刊於《信報》，2025年12月29日
從「星鏈」看衛星通訊發展
許佳龍
科大商學院署理院長；資訊、商業統計及營運學系講座教授；艾禮文家族商學教授
談到衛星通訊，不期然令人想到全球首富、美國富商馬斯克（Elon Musk）創辦太空探索技術公司Space X提供的衛星通訊網際網絡服務「星鏈」（Starlink），它利用一個由數千顆低軌道衛星組成的網路，為全球提供高速、低延遲的網際網絡接入服務。
衛星通訊上網服務的技術概念並非新生事物，多年前已有人提出類似概念。記得筆者仍在求學階段，已有業界和研究人員積極研究如何建立一個龐大、廣泛覆蓋全球的衛星網絡。
在前篇文章中，筆者闡釋了流動電話通訊的「蜂窩技術」，是通過基站接收用戶手機上的訊息數據，再將數據通過基站固網傳送出去，實現提供移動通信技術與網際網絡結合的服務。過去的3G和4G基站，多選址山上，裝置看上去像一座塔；如今5G基站，裝置比傳統的3G和4G細，像一個文件櫃般大小。
地面站通過固網連接外界網絡
誠然，在地表建立的地面基站（terrestrial station），這些基站都是通過固網，把接收到的訊號，用線路接駁到外界網絡或伺服器，據此把通訊信息傳輸出去。但這種設計有一個壞處，第一，若通訊需要傳輸到距離遙遠且廣濶的地方，鋪設線路的成本就會很高，因為需要鋪設很多實體線路，例如在一望無際的沙漠地帶，或者起伏跌宕的山丘，鋪設線路成本很高昂。這一點也可以解釋，何以低度開發國家/地區與發達國家/地區形成數字鴻溝，原因往往並非缺乏技術，而是在這些地方鋪設網線的成本太昂貴。倘如要在撒哈拉沙漠全地域都得到互聯網覆蓋，則鋪設線路的成本無疑非常沉重，不易承擔。要突破這個發展困局，於是有業界人士和研究人員嘗試跳出固有思維，提出是否可以把基站遷離地面，放上太空。
把基站送上太空
衛星通訊正正是實踐這個想法。透過發射人造的通訊衛星，不靠地面基站台，而是直接與太空的衛星進行通訊。嚴格來說，衛星就是發揮地面站的功能。衛星通訊上網的原理與流動電話通訊類同，可以說是把地面基站換成太空衛星，透過衛星發出的訊號，與用戶的手機或流動裝置作為終端機，通過大氣電波直接連上。這些衛星在地球上空軌道運行，在太空把從地面接收到的訊號加強，然後再透過大氣電波發送回地面，傳送到地面的伺服器。
理論上，衛星運行的軌道離地面高，其無線電波能夠覆蓋地球較廣濶面積，而且電波傳播不受地球的彎曲表面擋截，亦即可以跨越地球球體曲率進行遠距離和覆蓋面廣闊的訊號傳輸。所以無論多遼濶的地域、多跌宕的山丘，都可以不用鋪線，使用衛星進行通訊，即可大範圍覆蓋。
早期高成本制約發展
回頭看，何以多年前的技術概念，到近年才姍姍來遲得到應用，主要原因關乎成本。以往發送衛星上太空成本甚高，倘若要建立一個全球覆蓋的衛星互聯網通訊，首先，它所採用的也是大氣電波，但大氣電波有限，因此，即使把衛星射上太空，但最終依然受到頻譜運用的限制，況且可攜帶的數據量也不可能無限，第二，基於這類低軌衛星距離地表近，要覆蓋和滿足全球各地的通訊需要，必須發射大量衛星上天，數量以百千單位計，發送成本甚高。若擬透過提升衛星距地表高度，來擴大覆蓋範圍，減少衛星的數量，但此舉又無法克服訊號傳輸因距離拉長而所需增加的耗電，令訊號強度減弱。
值得一提，在「地球靜止軌道」（ GEO）運行的高軌道衛星有一個很出色的應用，就是全球定位系統（GPS），以及中國的北斗系統就是使用這類高軌道衛星。由於高軌衛星位置高，覆蓋面廣，理論上一顆衛星可覆蓋大面積的地球表面。因此，全球定位系統所需的衛星數量不多，只需個位數數量，即可把全球定位的訊號發送至地球各處，不過，這類高軌衛星用在衛星通訊上網，便不是那麼合適，因為雙向訊號傳輸對電力需求大，而且大面積蜂窩可服務用戶及數據量有限。
通訊技術發展步伐不會停留
目前，馬斯克SpaceX的星鏈項目，透過近地軌道衛星群提供全球高速網際網絡，但成本甚高，因為需要發送數千顆星鏈衛星在軌；加上設施與維護，成本高昂，所以衛星通訊服務的收費也相對昂貴。基於衛星群距地面近，訊號來回傳輸距離短，延遲非常低；加上布置了大量衛星，能夠提供高頻寛效果的網絡服務，滿足到對網絡速度和低延遲要求的應用，如視訊通話、電子遊戲等；與此同時，也可以把上網服務普及到傳統網路無法達到的偏遠地區，從而取得全球覆蓋、無縫銜接的一定運營優勢。
也許有人認為這是未來一代通訊發展的趨勢，但筆者認為未必。正如上文指出，衛星通訊上網的技術概念並非全新事物，但過往卻未能落實成事，皆因無法克服成本問題，如今成本水平能夠做到商業化，使衛星通訊得以一展拳腳。筆者相信，通訊行業要促進互聯網向前發展，隨着當下AI以前所未見的速度蓬勃發展，對帶寬的要求也愈來愈高，相信我們也需要新一代的通訊服務或創新技術，才能把整個資訊科技行業推上一個新發展高度。