壹  前言

隨著通訊技術的迅速發展，通訊網路的需求不斷增加，地面網路(Terrestrial Network, TN)和非地面網路(Non-Terrestrial Network, NTN)在現代通訊技術中扮演著重要角色。TN主要指地面基地台和光纜等基礎設施，而NTN則涵蓋衛星、無人機及其他高空載具通訊設備。兩者的結合為提升通訊覆蓋範圍、降低延遲及提高網路可靠性提供了新的解決方案。

TN與NTN的應用場景各具特色，滿足不同需求。TN在城市、工業區及人口密集地區的應用廣泛而NTN在偏遠地區、海洋和空中等TN無法覆蓋的場景中發揮重要作用；通過兩者的協同工作，能實現更廣泛且高效的通訊覆蓋，滿足多樣化的應用需求[1]。

貳  科技發展現況

一、 TN與NTN通訊網路特性

1.1 地面網路特性

地面網路是指使用地面基地台、天線和有線基礎設施來提供通訊服務的網路，包括4G、5G行動通訊網路以及其他基於地面的通訊技術，提供移動通訊服務。其特性包括：

• 高容量：能夠支持大量用戶同時接入，特別是在城市和人口密集區域。

• 高速傳輸：隨著4G和5G技術的發展，行動網路能提供高速的數據傳輸，支持高畫質4K影片串流、線上遊戲等應用。

• 低延遲：在4G和5G網路中，低延遲使其能夠支持實時應用，如: 視訊會議、遠端工廠自動控制與車聯網。

行動網路的基地台通常部署在高樓、高塔或專用設施上，以確保良好的訊號覆蓋，多個基地台與核心網路之間通過光纖進行回傳連接，以保證高頻寬和低延遲的數據傳輸。為能夠在城市和人口密集地區提供穩定且高速的連網，基地台須密集佈建，特別是在城市中需要大量基地台以確保覆蓋和容量；大量基地台設備亦須持續的運營和維護，包括電力、技術支持和定期升級，因此行動網路佈建和運營維護成本高昂，特別是在需要密集部署基地台的區域。

1.2 非地面網路特性

非地面網路具有以下特性：

• 廣域覆蓋：能夠覆蓋地球表面的廣大區域，包括偏遠地區、海洋和空中等地面通訊網路難以覆蓋的地方。

• 高靈活性：具備能夠迅速部署和調整特性，特別是在自然災害和緊急情況下，可以快速恢復通訊。

• 長距離傳輸：通常運行在高空或太空，受地面地形或環境影響較小，能夠提供穩定的通訊服務。

非地面網路主要依靠衛星和高空平台來實現廣泛的信號覆蓋和通訊連接。衛星的類型包括低軌道(Low-Earth Orbit, LEO)衛星、中軌道(Medium Earth Orbit, MEO)衛星、地球靜止軌道(Geostationary Earth Orbit, GEO)衛星或又稱為地球同步赤道軌道(Geosynchronous Equatorial Orbit)衛星，各類型詳細描述如下：

I. 低軌道衛星運行高度約在500至2,000公里之間，這類衛星因距地較近，信號傳輸延遲較低，非常適合提供高速連網服務，現有發展的公司有美國SpaceX的Starlink [2]、英國衛星營運商Eutelsat OneWeb [3]、加拿大衛星營運商Telesat的Lightspeed [4]和美國亞馬遜公司的Kuiper [5]等；目前發展較快的Starlink已部署超過6,000顆低軌衛星來提供全球高速互聯網接入。四大低軌衛星業者資訊表列如表1。

發射數量	6,000+	600+	1顆	1顆
商轉時程	2021年初商轉	2023年於美國商轉	預計2026年推出服務	預計於2025至2026年商轉
涵蓋範圍	2021年已全球涵蓋	2024年中全球90%涵蓋	無	無
發展動態	發射第二代新型手機直連衛星	2023年成為Eutelsat集團子公司	於多國進行衛星測試	近期公布三款衛星終端

II. 中軌道(MEO)衛星運行高度約在2,000至35,000公里之間，這類衛星的覆蓋範圍較LEO衛星大，但延遲相對比LEO較高，通常部署少量的衛星即可實現全球覆蓋，適合提供區域性增強服務和海洋通訊，如SES的O3b衛星系統。

III. 地球同步軌道(GEO)衛星運行高度約為35,786公里，能夠固定在地球赤道上空的特定位置，部署GEO衛星需要精確的發射和定位，以確保衛星能穩定提供廣域覆蓋，其適合提供廣播、固定衛星服務和全球移動通訊。如我國的ST-2衛星、英國的國際海事衛星組織(Inmarsat) 與美國的國際通訊衛星組織(Intelsat)衛星。

