全球低軌道衛星通訊戰中台灣的角色與機會
2021-07-22
作者
張書維，稜研科技總經理
目前全球已經再次進入太空競賽及通訊競賽的模式，而台灣在這次的機會當中，希望扮演什麼樣的角色，以及可以扮演什麼樣的角色，值得探討…
對於目前的全球低軌道衛星的發展，四大衛星服務業者以掌握衛星發射技術的SpaceX為首，目前還是處於基礎建設，以及驗證時期。而各國對於衛星產業的發展，以美國為首，展現非常積極的態度。筆者觀察，目前全球已經再次進入太空競賽及通訊競賽的模式，而台灣在這次的機會當中，希望扮演什麼樣的角色，以及可以扮演什麼樣的角色，值得探討。
就目前來說，在應用端還是以軍用國防(for now)為成熟期，然後商用民生(for future)為開發期。也就是說，未來能夠掌握通訊平台的國家，相對在於全球的軍事力量的掌握，其實扮演非常重要的角色。台灣在這塊，無法處於主導的角色，所以只能選擇合作夥伴，但是台灣可以將這塊發展的目標，以資訊安全相關的技術為其中主要的一塊，而在商用民生上，主要有兩塊是筆者認為台灣可以從現在開始思考及佈局，這兩塊分別為「應用端」及「產業鏈」。
應用端
以目前實際的狀況，其實台灣目前的通訊網路，包含行動網路的涵蓋率，平均已經達到90%的比例。也就是針對一些高山等特殊地形無法架設基地台地區的剩餘10%涵蓋率，並不具備足夠的市場吸引力。那麽，就應用端，應該具備怎樣思維？根據筆者的見解和想法，在應用端的部分，台灣不應該以自身需求為出發點去思考整體戰略，更重要的是，我們希望在這個重大的國際發展跟議題上，台灣希望扮演什麼樣的角色？從這個角度出發，我們就能夠有更多不同的見解與思考佈局。以下從幾個面向來討論：
1.台灣可作為一個全球的應用實驗場域，讓一些先行應用在台灣試行落地，協助整個衛星產業做應用驗證，並從中找尋台灣可以發展的技術與商機；
2.整合大東亞地區的國家，形成大東亞區的衛星聯盟，台灣作為大東亞地區的樞紐，可以扮演資源整合的角色。加上前述的試行場域經驗，可以將整個商機擴展到大東亞地區，彌補台灣自身市場不足的缺點，並且可以讓台灣在國際的重要性提升；
3.台灣的廠商可以藉此機會掌握關鍵的規格，讓台灣的航太產業鏈有直接的出海口，甚至進一步參與規格的制定。
產業鏈
台灣目前針對低軌道衛星產業，主要還是以代工為主，特別是針對地面站跟終端行動裝置的產品。因為這些產品的數量，才是造就整個產業鏈能夠生存的關鍵，因此各業者皆積極推廣，先爭取用戶量。以SpaceX的user terminal來說，售價499美元，電信月租費99美元，但就目前的成本來看，每個user terminal的成本約莫落在1,500~2,000美元附近。而SpaceX所期待的價格，則是希望能夠落到200~300美元的範圍。
台臺灣之所以會成為低軌道衛星業者所看好的生產基地，主要原因還是在於好的代工品質，以及低毛利率的代工成本。再加上，在中美貿易戰持續對立之下，美國對於資安議題的顧慮，使中國無法作為全球衛星供應鏈的生產基地，因此台灣有一個絕佳的機會。這邊要討論的是，若要在衛星產業中，跳脫扮演純代工的角色，我們還能做什麼？我們希望的Value add可以從哪邊著手？我們能否扮演更重要的關鍵角色，而不是只是單純的「代工」？就這些方向，可以有一些想法，這些想法也是稜研科技(TMYTEK)一直在努力的目標。
第一個問題是，目前產業鏈需要被解決的問題是什麼？機會在哪裡？
無論是低軌道衛星或是5G，在未來的50年內，毫米波頻段將扮演非常重要的角色。此頻段以往都是使用在軍用/航太等利基市場，而當此技術要轉換使用在商用民生的市場時，如何解決價格，以及未來的產能問題，將會是這個技術能否普及的關鍵。
