物聯網時代人們對於網路需求不斷提升，而衛星通訊不但可提供全球覆蓋範圍的服務，隨著技術的演進其製造與部署成本也逐漸降低，使其發展的可能性提升，吸引業者投入LEO衛星事業，盼能與既有的地面網路一同競逐無線通訊市場。
過去，有許多業者嘗試利用衛星支援寬頻通訊，但礙於技術與成本的限制，並未發展出成功的商業模式。而今隨著相關技術演進，衛星的製造與發射成本逐漸降低，市場上也開始有業者計畫利用衛星通訊作為物聯網(IoT)或寬頻應用的無線連接解決方案。
據了解，目前在地球軌道上運行的衛星數量不到1,500顆，然而，國際研究暨顧問機構Gartner研究總監Bill Ray(圖1)表示，光是Gartner所追蹤的衛星業者，就計畫在10年內發射超過1萬5千顆衛星至低地球軌道(Low Earth Orbit, LEO)。其中，有超過600顆衛星計畫作為物聯網應用，而部分衛星群則規畫用來提供寬頻服務。不過，他認為並不是全部的公司都會真正進入發射階段且發射成功，推測最終只會有半數(約6,000到7,000顆衛星)實際進入軌道運行。此外，部分業者也可能因財務問題而中止。
圖1 國際研究暨顧問機構Gartner研究總監Bill Ray表示，Gartner所追蹤的公司，未來10年內計畫發射超過1萬5千顆衛星。
LEO衛星種類繁多，有的已經相當成熟並經過測試，有的則仍在實驗階段。自1998年起銥衛星(Iridium)就已經在低軌道運行提供商用衛星語音服務，雖然因財務問題而宣告失敗，但Ray強調，這項技術確實可行，目前也仍持續以有限的頻寬提供全球通訊服務。
製造/發射成本下降 衛星通訊前景可期
衛星的投資數量大幅提升，背後最大的原因是成本持續下降。隨著技術的演進，LEO衛星不論是製造或是發射的成本，都在過去十年間都有明顯的下降。此外，資料傳輸率也有明顯提升。
根據衛星公司Leosat所公布的資料，其運用LEO衛星通訊進行寬頻傳輸，以119毫秒的延遲時間將資料從倫敦傳送至新加坡，比光纖網路傳輸快73毫秒。而這項服務主要瞄準金融業的高頻交易(High Frequency Trading, HFT)應用。
Ray解釋，能達到這樣的速度是因為衛星間可利用精準的雷射互相連接，並傳遞訊息。使用者將資料在倫敦上傳，透過衛星間的直接通訊來傳送資料，然後在新加坡下載資料。傳輸過程無須經由其他交換器或路由器，因此可提升傳輸速率。
不過，要進一步加快衛星通訊的資料傳輸速率十分困難，若導入人工智慧(AI)技術，也許可以減少1或2個毫秒，但改善速率的過程將會是緩慢且漸進的。
業者選用LEO衛星來發展物聯網與寬頻服務主要是因為，與傳統的地球同步軌道衛星(Geosynchronous Orbit, GSO)相比，LEO衛星的發射距離近、尺寸較小，因此單顆的製造與發射成本較低，傳輸的時間延遲也較GSO衛星小。
GSO衛星須發射至距離地球35,786公里的軌道上運行，訊號來回的時間延遲約240~279毫秒；而LEO衛星則運行在距離地球408公里的軌道上，訊號來回的時間延遲約1毫秒(圖2)。雖然LEO衛星具有上述優勢，但由於LEO衛星運行軌道低，因此相對的也須部署比GSO更多的衛星群，才能達到全球覆蓋率。
圖2 LEO/MEO/GSO衛星比較
手機射頻前端/天線技術帶動衛星通訊發展
談到LEO衛星技術的演進，Ray表示，其有很大一部分是受惠於智慧型手機關鍵元件的發展。因應智慧型手機對於傳輸速率、功耗以及尺寸的要求，天線與射頻前端(RFEE)技術在過去幾年間持續演進，射頻元件整合度不斷提升。而相關技術也被轉移至衛星製造上，促成衛星尺寸縮小，目前已有業者製造出10立方公分大的LEO衛星，而衛星製造及火箭發射的成本也隨之下降。但這可能已經是衛星尺寸的極限了，再小的話將不利於雷達訊號追蹤衛星，容易引發碰撞意外。
事實上，來自智慧型手機的技術轉移並不限於RFFE，隨著行動通訊產業的發展，電池、處理器與元件組裝技術都已有大幅進步，而這也造福了衛星業務，使得LEO衛星發展的可能性比以往更大。加上物聯網時代下，聯網的需求不斷提升，因而吸引不少業者投入衛星通訊事業。
