計畫簡直就是太便宜了！
大家看出錯在那裡嗎？星鏈計畫預計投入100億美元只計畫建置12,000個衛星(基地台)，每個衛星提供20Gbps服務「全球範圍」；中國花了2千億美元計畫建置1百萬個基地台，每個基地台提供20Gbps服務「中國大陸」，我們算一下總資料傳輸率是多少？同時能夠分給多少人使用？
假設5G在中國大陸有1億個人同時使用，那平均每個人分到200Mbps(20Gbps*1百萬個基地台/1億人=200Mbps)，如果使用星鏈計畫，假設大陸分到1千顆衛星，那麼每個人只能分到200Kbps(20Gbps*1千顆衛星/1億人=200Kbps)，差很多吧！拿兩個完全不同的東西來比較成本，還說星鏈計畫簡直就是太便宜了？
中國的5G系統建設之所以要花2千億美元，裡面很大一部分是為了達成5G的系統要求，速度快、高可靠、低延遲等，必須大量建置基地台與「邊緣雲端(Edge cloud)」，這些都是衛星根本做不到的。
此外，星鏈計畫使用的低軌道衛星繞行地球一圈只要大約100分鐘，代表需要大量的地面接收站轉送資料，因此建置成本肯定不只100億美元，就算真的只有100億美元那也只是建置成本，沒有包含後續的維修和營運成本，衛星每3~5年壽終正寢的更換成本。想想地面上的基地台壞了，派個「地球人」爬到屋頂修修就好了；太空中的衛星壞了怎麼辦？那得派「太空人」搭太空梭到外太空維修，成本太高我猜他們應該會直接把它炸掉重新發射一顆還比較便宜。
衛星通訊不是5G 更不是6G
5G的第一個特性：增強行動寬頻上網(eMBB)，就是「速度快」，從上面的例子知道速度快要用小型基地台而不是衛星；第二個特性：高可靠低延遲通訊(URLLC)，就是「反應快」，必須支援1毫秒的延遲，而低軌道衛星的延遲時間是20毫秒，這也差太多了！第三個特性：大量裝置連網通訊(mMTC)，就是「裝置多」，支援每平方公里100萬個以上的連網裝置，而且必須非常省電、非常便宜，星鏈計畫的衛星使用的地面裝置，既不省電也不便宜，就更不用說到了6G這些規格只會更嚴苛，衛星更是不可能達成。
因此衛星通訊不是5G更不是6G，未來5G和6G的主角還是地面基地台，衛星只是「配角」而已，在某些深山或鄉村人煙稀少的地方，或是海洋上沒有基地台的地方，或長程飛行的無人機不可能使用地面基地台，另外全球還有30億人沒有光纖網路可以使用，這些都是星鏈計畫可以開發的市場，不過這樣的需求有多大？是不是需要這麼多衛星，就是另外一個值得探討的問題了！
台灣的投資人如何因應？
除了SpaceX，英國新創公司OneWeb順利發射首批6顆互聯網衛星，未來計劃部署650顆衛星打造「星座(constellation)」，加拿大Telesat公司預計發射512顆衛星，Amazon公司也開始了「柯伊伯計劃(Project Kuiper)」預計發射3,200個衞星提供物聯網服務，這麼多企業陸續投入衛星計畫，一定需要許多零組件，台灣有許多相關的公司可以利用這個機會賺上一票，至於這些衞星公司最後會不會賺錢就不必我們去擔心了！反正美國的投資圈多的是錢。
有趣的是，英國新創公司OneWeb已經宣布破產，這個只能怪創辦人唬爛的技術不夠，我相信這件事情不會發生在SpaceX身上，這種「超前衛」的科技新創公司，成功的重點在於如何畫大餅炒股票，才能從市場上拿到足夠的資金來讓公司撐到科幻電影裡的未來世界發生，這一點OneWeb的創辦人就得向馬斯克好好學習了！
星鏈計畫的戰略意義大於商業價值
事實上從商業的角度，星鏈計畫的衛星主要就是取代傳統的中軌道衛星，搶食現有的衛星通訊市場，由於舊衛星的發射與維修成本高，會漸漸被星鏈計畫的衛星取代，至於有沒有馬斯克說的一年300億美元，就讓我們拭目以待吧！但是從戰略的角度，現在中軌道的衛星愈來愈擠了，只有低軌道還空著，因此世界各國「先搶先贏」，如果從這個角度去思考就不必考慮成本的問題了！
當然，我們前面討論的都是「最近的未來(Nearly future)」，遙遠的未來很難評估，或許有一天我們出國搭的飛機都是無人機，那就真的要靠星鏈計畫的衛星大顯身手了！要注意，我是說跨國無人機，不是地面上的無人車，城市裡的無人車還是得靠地面基地台才行！或許還有一些未來世界的創新應用我們還沒想到，大家可以一起來腦力激盪一下。
自媒體的問題 還是必須回到科技基礎教育
講到非體制內的科普教育，我建議大家除了看Youutbe上網紅的介紹，最好再加上專業的科普媒體學習比較好，例如：科學月刊、科學人雜誌，它們的作者大多是學校教授，是真正的專家，無奈的是現代人不喜歡這些八股的方式學習，反而喜歡自媒體用各種有趣俏皮的方式學習，因此專業的科普媒體應該加把勁，學習網紅們轉型成有趣俏皮的自媒體，也是一個可能的方向。
跨領域知識的推廣關係到國家的整體競爭力，科學技術、醫療保健、法律智財、財務金融、經營管理、教育文化等都是跨領域的重點，而且也不能都依賴學校教育，台灣還有許多產業專家，如何將學術界與各行各業產業專家結合起來，讓大家一起努力貢獻專業，進行跨領域知識交流，協助台灣的產業創新與人才培育，這是政府應該思考的，也是《知識力專家社群》努力的方向。
作者為台大電機博士，知識力專家社群創辦人。
責任編輯/周岐原
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