人造衛星的發展不過約半世紀，可是從第一枚人造衛星--蘇聯的Sputnik Ⅰ到現在，衛星的壽命、體積、重量、轉頻器個數、頻寬均不斷的增長、變大，衛星技術的長足進步，使衛星通訊扮演著電信與傳播產業最重要的骨幹，並且無時不刻的在日常生活中影響著我們。

衛星通訊一向被視為提供廣域網路(WAN)通訊的極佳方式之一，特別是在電信基本建設(Infrastructure)不足、電話密度(Telephony Penetration)偏低的地區中，因此在過去的認知裡，一般認為衛星通訊的主要應用地區係在發展較為落後的區域。但此看法已隨技術與成本因素的變化而有所改變：在過去幾年當中，衛星通訊市場呈現顯著的成長，衛星已成為成本效益比較高的傳輸媒體之一，被許多國家或廠商用來提供多項全球(Global)、區域(Regional)與國內(Domestic)等不同地理範圍的電信服務。

衛星通訊的特性

衛星通訊的概念緣起於1945年英國作家亞瑟克拉克(Arthur C. Clark)在無線電世界(Wireless Wold)發表一篇文章，他建議使用三顆衛星等距離放置於同步軌道(Geostationary Orbit；GEO)上，以此達成全球通訊的目的。衛星通訊在今日的資訊時代能佔有一席之地，而且日形重要，主要歸因於其優良的特性遠非其他地面通訊媒介能及，尤以衛星通訊的廣佈性、穩定性、多點通訊、建構迅速等最為人稱道：

1.無遠弗屆的涵蓋範圍

衛星通訊距離遠，涵蓋面積廣大，一個同步衛星的全球波束可以涵蓋42.4%的地球表面積，綿密的衛星網路已經形成，只要在服務範圍內，資訊可以送達每個用戶。

2.系統的開發擴充迅速

無纜線的架設與規劃問題，每個用戶可以在短時間內裝設完成。

3.傳輸價格不受距離影響

衛星的傳輸價格並不像線纜傳輸一般由距離決定，而是取決於頻寬、頻道數與傳輸速率。

4.不易受天然災害影響

衛星通訊的地面設施較少也較為單純，縱使受地震、颱風等天災影響，也能迅速恢復通訊。

5.高頻寬、高傳輸速率

目前NASA(美國太空總署)的ACTS(Advanced Communication Technology Satellite)衛星之通訊容量可達1Gbps，資料傳輸速度622Mbps，而商用的非同步傳輸模式(Asynchronous trnasfer mode; ATM)服務則可以達到45Mbps。

6.多點通訊導向系統

目前地面通訊系統多為單點對單點通訊，透過衛星可以輕易地做到多點通訊網，相當符合通信需求。如：Internet、遠距教學

而從應用的市場使用範疇來看，商用衛星通訊市場大略上可分為三大類別：

1.缺乏通訊設施的偏遠地區：

在地廣人稀或者多島嶼等地區，或者屬於低度開發以及缺乏電信基礎建設之偏遠地區，衛星通訊適足以彌補其通訊設施不足之處，此類多使用FSS的服務。

2.個人通訊服務(PCS)：

個人通訊強調的乃是電話用戶隨時隨地均能以一個或數個電話號碼來接收個人化的電信服務，此舉促使電信業者以衛星來克服國界或區域上地面行動通訊或固定式網路的限制。近年由於衛星科技及地面大哥大系統技術日趨純熟，全球個人行動通訊系統(Global Mobile Personal Communication System；GMPCS)也因此逐步發展完成，藉由衛星行動通訊網路提供者在天上佈建的衛星行動通訊網路，並與地面公眾有線及大哥大無線系統互連，用戶可以使用單一手機，維持單一號碼，在全球各地隨時選取最適切、最便宜的通訊網路通話，達到一機在手、全球漫遊的便利。

3.瞬時多媒體互動式服務(UIMS)：

此項服務能藉由衛星於瞬間將訊號傳至世界各個角落，因此人們可用攜帶式電腦遊走世界各地並能收發電子郵件，從事互動式的視訊會議或影像傳送。這項服務的應用可提供跨國企業藉用衛星通訊來建立虛擬自用通訊網路(Virtual Private Networks；VPN)，或提供業者藉著衛星通訊來解決偏遠地區的聯網或接續(Interconnect)問題。

