📘 《AI 時代系列（6）：進階通訊工程——邁向2035年太空星鏈網路時代》
📘 第 11周: 🔭 太赫茲（THz）革命 × 光無線通訊 × 全雙工
6G 高频 × 光 × 激光鏈路的未來主戰場
108／150單元： Laser Link（星間鏈路）🛰️ Starlink 的祕密武器
Optical Inter-Satellite Links (OISL): The Light-Speed Backbone of LEO Constellations
________________________________________
🎯 單元導讀
2023～2025 的 Starlink，能在全球跑出：
✔ 更低延遲
✔ 更高速度
✔ 更穩定的跨國路徑
✔ 不依賴地面海纜
✔ 可為戰區提供網路（烏俄戰爭核心技術）
這一切靠的不是 RF，而是：
⭐ Laser Link（光星間鏈路，Optical ISL）
用 雷射光（FSO） 把上千顆 LEO 衛星互相串起來，形成一張：
🌐 空中的光纖網路（Sky Fiber Network）
這個技術是 6G × NTN 的最重要基石，也將在 2030–2035 完全主導所有太空網路。
本章將帶你看：
• OISL 如何運作
• Starlink 為什麼非用 Laser Link 不可
• 光速 vs 無海纜優勢
• OISL 的物理限制與工程挑戰
• 6G NTN 如何整合 OISL × THz × FSO × RF
• AI-native 如何讓 Laser Link 更穩更快
________________________________________
🧠 一、Laser Link（光星間鏈路）是什麼？
光星間鏈路是：
⭐ 衛星之間用雷射光直接互相傳輸資料，而非依賴地面基地台
傳輸媒介：
✔ 真空（太空）
→ 沒有雨衰、沒有霧、沒有大氣
→ 完美光通道
主要使用波長：
✔ 1550 nm（光纖等級、眼睛安全）
✔ 可延伸到 1000–2000 nm
收發機：
• 高功率窄光束雷射（Tx）
• 相干光接收器（Rx）
• 追蹤、指向、捕捉（ATP）系統
資料速率：
🚀 10–20 Gbps（商用）
🚀 >100 Gbps（軍規與下一代 Starlink）
🚀 Tbps（2035 ISL）
這就是「天上光纖」。
________________________________________
🧠 二、為什麼 Starlink 必須使用 Laser Link？
有三個絕對性理由。
________________________________________
✔ 1. 地面海纜太慢（彎曲、非直線）
光在光纖中速度約：
v = c / 1.45 ≈ 0.69c
👉 約為 真空光速的 69%
衛星 Laser Link 是：
雷射在真空或近真空空間中傳播
折射率約為 n ≈ 1
v = c
👉 衛星 Laser Link 的光速即為 真空光速
再加上：
• 海纜是繞著地形走
• LEO ISL 是直線穿過空間
結果：
⭐ Starlink 的跨洲延遲 ≪ 海纜
________________________________________
✔ 2. 不需經過國家地面網路（政治 + 戰場）
Laser Link 能：
• 繞過國家邊界
• 不受地面網路封鎖
• 戰場中提供穩定低延遲網路
→ 烏俄戰爭世界首見 Laser Link 的戰略價值。
________________________________________
✔ 3. 隨衛星移動，自動形成本地網路
Laser Link 會把每群衛星串成：
🌐「空中 Mesh 網路」
地面只需最少 Gateway
→ 省成本
→ 低延遲
→ 更全球化
→ 更可靠
________________________________________
🧠 三、Laser Link 的光通道模型（與 FSO 完全不同）
地面 FSO 要面對：
• 霧
• 雨
• 雪
• 湍流
• 熱流
但 Laser Link 在太空：
✔ 無大氣
✔ 無散射
✔ 無湍流
✔ 無雨衰
✔ 不會因為「天氣」而失效
通道模型幾乎只有：
h = h_geo
純幾何損耗（beam divergence）。
h_geo = A_r / (θ · L)²
→ 光束越窄、誤差越小，越能收滿能量。
________________________________________
🧠 四、Laser Link 的三大核心技術
✔ (1) ATP（Acquisition, Tracking, Pointing）
Laser Link 必須：
• 找到對方
• 對準
• 保持鎖定
• 在衛星高速移動時依然穩定
誤差要做到：
🎯 微弧度（μrad）級
這是 ISL 最大工程難度之一。
________________________________________
✔ (2) 相干光通訊（Coherent Optical Communication）
用光纖同級的調變：
• DPSK
• QPSK
• 16QAM
• DP-QPSK
速率可上到：
→ 100 Gbps
→ 1 Tbps（2035 實驗中）
