全球低軌道衛星通訊戰中台灣的角色與機會

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。

 

 

 

 

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