4.衛星定位及導航：

現有的衛星定位/導航系統中最有名的大概是美國空軍發展出來的全球定位系統(Global Position System；GPS)。這個系統由24顆衛星組成，它們平均分佈於傾斜角55度、高度20,200公里(周期約12小時)的6個軌道上。這種架構可保證在地面上任何一點(除地形、地物之限制外)都可同時「看」到四顆衛星；利用收到至少3個不同位置的GPS衛星信號便可求出收信點的位置。如果再利用所謂的差分式GPS，則其量測的準確度可達數公分之內，因此其應用十分廣泛。裝在車上的地圖/指向設備，登山者用的GPS接收機，台灣都已可以買到。GPS或其他形式的衛星導航是先進國家正在推行的智慧型車輛與公路系統(Inteligent Vehicle and Highway Systems；IVHS)不可缺少的一環。國際GPS協會(GPS International Association；GIA)和美國交通部共同規劃了13類117項GPS的非軍事用途，因此，GPS應用將是未來成長非常快速的一個市場。

衛星通訊市場前景

衛星通信是繼光纜、微波之後新崛起的世界第三大通信傳輸方式，其具有通信距離遠、不受地理條件限制、可傳送電話、傳真、數據、圖像等多項業務傳輸功能，在廣大鄉村、山區、沙漠等偏遠地區具有廣泛的應用前景。

衛星總體產業包含衛星電視、通訊、全球定位、氣象等功能之衛星製造與服務市場，也包含火箭製造、發射、地面控制站及訊號處理站等市場，根據C.E. Unterberg 的市場預估，1999年全球衛星總體產業產值達到620億美元，較1998年總體產值成長約12%。其中以衛星電視服務佔約53%為最大部分，其他依次為衛星製造、FSS、GPS等(圖一)。而未來整體商用衛星產業預測將於2008年達到1770億美元(圖二)，其中成長率最高者分別為衛星寬頻服務(Satellite Broadband)、衛星行動通訊服務(Mobile Satellite Service)以及衛星音訊無線電廣播服務(如DARS)，衛星電視雖然成長率不算高，不過仍為衛星產業產值最重要的貢獻者。

《圖一　1999年全球衛星總體產業產值預測》

《圖二　1998年至2008年全球衛星總體產業產值預測》

衛星通訊的系統構成

衛星通訊系統的組成分為「衛星分系統」與「地面電台分系統」。衛星分系統的組成包括：天線(Antenna)、轉頻器(Transponder)、衛星電源系統、衛星姿勢穩定系統(Satellite attitude stabilization system)、衛星噴射系統(Satellite propulsion system)、遙測追蹤及指揮系統(Telemetry,Tracking,& Command System)、熱能控制系統；從衛星建置的軌道高度，大致可以分為三個類人造衛星：一為低軌道衛星，二為中軌道衛星以及同步衛星(表一)。

《表一　LEO, MEO以及GEO人造衛星特性比較》

低軌道衛星(LEO)

隨著現今太空技術和電子技術的水準提高，低軌道衛星(Low-Earth Orbit，LEO)已經成為新一代太空產業的新寵兒，其優點包含：時間延遲短、連接功率(link-power)低、衛星本體較小且發射費用低，這些優點直接威脅同步衛星的市場機會，但低軌道衛星也有一些技術上的問題，最重要的是衛星與地面終端站一直處於相對移動狀態，整個系統的地面設備或太空機體組件，都必須具備高效益的指向性天線(Directional Antenna)，才能完成訊號傳輸，同時地面訊號在移動的衛星間「越區切換」(Roaming)問題，使整個系統管理與控制立刻變得更為複雜。

中軌道衛星(MEO)

