衛星通訊是什麼?原理為何?有哪些優、缺點?網路為什麼能從太空來?英文怎麼說?

你有沒有想過,在沒有基地台、沒有光纖的高山、海上,甚至飛機上,為什麼還是有機會上網?答案可能就在我們頭頂的太空中。所謂「衛星通訊」,英文叫做 Satellite Communication,如果特別指利用衛星上網,則常稱為 Satellite Internet。簡單來說,就是把人造衛星當成天空中的「通訊中繼站」,幫忙把地面上的訊號傳到另一個地方。

衛星通訊把訊號送到太空中的人造衛星,再由衛星轉送到地面、船上、飛機或其他地方的通訊方式。它可以傳送電話、電視、定位資料,也可以提供網路。

衛星通訊的歷史可以追溯到20世紀中期。1957年,第一顆人造衛星發射成功後,人們開始想像用太空設備傳遞訊號。後來,通訊衛星逐漸用在國際電話、電視轉播、氣象觀測和海上通訊。近年來,低軌衛星受到關注,因為它們離地球較近,訊號來回時間較短,比較適合提供網路服務。

衛星通訊的原理,其實和傳球有點像。當地面上的使用者要傳送資料時,天線會先把資料轉成無線電波,再把訊號送往太空中的衛星,這個過程叫做「上行」。衛星收到訊號後,再把它送回地球上的另一個地面站,這個過程則叫做「下行」。有些新型衛星還可以先把資料傳給其他衛星,像是在太空中接力,再選擇適合的位置把資料送回地球。

很多人聽到「衛星網路」,可能會以為網路真的被放在太空裡,其實不是。網際網路本來就是許多電腦、伺服器和路由器互相交換資料形成的系統。這些資料可以走光纖、海底電纜、Wi-Fi、行動電話基地台,也可以透過衛星傳送。換句話說,衛星不是在太空中「製造網路」,而是替網路資料增加一條可以經過太空的道路。

那麼,太空幾乎沒有空氣,訊號又怎麼傳得過去呢?這是因為衛星通訊使用的無線電波屬於「電磁波」,電磁波不需要空氣也能前進。陽光其實也是電磁波,如果電磁波不能穿過真空,我們在地球上就看不到太陽了。因此,無線電訊號可以從地球飛到衛星,再從衛星回到地面。

衛星也不是停在天空中不動。它其實受到地球重力吸引,一直繞著地球運行。不同衛星距離地球的高度也不同。有些低軌道衛星距離地球只有幾百到兩千公里左右,因為離地面較近,訊號來回速度較快,因此很適合提供網路服務。不過,低軌道衛星會快速飛過天空,所以通常需要很多顆衛星一起工作,彼此接力。

另外,也有距離地球約3萬5786公里的地球靜止衛星。這類衛星從地面看起來好像固定在天空的同一位置,可以一次服務非常大的地區,因此過去常被用來傳送電視節目和通訊訊號。不過,由於距離很遠,資料傳送來回需要比較多時間,因此使用時可能會感覺到延遲。

衛星通訊最大的優點,就是不一定需要在地面鋪設大量電纜或興建基地台。像是深山、沙漠、海洋、離島和飛機上,要鋪設光纖非常困難,但只要有適當的設備和衛星訊號,就可能建立通訊。因此,衛星也常被用在船舶、飛機、科學研究和災害救援。當地震或颱風破壞地面的基地台與電線時,衛星通訊甚至可能成為重要的緊急聯絡方式。

不過,衛星通訊也不是沒有缺點。首先,訊號要飛到太空再回來,如果衛星距離很遠,就可能出現延遲。其次,高樓、山脈和樹木都可能擋住訊號,大雨也可能讓部分衛星訊號變弱。此外,發射和維護衛星需要很高的成本,如果同一地區有很多人同時使用,網路速度也可能受到影響。

其實,可以把一般的光纖網路想成在地面上蓋高速公路,而衛星網路就像把部分道路搬到天空中。不論資料走地面還是太空,運送的都是電腦使用的數位資料。衛星只是多提供了一條不必完全依賴地面設施的通訊道路。

因此,「網路從太空來」聽起來很像科幻電影,其實背後運用的是人類已經掌握多年的科技。只要能把資料轉成電磁波,再利用繞著地球飛行的衛星幫忙轉送,網路訊號就能跨越高山、海洋甚至不同國家。衛星就像一名在太空工作的超級郵差,只不過它每天送的不是信件,而是大量由0和1組成的數位資料。

(完)


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範例問題:

  1. 如果你住在沒有基地台和光纖的偏遠山區,你覺得衛星通訊可以怎麼幫助你?除了上網之外,還可能有哪些用途?
  2. 衛星網路可以把訊號傳到高山、海洋和飛機上,但也有延遲、天候影響和成本高等缺點。你認為哪些地方最適合使用衛星網路?為什麼?
  3. 如果發生地震或颱風,地面的基地台和網路線路都受損了,你覺得衛星通訊為什麼可能很重要?如果你是救災人員,你會怎麼利用它?

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