________________________________________
✔ (3) 空間 Mesh Routing（Sky Internet Fabric）
OISL 形成：
～ 星間高速光纖網路 ～
Satellite A ——— Satellite B ——— Satellite C
\ | /
Satellite D ——— Satellite E
此示意圖說明 Sky Internet Fabric 的空間 Mesh Routing 架構：多顆低軌衛星透過 OISL（Optical Inter-Satellite Link，星間光鏈路） 彼此直連，形成如同「太空中的高速光纖網路」。每顆衛星同時具備多條星間連線，可進行多跳轉送與動態繞路，當某一鏈路或節點受遮擋、故障或負載過高時，資料可即時改走其他路徑，提升整體網路的 低延遲、去中心化與高韌性，這正是下一代衛星網路（Sky Internet）能支撐全球即時通訊的關鍵基礎。
每顆衛星是 router。
→ 自動繞路
→ 自動負載均衡
→ 自動恢復
Starlink = 天空的 MPLS + 光纖骨幹。
________________________________________
🧠 五、為什麼 Laser Link 是 6G NTN 的基石？
⭐ 6G = 地面 + 空中 + 太空
Laser Link 是太空 backbone：
✔ 低延遲 backhaul
✔ 全球 coverage
✔ can bypass national gateways
⭐ 6G URLLC × Space
需要超低延遲
Laser Link = 最快的跨洲路徑
⭐ 6G Edge Cloud × LEO
資料中心可以「漂浮」在太空
→ Laser Link 負責連線
________________________________________
🧠 六、ASCII：Starlink Laser Link 架構示意
(Laser) (Laser)
SAT A <---------> SAT B <---------> SAT C
| |
| RF Downlink | RF Downlink
v v
Ground UE Ground UE
此示意圖說明 Starlink 的雷射星間鏈路（Laser Link）架構：多顆低軌衛星（SAT A、B、C）之間透過 星間雷射鏈路 直接互聯，在太空中形成高速、低延遲的資料轉送通道；資料可先在星間以光速進行長距離傳遞，再由最合適的位置透過 RF 下行鏈路 傳送至地面用戶（Ground UE）。這種「太空中走雷射、最後一段走 RF」的設計，可有效降低跨洲延遲、減少對地面光纖的依賴，並提升整體網路的即時性與韌性。
→ 地面只負責接入
→ 背後全部靠光鏈路支撐
________________________________________
🧠 七、Laser Link 的工程挑戰
❗ 光束對準（pointing error）
衛星每秒 7 km 移動
→ 任何 1 mm 偏移都收不到光
❗ 熱膨脹、震動
太空溫度變化巨大
→ ATP 機構要可耐極端冷熱
❗ 高精度光收發機成本高
Starlink 以大量生產降低成本
→ 其他公司難以跟上
❗ 太空碎片
需避開遮擋區域
________________________________________
🧠 八、AI-native × Laser Link
AI 在 OISL 是必備：
✔ (1) AI pointing error compensation
• CNN/RNN 分析鏡頭影像
• 即時調整 tracking
✔ (2) AI routing（太空 Mesh 路徑）
• 根據衛星軌道預測最短路徑
• 自動負載均衡
✔ (3) AI atmospheric edge modeling（對地鏈路）
→ 用於 laser → ground
✔ (4) AI predict LEO topology changes
提前規劃路由，降低 handover delay。
________________________________________
🧠 九、模擬題
1️⃣ 模擬 1 μrad pointing error 對 1000 km Laser Link 的 SNR 損失。
2️⃣ 比較 OISL（c） vs 海纜（0.69c）在跨洲延遲差異。
3️⃣ 構建 LEO 66 顆衛星的 Mesh Routing 模型。
4️⃣ 模擬相干 QPSK、16QAM 在 OISL 的 BER。
5️⃣ AI-based ATP 在衛星移動下的穩定度分析。
________________________________________
🧠 十、小結
✔ Laser Link = Starlink 最核心武器
✔ 真空讓光通道幾乎完美
✔ 延遲比海纜快、比 RF 穩定
✔ 是 6G NTN / LEO / HEO / MEO 的主幹道
✔ 挑戰在 ATP、相干光、太空環境
✔ AI-native 是加速器與穩定器
一句話：
🛰️ Laser Link 不是傳輸技術，而是把整個地球變成一張天空光纖網路的基礎建設。
──────────────────────────────────
