隨著科技的迅速發展，全球通信技術正朝著更快速、更穩定和更普及的方向演進，衛星通訊技術在非地面網路（Non-terrestrial Networks, NTN）的概念架構下，高空平台系統（High Altitude Platform Station, HAPS）成為低軌道衛星外興起的通訊技術。非地面網路（Non-terrestrial Networks, NTN）是一種通訊概念，相關的研究始於2017年在3GPP中的Release-15中的研究項目[1]，已經成為涵蓋各種涉及非地面上的飛行物體的網絡統稱。NTN作為被整合到5G生態系與未來的6G發展的一環，其主要提供網絡與通訊服務方式為衛星轉播（如GEO、MEO、LEO）和機載（如HAPS、無人機系統UAS）來實現廣範圍的網絡覆蓋。
除了低軌道衛星與星群提供大面積網絡服務外，HAPS能作為介於地面通訊設施與衛星之間存在的缺口補償的最後一哩路，避免地面訊號混亂與延遲問題，其相較於低軌道衛星所投入的成本更低，也不需要大費周章的運載酬載（payload）以及租借世界各地的火箭發射場來發射到外太空，同時又能達到低軌道衛星能夠提供的部分功能需求。HAPS將通訊設備置於高空的平流層約莫離地20公里左右的位置，以覆蓋傳統地面通信無法到達的地區，網路與通訊覆蓋範圍達直徑200~400公里。這種技術結合了衛星通信和地面通信的優勢，可提供高速、低延遲和寬頻的通信服務。
一、NTN與HAPS之國際議題與發展
HAPS逐漸成為NTN的解決方案重要的一環。例如歐盟為應對未來通信技術的挑戰，2021年1月推出了Hexa-X計畫，提出了「網絡之網絡（Network of networks）」概念致力於研究和開發超越5G的無線通信技術，將串接所有不同的通訊裝置與平台，將NTN視為解決6G需求的一個重要方式，藉由各種網絡（如衛星、HAPS和地面網絡）將共同構建一個標準統一且高度互聯的網絡生態系統，從而滿足未來全球數位化發展的需求。Hexa-X聚集了來自歐洲各地的學術和工業合作夥伴，以研究和開發具有創新潛力的無線通信技術。
另外，HAPS產業也於2020年孕育出HAPS聯盟（HAPS Alliance），旨在推動基於太陽能無人機的全球通訊網絡。該聯盟由來自美國、日本、英國、法國、德國等國家的大型企業組成，共同推動HAPS生態系統的建立。HAPS聯盟致力於研究和開發使用太陽能無人機作為空中基地台的技術，以實現全球範圍內的通信覆蓋。該組織針對HAPS生態系從航空、通訊與行銷三大類面向提供會員諮詢與技術服務。該聯盟成員橫跨衛星公司與各國電信業者、和其他產官學界。其中日美企業（SoftBank與AeroVironment）合資的HAPSMobile與Google母公司Alphabet公司所做的高空氣球通訊器系統Loon（2013年啟動的Project Loon計畫）為聯盟的亮點企業。但Loon因營運成本考量下被Google終止該計畫項目，而HAPSMobile與Loon在2019年4月即宣布策略聯盟，HAPSMobile注資1.25億美元予Loon，也同意Loon未來也可投資HAPSMobile同樣的金額，以共同推動採用無人機或氣球的高空通訊服務。最終在HAPSMobile與Loon策略合作下，軟銀2021年買下Alphabet Loon 200項HAPS相關專利，繼續推動HAPSMobile的發展。
