衛星和你想的不一樣:別再說星鏈計畫是6G了!

2020-07-28 09:23

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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。

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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。

2020年5月30日,2位美國太空人搭乘SpaceX公司太空船「天龍乘員號」(Crew Dragon)前往國際太空站(AP)
2020年5月30日,2位美國太空人搭乘SpaceX公司太空船「天龍乘員號」(Crew Dragon)前往國際太空站(AP)

「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。

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