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為何飛機上可以上網? SpaceX「星鏈」(Starlink)」計畫與衛星(太空)WiFi 是什麼?

受到地形地物限制,目前全世界尚有一半人口無法上網,為了弭補偏遠地區或是落後國家”通信盲區”,建立全球性的衛星通信系統一直是不少業者努力的目標。隨著衛星發射的成本持續下降,除了SpaceX馬斯克的「星鏈」(Starlink)與Google都曾提出全球免費衛星(太空) WiFi計畫外,中國官媒報導11月27日前中國第一枚民營WiFi衛星首度亮相,並宣布該衛星將在2019年起計劃發射272顆衛星,最終目標是2026年「讓全世界人民免費上網」。

目前衛星(太空)WiFi的技術發展其實相當成熟,具體的商業化活動就是越來越多飛機上可以免費或付費使用WiFi上網服務。為何飛機上可以WiFi上網呢? 衛星(太空)WiFi 是什麼? 全球免費衛星(太空)WiFi時代會來臨嗎? 以下作一說明:

圖片來源: 中關村在線

 

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1.為何飛機上可以WiFi上網?

隨著飛機上不在限制不能使用手機..3C產品,越來越多航空公司開放飛機上可以免費或付費使用WiFi上網服務。飛機上能夠WiFi上網主要有兩種技術~【ATG(air to ground空~地面基站模式)】與【衛星WiFi模式】。

【ATG(air to ground空~地面基站模式)】乃飛機飛行航線空域的地面基地台對空發射的無線電訊號,飛機據此進行空地通訊連接,然後向空中的飛機提供高寬頻的通訊服務。

由於多數電信業者的基地台天線大都是朝地面方向加上飛機在萬米高空高速飛行,【ATG(air to ground空~地面基站模式)】受限於基地台佈建對航線有較高要求、飛機飛行高度不能太高、必須解決高速飛行引起的都卜勒頻偏及地面基站信號高速切換及基站建設維護成本較高..等難題, ATG 的Wi-Fi 訊號並不穩定且速度限制很大且無法進行越洋及跨國的部署,所以過去配合的航空公司一直對這種技術並不滿意。

目前採用ATG模式的地區主要在中國大陸,根據中國媒體報導,目前中國民航ATG地空4G寬頻通訊的網速理論上可達15-30Mbps(上行+下行)。

 

【衛星WiFi模式】則是透過飛機通過安裝在機身頂部的天線,連接位於地球靜止軌道上的衛星,以此向地面基站收發信號進行上網,目前採用這項模式並商業化的公司有美國的衛星通訊公司ViaSat 和 GoGo。台灣的航空公司則多數與航空業所註冊的行動網絡運營商AeroMobile Communications Limited合作,AeroMobile目前與全球240多家移動電話運營商簽訂了漫遊協議,包括德國T-Mobile網絡、沃達丰、e-Plus和O2德國、美國的AT&T和T-Mobile以及EE,O2,Vodafone和英國..。

 

目前航空通訊解決方案,最常見的是利用Ku(12-18GHz)波段和Ka波段展開的衛星通訊。目前全球最主流的航空通訊技術是 2Ku 技術,也是台灣批准的民航網際網路接入技術,全球已有不少航班提供基於 2Ku技術的Wi-Fi上網服務。

Ku波段衛星通信技術理論下行速率最高可達70Mbps,不過受信號傳輸中損耗等多種因素影響,衛星與飛機間的實際下行速率僅在30-40Mbps左右。2Ku 技術使飛機上的乘客能享受全球範圍的網路服務,且速度和頻寬提升了 20 倍,最大下載速率可達到 70 Mbps。隨著衛星技術升級,2Ku 速率有望突破 100 Mbps。

 

【衛星WiFi模式】的優點是通訊範圍廣泛,可實現國際漫遊、且網速比較快,但缺點是成本比較貴。根據美國空中Wi-Fi供應商GoGo公布的數據顯示,傳輸數據到飛機上,每傳輸1MB字節成本大約是20美分,傳輸1GB數據的成本大約是200美元,因此多數航空公司針對提供航空WiFi上網服務都大都採取收費制,各國航空公司空中WiFi收費模式主要有按航段、流量、使用時間、設備數量和內容點播以及24小時共享模式收費,也有包年和包月的計費方式。

▲各航空公司機上WiFi服務收費 (僅供參考,以業者實際公告為準)

 

雖然越來越多航空公司開放飛機上可以付費使用Wi-Fi服務,不過大都有一些共同規範與限制,包括須設定在飛航模式、至巡航高度才能使用、特定領空(北極、中/港/澳領土)暫停無線上網的服務、禁用VOIP與視訊服務、同一帳號無法同時連線、Wi-Fi網路網速、指定上網瀏覽器..,詳見”這篇”說明。

 

2.太空(衛星)WiFi的發展:

隨著發射衛星成本越來越來低,為解決全球有不一半人口地區無法上網的問題,Google、SpaceX馬斯克與中國大陸都有提出將推出全球衛星(太空) WiFi計畫。其中,最讓人期待的非SpaceX馬斯克在2015年所提出部署1.2萬顆寬帶衛星「星鏈」(Starlink)計畫莫屬。