中軌道衛星(Medium-Earth Orbit，MEO)是被部份衛星公司業者認為有相當多較低軌道(Low-Earth Orbit)衛星好的優點，因為中軌衛星在上空約1萬公里處，其涵蓋面積就可達地表25%，所以只要少數10顆左右衛星即可覆蓋整個地球，因此整個系統建構的成本就降低了許多，加上和地面終端設備一次可以維持2小時的接觸，對作業轉移的技術也就不很需要，甚至可以取消；而且因軌道高、空氣稀薄、所受飛行阻力小，所以平均壽命是低軌衛星二至五倍。雖然中軌道衛星訊號來回的延遲時間比低軌道衛星長了許多，但仍在可接受的範圍內，通訊品質也算舒適。

同步衛星(GEO)

同步衛星(Geosynchronous，GEO)的高度約在赤道上空36,000公里，發射之電波可涵蓋地球表面約三分之一面積，故每隔120度配置一顆衛星，三顆衛星即可構成環球衛星通信網。但是同步衛星也有一些缺點。首先，在相同區域裡可以提供的衛星位置有限，國際衛星組織規定，使用相同頻率的衛星必須間隔2度，而高功率的直播衛星必須相隔9度，以避免造成干擾性的漏話(Cross Talk)。其次，因為同步衛星體積龐大，而且推送距離遠，所以發射衛星所需費用相當高。第三，發送器和接收器之間，來回約7萬公里的訊號傳送，會產生大約250微秒的時間延遲，雖然對連續性的視訊傳播較無影響，但是對互動式的通話品質影響則相對較大。

衛星製造產業1999年產值約為104億美元，較1998年略微衰退6%，根據預估未來10年內大概維持在110億至120億美元的產值之間。新一代衛星隨電子科技的進步，具備了高智慧、小體積、高動率的先進通訊能力可以克服漫遊需求，加上低(中)軌道的衛星控制技術已成熟，通訊品質亦較好(時間延遲問題較小)，加上用戶端可藉由低功率的發射器達到衛星通訊的資料鏈結，因此用戶端的市場規模顯然比同步衛星大的多。所以新一代通訊衛星系統大多建置在中低軌道，因此衛星發射數量及次數都比以往多。在過去25年間同步衛星(Geostationan)一直是主要的需求，而至1998年低軌道衛星LEO(Low Earth Orbit)配合行動通信的趨勢，使得其開始快速成長，預計2005年左右，低軌道衛星LEO發射數量將超過85%衛星發射總數量。

而地面電台分系統由射頻終端設施(RF Terminal Equipment)、基頻終端設施(Base Band Terminal Equipment)與週邊設施組成。

1.射頻終端設施(RF Terminal Equipment)：包含地面台用發射天線、接收天線、昇頻混波器(Up Converter)、降頻混波器(Down Converter)、高頻放大器(HPA)、低雜音放大器(LNA)等。

2.基頻終端設施(Base Band Terminal Equipment)：包含基頻設備編碼器、解碼器、調變器及副調器等。通常射頻終端與基頻終端應用適當的電纜或光纜聯繫，構成中頻(IF Line 70MHz)聯絡系統。

3.周邊設施：包含發電機、蓄電池、電力控制、測試儀表、空氣調節、標準鐘等。

以台灣的衛星通訊產業而言，目前業者的技術能力與產品類型均集中在地面站部份，目前廠商生產較具規模的產品有GPS終端以及VSAT次系統。國內1999年GPS產值亦推估可成長至66.5億新台幣，相較1998年之52億元成長約28%，其成長因素除全球市場需求快速擴張外，GPS手持產品之國際大廠以各種管道、方式在國內下單生產亦為主要因素之一。我國GPS產品外銷比例超過95%以上，以北美、西歐為主要外銷地區。

我國VSAT廠商多仰賴外銷訂單維持生產相關產品，尤其依靠國外大廠之OEM訂單，而1999年我國VSAT產值較1998年成長約13%，達到約8.3億新台幣，由於生產產品屬於VSAT次系統產品，無法直接提供國內服務市場需求，因此仍以外銷為主，其比例超過95%以上，其中以北美、歐州為主要外銷地區。

衛星通訊服務

衛星通訊是指利用人造衛星作為中繼站，來轉送無線電訊號波而進行的兩個或多個通訊站之間的通信。根據聯合國國際電信聯合會(ITU)的分類，主要的衛星通訊業務可分為下列三種：

衛星廣播業務(Broadcast Satellite Service)

