隨著低軌衛星通訊產業話題的發燒，未來幾年衛星產業將迎接高度成長期，衛星通訊的「太空財」不再遙不可及。本活動探討衛星通訊技術發展動態，全球衛星通訊產業鏈概況，台灣應該如何切入此一火熱話題並卡位關鍵商機。

低軌道通訊衛星(LEO)將無線訊號的涵蓋延伸，讓全球行動通訊進入3D時代，目標是達成行動通訊的無縫連接。根據美國衛星產業協會(Satallite Industry Association)統計，2040年全球太空經濟規模達1兆美元，衛星產業占比約88%、達9,252億美元。工研院也看好這波商機，預估在2030年全球將有1.7萬枚衛星發射部署，10年內成長450%，至少可以創造4,000億美元規模的產值。

太空中心推動台灣LEO產業鏈

行動通訊發展到第五代，地面網路的布建已經邁向成熟，由於偏遠地區地理環境複雜，網路覆蓋率低，低軌衛星通訊可以補足地面網路缺口，加上2022年俄烏戰爭，低軌衛星網路不受戰火影響，讓相關技術搖身一變為國家戰略產業，衛星星網可以改善和擴大全球電信基礎設施，各國競相投入發展自主衛星產業，強化通訊安全與備援能力。

由於太空環境嚴苛，白天/晚上、電力有限、真空高低溫差、強烈高能粒子輻射、無法維修、壽命有限等問題，太空中心B5G衛星計畫副主持人陳秀莉(圖1)指出，衛星於太空運行可能遭遇宇宙碎片撞擊、氧原子對材料表面的侵蝕、太陽日冕/閃焰及黑子活動輻射干擾、電離層高空大氣造成的放電現象、電離層狀態對電波訊號衰減的影響等問題。另外，低軌道衛星飛行速度約7.5km/s，通常需要90分鐘到2小時才能完成環繞地球的完整軌道(延遲2~27ms)。因此意味著LEO衛星對於訊號追蹤於寬頻即時服務的系統處理時間，必須小於450ms才能展現LEO低延遲的特性。人類感官的延遲時間是250~300ms小於300ms才能讓使用者不感覺到信號延遲。

圖1 太空中心B5G衛星計畫副主持人陳秀莉指出，台灣在電子與機械產業具一定技術能量，可建立台灣衛星供應鏈

不管是基於國家安全的戰略理由，或是產業成長動能帶來的潛力，陳秀莉認為，台灣在電子與機械產業向有一定技術能量，並具備小型衛星(500公斤以下)本體製造技術與經驗，在太空中心B5G計畫可開發更多元件，取得飛行試驗證後，可建立台灣衛星供應鏈，且地面設備有國內多家廠商都已陸續打進SpaceX、OneWeb及Kymeta等歐美衛星指標廠供應鏈。

衛星運作環境惡劣　 設計模擬降低失效風險

低軌衛星於太空中的運行環境惡劣，在正式運行前須盡量降低產品失效的風險，因此設計模擬與驗證流程會更加嚴謹與複雜。安矽思科技(Ansys)資深技術經理林鳴志(圖2)表示，一般而言，衛星設計需要的技術包括，軌道力學分析、衛星結構設計、熱力學分析、通訊射頻系統設計，透過模擬的方式，了解衛星設計的重點與結構的弱點，強化衛星的強固性。

圖2 安矽思科技資深技術經理林鳴志表示，低軌衛星於太空中的運行環境惡劣，因此設計模擬與驗證流程會更加嚴謹與複雜

在軌道力學部分，林鳴志強調，Ansys使用AGI STK軟體，可以對太空任務進行可視化模擬，並且可以考慮地球的軌道、大氣層、太陽輻射、地球磁場等因素，功能包含：軌道動力學、通訊覆蓋範圍、軌道決策、碰撞預測等。另外，對於在太空應用，元件和系統級建模之間的關係非常重要，天線的元件級建模到天線整合到衛星的系統級建模的完整模擬工作流程，Ansys將HFSS模擬天線輻射場型結合衛星軌道路徑，可分析訊號覆蓋的地理範圍，結合AGI STK與HFSS，使用來自具有HFSS的衛星模型的RCS數據在STK中進行額外的雷達分析。