其實HAPS並非新興的概念與議題，早在1980~1987年間，加拿大的通信研究中心（Communications Research Centre，簡稱CRC）即投入HAPS發展開發SHARP（Stationary High Altitude Relay Platform）[2]（如下圖1），最終因CRC預算減少而中止計畫。在2000年以前美國、日本、與英國也都有開發HAPS的計畫項目，包含由太陽能板作為動力的固定翼無人機NASA Pathfinder[3]（美國AeroVironment企業投入）、高空氣球SkyNet（日本）和CAPANINA（英國），一路發展到近年熟悉的Loon、Zephyr S、HAWK30與PHASA-35。整體HAPS產品的發展特色可歸納為飛行時間短到長、覆蓋範圍小到大、通訊種類少到多、頻寬小到大。
資料來源：Friends of CRC[4]
圖1 加拿大CRC開發之HAPS產品SHARP
二、5G HAPS
在實際商用落地與場域應用方面，偏遠或缺乏基礎設施的多島嶼環境或觀光旅遊景點，為目前適合5G HPAS商用落地的場景。當中以英國2014年新創公司Stratospheric Platforms Limited（SPL）獨具特色，其主要發展以氫能推動的HAPS以提供高寬頻的無人機（如下圖2），為印尼多島嶼和廣闊的地形提供與地面網絡和運營商的無縫5G兼容的電信覆蓋解決方案。此外，SPL也於2022年3月在沙烏地阿拉伯的「紅海計畫（The Red Sea Project）」的支持之下，於沙烏地阿拉伯西岸進行全球第一次5G HAPS場域驗證，作為5G服務的延伸方式，並由沙國通訊部CITC[5]主導與推動此次5G HAPS驗證，實現在離地14公里的平流層用5G HAPS提供網絡服務。接續在2023年1月，英國電信BT Group與SPL合作，受到英國創新局（Innovate UK）出資贊助，在英國偏遠地區打造HAPS，提供4G與5G連接服務，預計2025試飛和2026啟用。
資料來源：https://www.stratosphericplatforms.com/news/press-release-hydrogen-fuel-tank-future-communications/
圖2 英國新創公司SPL所做的氫能5G HAPS無人機
三、HAPS在臺灣可行性
然而，相較於其他歐美國家有廣闊國土面積，在臺灣無虞於廣闊與偏遠的區域所需的網絡需求，但仍舊需要備援解決方案，以因應臺灣可能發生的各種不利網路通訊的情境下（如偏遠山區、災防、軍用、海底電纜斷裂、停電等），能夠透過數位工具迅速恢復網絡通訊暢通，強化臺灣「數位韌性」的理念。HAPS就能夠作為除了低軌道衛星以外維持數位通訊的解決方案，即使產業效益小但仍舊因為其具有利基市場而具有發展亮點，目前雷虎科技和中華電信合作打造空中基地台無人機（UAV）能夠作為事故災區和國防需求的緊急應變備援方案，並具有HAPS補足天空中最後一哩路的概念，提供區域性的緊急或備援的網路通訊解決方案，亦或是應用在馬祖海底纜線斷纜問題，但因為場域位置仍舊須面對政治面的相關議題。
資料來源：雷虎科技官網https://www.ttrobotix.com/products/detail/925.html
圖3 雷虎科技和中華電信合作打造的機動式無人機衛星基地台
最後，隨著HAPS和NTN技術的發展，全球通訊產業將迎來一個新時代。在這個時代中，通訊速度將更快、延遲更低，並能夠覆蓋更廣泛的地區。無線通信將滲透到我們生活中無所不在的方方面面，無論是家庭、工作場所還是遠程地區，都將實現高速、穩定的互聯網接收。此外，HAPS和NTN技術的發展還將促使新興市場的崛起，帶來新的創新和商業機會。然而，HAPS和NTN技術的推廣和應用也面臨著一定的挑戰，包括技術標準制定、頻譜分配、環境影響等。為克服這些挑戰，政府、企業和研究機構需要加強合作，共同推動技術創新和標準化。在制定技術標準時，應充分考慮不同國家和地區的實際需求，以確保HAPS和NTN技術能夠普及至全球各地，確保其可持續發展以推動無線通信技術在各行各業的應用（無人機運輸、智慧城市建設、自動駕駛等領域），為全球通信技術帶來新的視野。