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5G衛星通訊技術開發與應用

國泰投信 提供

  • 用於非陸地網路(Non-terrestrial networks, NTN)的5G 新無線電(New Radio, NR)開發進程

非陸地網路(Non-terrestrial networks, NTN)技術源自於第3代合作計劃(Third Generation Partnership Project, 3GPP),於2022年3月下旬宣布正式完成5G新無線電(New Radio, NR)的Release 17(R17)階段3協議,3GPP在R17無線接取技術的發展上可歸納為持續演進及加速5G擴展。

在R17完成後,期待已久的就是行動裝置的衛星網路標準應在2022年完成,商業服務預計在2年內問市,正式將衛星作為3GPP規範的一部分,支持全球接入5G網路的承諾,推動衛星產業的快速成長。積極推廣NTN的相關業者已於6月的3GPP R18研討會期間討論,並計劃進一步確認10 GHz以上頻段,基於NR的衛星接入推動,以服務於固定及行動平台,如:飛機、船舶、無人機及安裝在建築物上的固定設備。

  • 目前的應用情形

2022年8月中,臺廠發表5G衛星連網通訊技術,使用搭載自家具5G NR NTN衛星連網路功能晶片的智慧型手機,於實驗室環境測試中成功完成衛星連線,讓5G手機全球首次支援非地面網路的雙向資料傳輸。5G NTN衛星網路可提供更完整的全球覆蓋功能,目前地面網路無法觸及的地區,都可透過智慧型手機實現5G衛星通訊的服務,加速5G網路地面和衛星的整合,形成無縫銜接的通訊品質。

8月底,由T-Mobile執行長Mike Sievert與Elon Musk宣布Coverage Above and Beyond計畫,將利用Space X低軌衛星Starlink和T-Mobile行動網路結合,期望能在美國大部分地方提供更完整覆蓋,使用Space X V2衛星模擬T-Mobile LTE Band 2(1900 MHz)基地台做訊號傳輸,讓使用者只要看得到天空的地方就有訊號覆蓋,網速初期只有2至4 Mbps,只能純文字服務,最快仍要到2023年底才能試營運。

除了上述仍停留在實驗室及籌備階段以外,陸系手機品牌大廠華為則趕在iPhone 14發表前,先行發表了HUAWEI Mate 50 & 50 Pro,為北斗衛星資訊提供行動終端載體,但僅支援由手機發送訊息,不支援來自衛星的訊息接收,僅有定位座標資訊,還需在空曠且無遮蔽的環境中使用,僅限大陸地區。

美國蘋果公司(Apple Inc.)在9月初發表的iPhone 14也具備了透過衛星做緊急資訊傳輸的功能,透過重新設計的天線,在指向衛星的角度,可以做低速度的上傳,在理想條件下,能在15秒內傳輸1則訊息,但無法透過衛星做聲音、文字或圖片的雙向傳輸,目前也僅服務於美、加地區。

從電信營運商與手機品牌廠推出的服務可知道,目前的技術是利用現有的授權頻譜,使用虛擬的衛星訊號,透過手機內建的天線傳輸小量訊息至低軌衛星,來告知搜救者或緊急連絡人,需救助座標與緊急現況,並非以單獨透過衛星傳輸,來完成接近現有的4G與5G網路服務,所以,對現有手機的Cellular與WiFi射頻模組也就無更換之必要或升級的必需,相關砷化鎵晶圓代工與射頻元件供應商未能因此受惠,預期要完成現有衛星的天線升級,才有機會由急難救助升級至一般網路使用。