舉例來說，目前在5G手機裡面的毫米波模組主要是採用高通(Qualcomm)的QTM模組。分析這個模組的設計生產的成員組成：晶片(IC)——高通設計、台積電生產；天線封裝(Antenna-in-package，AiP)模組——高通設計、封測廠(ex.日月光、Murata)進行生產。真實的現況是，在生產方面台灣已經具備足夠的能量，以及完整的產業鏈，這同時也是台灣最好的一個基礎。
但無論在低軌道衛星或是5G模組的生產，目前最大的問題都不是在生產端，而是在測試端。這些測試方案跟標準，目前都不是台灣能夠掌握，只能單方面遵從。以高通的模組測試舉例，該公司產生一套QDART標準系統，如果廠商希望能夠將自己的方案導入OTM的測試，讓製造的工廠去採用，就需要先繳報名費給高通，然後提供設備，讓高通認證。而低軌道衛星的地面接收站，目前製造也是在台灣，但是整體的組裝測試則是由SpaceX自行處理，所以提供完整的一站式的生產與測試方案，甚至如果台灣能夠對於測試標準有所掌握，以及有充足的話語權，即能提高台灣在整個製造上的重要性。
那麽，測試的難度跟重點是什麼？為什麼現在沒有好的測試方案？
以往在低頻(Sub-6GHz)頻段，天線跟系統電路都是分開製造與分開測試，一直到整機的組測階段才會進行系統測試。也就是說，天線跟系統電路都能夠分別確保效能，在製造上再依照不同的產品階段進行分類，因此，對於大規模的製造跟測試沒有太多的問題。可是，當發展至毫米波頻段的時候，天線端變成是由多個天線組成的天線陣列，而且因為毫米波高損耗的特性，天線陣列就必須直接跟系統電路整合，以減少損耗，這也是為什麼會有AiP技術的演進。
用更好理解的方式來表示則是，AiP = Antenna array + System-in-Package。而由於天線在一開始就與系統電路組裝在一起，因此就無法採用傳統的接觸式測試(conductive)，必須改採用透過天線輻射的測試方式，也就是over-the-air (OTA)的形式。這對於量產來說，無疑是一個最大的挑戰。怎麼說呢？因為天線的測試，傳統來說是在所謂的微波暗室(microwave anechoic chamber)中進行測試，一般而言，完整的測試一個天線的場型需要至少30分鐘的時間。試想，當我們要測試幾億個，甚至幾十億個模組的時候，需要多少時間來進行測試？作業/空間成本需要增加多少？這也是毫米波要切入民用市場其中一個必須被解決的問題。
因此，稜研科技從創立之初，就鎖定毫米波技術為根本。在瞄準技術商轉後，迎來龐大商機的同時，也明確看到需要解決的問題——如何降低毫米波陣列天線模組量產測試的成本。然而，市面上針對此困境並沒有好的解決方案，因此我們決定自行開發。
耗時了兩年多的研發跟反覆驗證，稜研在2020年11月20日向全球發表這創新而且足夠成熟的毫米波OTA測試技術XBeam。此方案最大的特色就是可以把測試時間從原本的30分鐘，縮減到10秒鐘以內，這對於整個毫米波產業來說，將能夠大幅的提升產能並降低量產測試的成本，稜研科技也積極將此技術推動成為未來毫米波OTA測試的標準。
另外，稜研科技長時間累積下來的AiP/AiM設計的能量，特別是在模組化的設計技術，搭配台灣的產業鍊，以及XBeam的測試技術，能夠提供全球的衛星/5G毫米波供應鏈最好的cost effective的方案，也期望能夠藉由這樣的完整方案，進一步掌握客戶的規格，甚至參與全球訂定規格的行列。
因此，從上述可得知，無論是在應用端或者是產業鍊，都需要政府協助統合資源，組織有效的隊伍，才能形成有效的策略，以在國際上具備足夠的競爭力。
衛星通訊產業鏈。