目前SpaceX「星鏈」(Starlink)計畫的最新動態為「星鏈」計畫第一階段在今年3月已獲美國聯邦通信委員會(FCC)批准,不過日前SpaceX向FCC要求該機構修改其許可證,希望允許衛星互聯網「星鏈」計畫(Starlink)的上千顆通訊衛星,能在比原計畫更低的超低軌道上運行。Starlink計劃將1,584顆衛星送入距地球表面550公里高的軌道上,比FCC許可的1,110公里,低了一半。許多通信衛星的軌道運行高度是其兩倍以上,而地球同步軌道的高度則超過其20倍(約36,000英里)。SpaceX認為,超低軌道將使太空環境變得更加安全,因為當衛星燃料不足或在軌道上無法正常運行時,在這個新的高度上這些衛星更容易墜入大氣層燒毀,減少了在軌道上相撞的機率。其次,縮短從衛星發送和接收信號所需的時間,該公司估計,超低軌道的ping時間可能低至15毫秒。而減少550公里意味著,可以少布置16顆衛星就能獲得相同的覆蓋效果。

SpaceX的目標是讓Starlink的初始運營在2020年前完成, 預計到2025年將有超過40萬用戶,為全球各個角落提供最高可達1Gbps的高速上網服務。

 

全球衛星WiFi計畫會取得目前各國的電信營運商,成為全球行動漫遊的霸主嗎?

雖然衛星WiFi的技術越趨成熟,隨著發射衛星的成本越來越低,全球衛星WiFi服務已不是過去紙上談兵的想法,未來的確有可能成真。不過,行動通訊在世界各國都是特許行業,未來全球衛星WiFi服務發展將會遇到以下難題:

A.手機無法直接使用衛星WiFi的,普及會受限:

手機可以像現在的GPS服務一樣,直接接收衛星WiFi嗎? 答案是否定的。

相較於GPS是單向接收訊號,WiFi上網是必須雙向接收與傳送數據的。不管未來通信衛星置放的軌道是離地球表現550公里、1100公里、還是36,000公里,以目前2.4GHz和5.8GHz WiFi熱點距離只有100公尺以內,是不可能利用手機內建的WiFi功能傳送到數百及上千公里之外的通信衛星上的。

手機要使用衛星WiFi,必須搭配可以接受並發射到衛星的特規WiFi路由器當手機的WiFi熱點才能使用。目前SpaceX所規劃的衛星通信所使用KU頻率為下行發射信號頻率是11-12GHz,上行頻率是13GHz,而現在手機 WiFi 所使用的頻率是2.4GHz和5.8GHz。特規WiFi路由器的價格與供應,將是全球衛星WiFi服務是否普及的關鍵之一。

 

B.衛星可能會被中國打下來:

由於中國大陸的網路是受到政府使用防火牆技術嚴格管控,目前已經商業化的航空衛星WiFi只要經過中國領土都必須關閉,所以全球衛星WiFi服務未來在推廣時將會遇到中國大陸地區將會是通信盲區問題。

SpaceX馬斯克2015年發表了「星鏈」(Starlink)計畫時就表示:「我希望我們可以和不同國家達成協議,允許國民連接,但這需要各個國家逐一商談。如果中國對我們的做法不滿,他們會打掉我們的衛星,這就不太妙了。中國有能力做到這一點(打掉衛星),所以我們可能不會向中國地區提供這項衛星WiFi服務。」由於衛星WiFi對於採行網路管制的中國是可能動搖國本的科技創新,除非該提供該服務業者是受中國政府控制的中國廠商,否則中國仍未是全球衛星WiFi的通信盲區。

再者,因行動通訊在全球各國大都是特約行業居多,加上通信衛星與領土空域牽涉各國國防安全問題,各國政府是否藉由管制販售或進口特規太空WiFi路由器來阻止全球衛星WiFi的服務推廣都會是一大挑戰。過去Google利用無人機和熱氣球提供無線網路連接的「Loon 計劃」,在現實都頻頻遇到很大障礙,除了成本和技術方面的考慮,該國政府是否同意與支援往往最為關鍵,這也是未來全球衛星WiFi服務是否能夠推行的關鍵所在。

 

C.與全球電信業者行動網路服務收費相比,有競爭力嗎? 

雖然發射衛星的成本越來越低,但相較於全球電信業者目前所推出的行動網路服務相比,全球衛星WiFi服務的營運成本與收費要比目前的行動網路服務收費更便宜,恐怕是有難度的。

當初喊出推動全球衛星WiFi服務的SpaceX、Google及日前發表的中國民營WiFi衛星業者都喊出「讓全世界人民免費上網」,全球衛星WiFi服務可以免費嗎? 由於全球衛星WIFI服務目處於發展試驗階段,未來開始展開業務試驗階段只要用戶願意充當全球衛星WIFI服務的「小白鼠」或是業者未來發展出「羊毛出在狗身上,豬來買單」的商業模式,可以暫時享受免費的「午餐」是有可能的。不過,長期而言,使用者得付費的原則應該不會改變。

根據SpaceX的Starlink營運規劃是預計到2025年將有超過40萬用戶,這與全球行動網路的數十億用戶相比可以說只是「滄海一粟」。換言之,就目前的發展來看,全球衛星WiFi服務並不會取代現行3G/4G/5G的行動網路服務,而是提供解決偏遠地區或特殊環境無法上網的一項利基型商業網路服務。

 

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