IV. 高空平台系統(High Altitude Platform Station, HAPS) 通常部署在20公里的高空，利用太陽能供電，能夠長時間懸浮在空中，提供持續的覆蓋和數據連接。部署HAPS需要考慮氣象條件、飛行控制和通訊設備的安裝。

低軌衛星的崛起因其低成本、低延遲、高速率、大容量等優勢，在構建星空地融合網路中起到了重要作用，低軌衛星網路作為對地面 B5G/6G 網路的補充有著巨大優勢，是B5G/6G時代的主流展望。

二、 TN與NTN技術發展和標準化現況

全球對於連接需求不斷增加，特別是在偏遠地區、海洋和空中的通訊需求，單純依賴地面網路已經無法滿足這些需求，加上隨著衛星與火箭酬載技術的不斷進步，衛星通訊的成本逐漸降低且性能不斷提升，特別是低軌道衛星的發展，使得衛星通訊的延遲顯著降低，因此，5G非地面網路(5G NTN)應運而生，目標為優化TN的同時並以最低影響為前提整合NTN，通過衛星和高空平台等技術，實現地面網路無法覆蓋區域的連接。3GPP在5G標準的Release 17中，正式引入了NTN的相關規範，確定了衛星、其他非地面系統與5G網路的整合方案[6]。預期在6G時代將能實現TN與NTN聯合優化，示意圖如圖1。

5G非地面網路其中一個應用是手機直連衛星(Direct-to-Handset Satellite Communication) [8]，如SpaceX和T-Mobile宣佈了合作計畫[9]，將實現手機與衛星之間的文字或語音傳輸、AST SpaceMobile [10]和Lynk Global [11]正致力於開發能夠直接連接衛星的手機直連技術。手機直連衛星技術可歸納如圖2的3種模式。

目前開始有產品開發與進行PoC，蘋果、華為等大廠推出具衛星簡訊功能的智慧型手機，晶片商聯發科技(MediaTek) [12]、設備商是德科技(Keysight) [13]與衛星營運商積極推動3GPP NTN 手機直連衛星測試。SpaceX 於2024年1月發射了 6 顆可手機直連的星鏈衛星進入太空，並在2024年3月4日使用未修改的三星手機直接連上Starlink衛星網路，下載速度經測試可達到17Mbps [14]。

手機直連衛星技術面臨多項挑戰 [15]，示意圖如圖3。由於低軌道衛星運行速度快，相對地面的速度變化較大，因此會產生都卜勒效應。都卜勒效應使信號頻率隨著衛星接近或遠離而發生改變，頻率偏移會使得手機與衛星的通訊與同步(Synchronization)會因頻偏而頻繁進行頻率補償修正，同步不精確可能導致通訊中斷或數據傳輸錯誤，影響用戶體驗。衛星通訊的延遲會影響手機要接入或存取基地台的資源時所要進行的隨機存取(Random Access, RA)程序與上行資源排程請求(Scheduling Request, SR)機制運行，延長連接建立時間與成功率，影響服務的即時性和用戶滿意度。

5G已為經濟和社會各個領域與應用帶來了顯著的發展，而研究和發展工作已經開始朝向5G-Advanced (5G-A)以及未來6G規格制訂邁進。下一代移動通訊6G，將是星(GEO, MEO, LEO)、空(HAPS, UAV)與地面網路的深度融合，組成星空地一體化網路如圖4。星空地一體將實現不同軌道高度上的衛星、不同空域飛行載具以及地面網路等將深度融合成全新的網路，具有組網靈活、韌性抗災等突出優勢，實現廣域立體覆蓋，滿足全域、全天候的覆蓋需求。

參  結論

隨著5G技術的成熟和普及，下一個世代的通訊技術6G正引起全球的關注和研究。6G旨在實現地面、非地面網路的全面融合，實現全球每個角落的無縫覆蓋，形成星空地一體的通訊網路，政府、企業和研究機構應加強合作，共同推動6G技術的研發和應用，確保在全球6G競賽中占據領先地位。中華電信近年積極布局高、中、低軌衛星，2024年7月3日宣布成功完成3GPP IoT-NTN衛星物聯網測試，中華電信簡志誠執行副總經理表示將以行動網路、光纖網路、無線網路，加上高、中、低軌衛星，全面打造星、空、地綿密網路服務，提供民眾更完善的通訊服務，持續強化網路韌性及開發智慧生活新應用。

肆  參考文獻