此類業務意指藉由廣播衛星將資訊單向地播放至地球由地面接收器接收，在各地區上有不同的服務名稱如：DTH(Direc To Home)、衛星直播電視(DBS)、DARS等。根據SRI的預估，全球DBS用戶數將由1998年的1,460萬戶成長至2003年的4,810萬戶，年複合成長率達34.7%。

衛星固定業務(Fixed Satellite Service)

此類業務係透過通訊衛星針對定點進行衛星通訊服務，其傳送的資料可包括語音、數據、影像等，其業務範圍則包括轉頻器租用之衛星上鏈以及地面VSAT網路業務等。根據C.E. Unterberg估計，FSS基礎建設的年產值將由1999年的約77億美元成長至2008年的178億，而VSAT產值則由1999年的10億左右成長至2008年約27億左右。

衛星行動業務(Mobile Satellite Service)

此類業務以通訊衛星傳送進行行動通訊服務，其服務對象包括任何移動中之通訊設備，包括飛行器、船隻以及車輛載具等，其業務範疇可包括衛星行動電話、訊息傳遞(Messaging)。近年來MSS掀起一股衛星通訊風潮，事實上，衛星通訊已是全球趨勢，為因應此項新穎科技且是跨國際的全球通訊業務發展，國際電信聯盟(ITU)特於1992年世界無線電行政會議中，指配頻率給衛星行動通訊系統使用，並於1996年10月召開世界通訊政策論壇會議。

目前已完成全球衛星行動個人通訊業務備忘錄(GMPCS MoU)及ITU-R建議書，促請各國電信當局儘速訂立管理規則，及早開放並引進衛星行動通訊業務，讓用戶享受現代便捷的通訊服務。在世界貿易組織(WTO)電信小組達成「基本電信市場開放協議」時，共有66國提出55份開放清單，其中49國承諾完全開放衛星通訊市場，另有7國承諾有限度開放。雖然1999年中Iridium以及ICO相繼宣佈申請破產保護，對於MSS的熱情期待造成不少的衝擊，不過Globalstar以及區域性業者如ACeS等依然進行MSS相關業務的推展，而C.E. Unterberg也預估2008年MSS的產值仍可達到78億美元的規模。

上述只是將幾個主要業務大項約略歸類，近年來因為衛星通訊技術的快速進展，新設計的衛星系統已經可以將上述分類加以打破，甚至結合地面網路並且加以混合應用，例如DirecPC、Globalstar等。目前DirecPC以BSS業務結合地面網路進行網際網路的雙向資訊接取服務；Globalstar則將同時經營FSS與MSS兩種業務，並強調在不同地區所採用的業務策略將有所不同。

近幾年來，Internet及其衍生的加值服務，如全球資訊網(WWW)、電子郵件(E-mail)、檔案轉送(FTP)等等，已逐漸成為人們接取所需資訊的最佳路由和資料庫。隨著資訊網路的快速成長已經產生無數設計以及應用，來接取資訊和服務至使用者的個人電腦，尤其是對於最近相當熱門的企業網路(Intranet)和個人工作室(SOHO)。因此透過衛星技術的高速以及寬頻傳輸將是21世紀最熱門的衛星應用。現在已經有DirecPC利用衛星通訊提供網際網路的接取服務，目前DirecPC所提供的服務項目包括以下三種：

由於商用人造衛星工業近年來有往小型、價廉的衛星及大型網路發展之趨勢，業界遂開始使用Ka頻帶，而美國太空總署(NASA)也陸續開發通訊技術衛星(ACTS)，在30/20GHZ之Ka頻段使用波束掃描和on-board再生等科技，該實驗系統之技術目前已逐漸成熟且正準備商用化。

展望未來，隨著衛星通訊技術的長足進步及其多用途效益，衛星無論在行動通訊、音/視訊直播、資訊高速公路、行動數據等方面，都將扮演積極而重要的角色，尤其是面對即將來臨的廿一世紀個人通訊時代，隨時隨地能選擇最適合、最經濟的通訊網路主動連繫(Global Access)，將為廿一世紀之大勢所趨。(本文作者目前任職工研院電通所ITIS計劃)