創辦人談衛星 2／與手機對接，路漫漫其修遠兮

2023是不是手機衛星元年？

2022年的8月25日，SpaceX CEO Elon Musk 與 T-Mobile CEO Mike Sievert共同發表了計劃，將在2023年讓「一般手機」直接連上低軌衛星，消除全球手機通訊的死角。

同年的9月，蘋果發表iPhone 14手機，它能夠在沒有任何地面無線信號的地區，透過低軌衛星發送求救信號。一時之間風起雲湧，晶片與手機大廠都紛紛發表了手機直接連通衛星的計畫。美國FCC也推波助瀾，在2023年3月17日表示：「希望促成衛星與行動通訊業者的結盟，以縮小通訊覆蓋缺口。」

2023年，本來應該是手機和低軌衛星兩大產業「對接」的元年。

盤點2023的成果

9月份，華為的Mate 60 Pro+橫空出世，它利用天通衛星來撥打衛星電話，經由北斗衛星來連接應用與簡訊。人類首次實現了雙衛星(天通衛星、北斗衛星)通訊。

除了華為的驚天之舉，2023年一整年全球產業在「手機連接低軌衛星」議題上，並沒有重大的進展。

星鏈，這個幾乎是低軌衛星的代名詞，悄悄的更改了計劃，推遲到2024年才開通衛星短訊，2025年開通手機連衛星語音服務。更遑論其他跟隨在後的企業，雷聲大雨點小，都還沒有進入商業運轉的階段。

衛星通訊與手機都是古老而成熟的行業

打從人類66年前發射了第一顆衛星開始，衛星通訊技術就不斷地進步。儘管受到了諸多限制，現今高、中、低軌的衛星通訊，不論技術、產品、或營運模式都相當的成熟。

2019年開始大量佈建的星鏈，已能提供100 Mbps穩定連線速度，以及有超過200萬用戶的成果。50年前問世的手機已經發展到第五代，正往第六代挺進…

然而，回顧2023年，這兩個成熟行業的對接就顯得步履顢頇。究其問題的根源，就在於手機是短小輕薄的手持裝置。因為小，所以很難用提供更大顆的電池將大信號打到外太空；也因為小，所以很難安排大面積的相控陣列天線去「對準」或「追蹤」衛星，讓傳輸順利的進行。

手機衛星通信的技術難點

高軌同步衛星(GEO)靜止在地球35,786公里的上空。一般手機對基地台的距離最多10公里，要升級發送信號到那麼遠的衛星，最大的困難在於電磁波的強度。

手機必須配備耗電的「強功率放大電路(PA)」和「高增益天線」才能發出足夠強度的信號。而「高增益天線」發出的電磁波波束很狹窄，手機雖然有GPS的導引，但要以窄波束對準同步衛星，通常會經歷一些嘗試的過程才能成功。

以星鏈為例，低軌衛星(LEO)離地球的距離是550公里。相較於同步衛星，不只信號的延遲大幅縮短，電波強度也可以降低到4千多倍，對於節約手機的耗電有絕對的優勢。

然而低軌衛星以每秒7公里多的速度對地面飛行，一般衛星飛越用戶上空的時間也不過幾分鐘。手機的天線必須先靠GPS的導引，設定天線的方位角與仰角，找到衛星，並一路調整指向，追隨衛星飛行的軌道(如圖一A、圖一B所示)。

這也就是把地面大型平板天線追蹤的功能，用人為手動的方式來完成。在實際的運作上，有相當的困難。

相對於「手機衛星通話」，「手機衛星短訊或衛星物聯網」會比較容易實現

「手機衛星短訊」通常被限制在200個字節之內，「衛星物聯網」訊息量也不大。手機與衛星間以2Kbps的速度傳送訊息，兩三秒就可以傳輸短訊完畢。

這也就是說，一旦手機的天線對準了某顆低軌衛星，在極短的時間之內，就可以將訊息傳送妥當。因為在這麼短的時間之內，衛星的位置變化有限，不太需要做緊密的星體追隨。

相對的，「手機衛星通話」的時間很難節約到短短幾秒鐘內，一般會拉長到一兩分鐘。在這段比較長的時間裡，衛星位置會有比較明顯的變化。如果手機天線不能即時對準與追蹤到衛星的新位置，就會因信號丟失而斷線。

現階段蘋果的iPhone 14與Garmin的InReach都沒有採用語音，只使用文字訊息做緊急救援SOS服務，這應該是主要的原因之一。

他山之石，華為的策略

Mate 60手機將通話的功能連上了固定位置的天通衛星，雖然拉長了訊息的延遲，但也巧妙地避免手機在通話期間去追蹤衛星的困難。

Mate 60也將不太需要追蹤衛星的短訊功能，交給了變動位置的中軌(MEO)北斗衛星。55顆飛舞在空的北斗三號導航衛星群，隨時可以連接上地面的華為手機，提供快捷的文字或物連網傳輸服務。

由天通和北斗佈下的國家級星網，一時之間還不容易被歐美日的對手超越。

展望未來

檢視2023年蘋果和華為這個手機成功連上衛星營運的案例，可以發現蘋果是在iPhone 14以後的手機才能發出求救SOS簡訊；華為也是Mate 60之後的手機才配備有連線衛星的功能。兩者都是強化過的專用手機，而非泛用機。也就是說，一般手機要直接連上衛星還需要再等一等。

用同步衛星或低軌衛星來連接手機，各有各的優點與難處。「電力、對準、和衛星追蹤」，是手機衛星網路的三大門檻。

華為、蘋果只是個開端，相信衛星與手機兩大產業將持續攜手一一越過這些門檻。只不過受限於手機的體積，這條路還真的有點長。

（作者是友訊科技共同創辦人、明泰科技創辦人，現任職於創威訊科技）