而在衛星結構設計與分析部分，又可以分為材料力學及結構力學、振動和動力學分析、結構可靠性分析等。林鳴志說，了解材料的力學特性是衛星結構設計的基礎，衛星結構在發射過程中可能會受到很強的振動，也可能會受到衛星姿態調整時的激勵，因此需要進行振動和動力學分析。結構可靠性分析是評估結構在不同負荷和環境條件下的失效概率。熱力學分析是以熱為中心的建模方案，同時，可與Ansys的物理求解器結合使用，提供在每個熱系統設計和最佳化的階段所需的保真度。

衛星量測提升產品可靠度

近來熱門的低軌道衛星應用帶動產業熱潮，其實衛星通訊技術已發展多年，聯網方式也不僅只有低軌道衛星，是德科技技術專案經理張式先(圖3)解釋，包括地球同步軌道衛星(GEO)，而在3GPP的非地面網路(Non- Terrestrial Networks, NTN)中，飛船、熱氣球等高度更低的連接方式也是選項，只要有別於地面基地台的都是。
圖3 是德科技技術專案經理張式先解釋，目前收到比較多廠商詢問的是衛星與使用者終端的開發測試問題

在衛星通訊的架構中，主要有三個部分：衛星、地面接收站(Gateway)與使用者終端，張式先說明，目前Keysight收到比較多廠商詢問的是衛星與使用者終端的開發測試問題。在衛星部分，測試的重點包括：太陽能版與電池充電等，衛星控制(Orbit Control)、遙測(Telemetry)/追蹤(Tracking)、熱控制(Thermal Control)等，通訊相關的則是天線與應答器(Transponder)等測試重點。使用者終端的測試重點則是天線與收發模組(Transmitter)。

在衛星酬載(Payload)中有許多量測項目，張式先舉例，誤差向量振幅(EVM)是重要的量測項目，可讓量測者深入了解通訊發射器和接收器的效能。量測結果可呈現波形失真情形，讓量測者清楚掌握裝置的相位、振幅和雜訊特性。傳統方法需要使用寬頻訊號產生器搭配寬頻訊號分析儀，並透過儀器的切換完成相關量測。Keysight則提供新的方式，只要透過新的寬頻訊號產生器，即可同時量測S參數、EVM等。另外，衛星還會遇到嚴重的都普勒效應與電離層干擾，也需要透過完整的量測降低通訊干擾效應。

智慧型封包傳輸　 強化衛星訊號接收

星路科技針對全球海事衛星通訊市場，提供整體衛星通訊服務，透過自行研發的動態主動調整頻寬(ABOD)與最小連線註冊頻寬需求(DAMA)，提升衛星通訊頻寬的管理效能，加上智慧型封包傳輸技術(PSMA)，提供高效能與穩定的衛星連線。星路科技能自行研發與生產智慧型衛星通訊數據機/終端機，並與通訊衛星公司合作，擴充星路科技的全球衛星移動通訊服務範圍。

星路科技次世代智慧型PSMA技術平台，星路科技全球CEO暨技術長賈和凱(圖4)說，DAMA載波會依據實際的資料流量需求來啟動及關閉，而ABOD載波頻寬會針對實際的傳輸需求而增減。網路管理控制系統(NMCS)是透過衛星來提供網路連結功能的管理，包括使用DAMA連結的流量交換與路由。在極小孔徑終端設備(VSAT)系統中，星路科技次世代智慧型PSMA技術是透過直接的IP封包交換，來提供複數存取點，而且從一個節點到另一個節點，不須其他的多工層。因此就能降低不必要的使用開銷費用。而傳統的IP則是在TDMA(分時多址)上再加其他的多工層，相較之下會浪費轉頻器的頻寬。

圖4 星路科技全球CEO暨技術長賈和凱說，星路科技的智慧型衛星通訊數據機/終端機可讓行駛中的船舶連接衛星訊號

賈和凱近一步說明，星路科技的智慧型衛星通訊數據機/終端機可以在行駛中的船上連接衛星訊號，讓船隻的設備與人員的網路裝置順利聯網；另外，星路也展示可以在時速90公里的車子上順利接收衛星訊號，並傳輸清晰的影像資訊。