在衛星通訊的接收端方面，最重要的元件就是天線，目前的天線技術已可滿足物聯網這類的低頻寬應用。只要將裝置安裝在可視天空的環境下，搭配簡單的天線設計就能接收衛星訊號。不過，寬頻服務就需要較複雜的天線設計。
對衛星寬頻通訊來說，難度在於將無線電訊號導向正確方向。目前使用的技術以相位陣列(Phased Array)為主，利用一整組天線來製造無線電訊號，能在特定方向相互干擾，但另一個方向則相互增強，藉此將無線電波導向正確方向。不過相位陣列天線目前仍然十分昂貴，成本超過10,000美元。因此衛星寬頻若要普及，須先克服天線成本的問題。
而Ray也指出，物聯網服務技術門檻較低，不像寬頻服務必須要有天線方面的技術突破才能真正起跑，因此可能會是受衛星通訊發展影響最大的市場。目前已經有業者開始進行LEO物聯網部署，如Iridium已取得美國政府合約得以維持營運，並宣布與亞馬遜(Amazon)達成跨品牌物聯網連線協議。一旦新的衛星群成立，Iridium就會開始競逐物聯網應用市場。
小資料量/高延遲IoT應用率先開跑
衛星通訊在物聯網應用中最大的優勢就是全球覆蓋率。Ray進一步說明，衛星通訊是唯一能在終端用戶不具任何技術知識的情況下，提供全球覆蓋的無線通訊技術，且其不像NB-IoT須考量漫遊授權以及當地的網路基礎建設等問題。上一代衛星通訊因成本上的限制，很快地就被其他地面網路技術超越，但新一代的LEO衛星部署成本與終端裝置成本都大幅降低，因此將有望與蜂巢式網路競逐物聯網市場。
LEO衛星約每12小時繞地球一圈，要部署更多顆衛星才能滿足低延遲、大資料量的傳輸。但這點對於部分物聯網應來說並不是問題，因為衛星可儲存資料，直到通過適合的地面站再為終端進行資訊更新。因此，對低頻寬、高延遲且傳輸資料量小的物聯網應用來說，單單一枚衛星就能提供全球服務。衛星每12小時會更新地面感測裝置的資料，並將之轉送到可用的單一地面站，雖然訊息需要一天的時間送達，但這對於環境監測等應用來說是可以接受的。
目前，市面上已有業者提供低功耗、低成本的衛星訊號的收發模組，供物聯網設備使用。如澳洲的Myriota在2018年推出的衛星通訊終端模組，售價50美元，主要元件包括天線、GPS、感測器、微處理器以及電池。Myriota表示，該解決方案可使聯網設備利用AA電池供電，維持5年的運作，而該產品目前主要鎖定畜牧業/水資源監控、資產追蹤、國防、海域追蹤等物聯網服務。
地面站設置成衛星寬頻最大挑戰
對於衛星寬頻服務來說，另一項挑戰就是有沒有地面站(Earth Station)可用，也就是可以從衛星下載資料的地方。多數衛星寬頻服務則計畫採用彎管(Bent-pipe)服務，使用者資料會直接從衛星再次反射下來，每當衛星提供服務都需要可見的地面站，且大約要60或70枚衛星才能提供連續服務，須額外投入資金並持續付出成本。
Iridium即是採用彎管服務來提供有限寬頻。此外，也有幾家新創企業計畫使用更先進的衛星間連結技術，來降低對全球性地面站網路的需求。
美國軍方採用LEO服務
目前整個衛星通訊市場主要由Iridium主導，該公司持續透過LEO衛星群提供語音和基本的數據資料服務，而其最大的客戶是美國軍方。因此暫時不須擔憂財務上的問題。
而Ray也透露，應該很快就會看到軍方使用其他LEO服務。他強調，不只航空母艦這類的行動資產，所有類型的船隻都能因為LEO寬頻受益，雖然目前的市場焦點仍中在航空運輸上。
縱觀衛星通訊整體發展，Ray指出，物聯網時代中，人們對於廣覆蓋聯網需求漸增，而衛星正好能滿足全球覆蓋的需求，因此部分的衛星通訊計畫確實會有很大的發展機會。不過，太空領域的技術難度極高，所以風險也很大。儘管不是所有的公司都能在衛星事業上取得成功，但能夠成功利用衛星發展出物聯網以及寬頻通訊服務的業者，將會對既有的通訊服務提供者(CSP)在語音/數據以及光纖網路等業務上構成威脅。然而，多數CSP業者可能尚未意識到衛星通訊的潛力。