GPS不再是唯一解答？深入解析美國FCC的PNT國家戰略
從國安危機到下世代定位技術的機遇與挑戰
2024年5月10日的夜晚，一場數十年來最強烈的太陽風暴，讓絢麗的極光罕見地橫掃美國大部分地區的天空，景色如夢似幻；然而，對於美國中西部的農民來說，這個夜晚卻是一場夢魘；內布拉斯加州的農夫凱文·肯尼（Kevin Kenney）無奈地表示：「因為太陽風暴，所有曳引機都停在田邊，GPS完全失靈了。」
這起事件，不僅癱瘓了高度依賴精準定位的現代農業，更像一記警鐘，敲響了美國對單一系統過度依賴的國家級警訊；從你我手中的智慧型手機導航、網路銀行交易，到支撐國家運作的電力網、金融系統、通訊網路，乃至國防軍事，幾乎所有現代生活都建立在一個脆弱的基礎上——由美國衛星提供的全球定位系統（GPS）。
意識到這個「單點故障」的潛在威脅足以動搖國本 ，美國聯邦通訊委員會（FCC）於2025年3月28日發布了一份關鍵的調查通知（Notice of Inquiry, NOI），檔案編號為 WT Docket No. 25-110；這份文件重點在於探索並促進GPS以外的「定位、導航與授時（Positioning, Navigation, and Timing, PNT）」技術發展，目標是建立一個更多元、更具韌性的「PNT系統聯盟（system of systems）」。
這不僅是一份技術調查，更宣告了美國PNT國家戰略的重大轉向，本文將深入解析這份文件的核心精神、探討其中提及的關鍵替代技術，並分析其背後隱藏的挑戰與龐大商機。
PNT是什麼？為何一個訊號中斷會動搖國本？
PNT，即「定位、導航與授時」，是三位一體的時空資訊基礎；
- 定位（Positioning）： 計算並確定物體在地球上的精確位置（經度、緯度、高度）；
- 導航（Navigation）： 提供從A點到B點的路徑指引；
- 授時（Timing）： 獲取並維持來自國際標準的精確時間。
多數人對PNT的理解停留在「定位」與「導航」，例如開車時的Google Maps，然而，「授時」才是現代數位基礎設施的隱形心跳；5G/6G通訊網路、金融交易系統、電力網的穩定運行，全都依賴於奈秒（nanosecond）等級的精確時間同步；以5G通訊基地台為例，基地台間必須維持極高精度的時間同步，才能確保數據在不同基地台間無縫傳遞；目前，這些基地台主要依賴GPS訊號來校準其內部時脈，一旦GPS訊號中斷或被干擾，基地台間的同步就會逐漸失調，導致通話中斷、網速驟降，甚至整個通訊網路癱瘓；在災難發生時，這代表著緊急警報（WEA）無法發送、報案系統失靈、急救人員通訊受阻，後果不堪設想。
GPS的致命弱點：來自天空與地面的雙重威脅
長久以來，GPS以其免費、普及的特性，成為美國乃至全球PNT服務的基石；然而，這種過度依賴也使其成為一個極其脆弱的環節；其弱點主要來自兩個層面：
1. 物理與環境限制
GPS衛星位於約兩萬公里高的中地球軌道（MEO），其發射的訊號功率極低；當訊號抵達地表時已非常微弱，這導致它難以穿透建築物、隧道或濃密樹林，在室內、地下或高樓林立的「都市峽谷」中經常無法使用。
2. 惡意攻擊與干擾
這是FCC文件中最為關切的威脅。由於訊號微弱，GPS極易受到惡意攻擊；
- 干擾（Jamming）：
攻擊者使用一個簡單的發射器，在GPS頻段上廣播強力雜訊，就能輕易蓋過微弱的GPS訊號，使接收器無法正常定位； - 欺騙（Spoofing）：
這是一種更陰險的攻擊。攻擊者發送偽造的GPS訊號，強度略高於真實訊號，誘騙接收器計算出錯誤的位置或時間；想像一下，一艘貨輪的導航系統被欺騙，被引導至錯誤的航道，或者金融系統的時間被篡改，都可能引發災難性後果。
FCC報告明確指出，來自中國、俄羅斯等國家的惡意干擾與欺騙威脅日益加劇 ，這已不僅是技術問題，而是攸關國家安全的戰略挑戰。據美國國土安全部（DHS）估算，一次大規模的GPS中斷，可能造成每日超過10億美元的經濟損失。
美國的「PNT系統聯盟」戰略：尋找GPS的備援夥伴
面對內憂外患，美國政府的策略並非尋找單一的「GPS殺手」，而是建立一個由多種技術互補的「PNT系統聯盟（system of systems）」，這個聯盟的目標是確保在GPS部分或全部失靈時，其他系統能夠無縫接替，提供持續、可靠的PNT服務。
此戰略背後，也反映了美國在地緣政治競爭中的焦慮，報告指出，中國等國家在部署PNT替代方案上進展迅速，已經在開發結合衛星、地面廣播和光纖的多層次系統；為了維持全球領導地位，美國必須加快腳步。
替代方案盤點：誰能接棒GPS？
FCC的NOI文件中，盤點了多項具潛力的PNT補充與替代技術，可分為「太空」與「地面」兩大陣營。
太空軍備賽：從中軌道到低軌道的PNT革新
太空中的PNT方案，除了GPS本身不斷現代化之外，主要有兩大發展方向：
- 多重全球導航衛星系統（GNSS）融合：
GPS只是GNSS的一種。全球還有歐洲的伽利略（Galileo）、俄羅斯的格洛納斯（GLONASS）、中國的北斗（BeiDou）等系統；理論上，能夠同時接收多個GNSS系統訊號的接收器，可以大幅提升定位的可用性與可靠度。當GPS訊號被遮擋或干擾時，接收器仍可利用其他衛星系統完成定位；目前，歐盟的Galileo是唯一獲得FCC正式批准在美國境內使用的外國GNSS系統。 - 低軌道（LEO）衛星PNT：
相比位於中軌道的GPS，運行在數百公里高空的LEO衛星，其訊號傳到地表的強度高出數千倍，具備更強的穿透力與抗干擾能力；SpaceX、Amazon等公司雖主要部署LEO衛星用於寬頻服務，但其訊號也可被用作PNT的「機會訊號（Signals of Opportunity）」；此外，已有如Iridium（STL服務）、TrustPoint、Xona等公司，專門開發以LEO衛星為基礎的PNT商用服務。
掌握全天域訊號，實現極致韌性定位
要在複雜環境中實現不間斷的PNT服務，接收器的性能至關重要，GNSS 模組不僅支援GPS，更能同時接收來自Galileo、GLONASS、BeiDou等多重衛星系統的訊號，這種多星系融合能力，不僅提升了定位精度與速度，更關鍵的是，當單一系統出現問題時，模組能利用其他可見衛星維持運作，為設備提供了前所未有的定位韌性。
地面部隊反攻：更強韌、更難干擾的地面PNT技術
地面PNT系統是這次FCC報告中特別關注的領域，因其訊號源於地面，功率更高，能有效彌補衛星訊號的弱點。
技術方案 |
運作媒介 |
核心原理 |
優勢 |
挑戰與限制 |
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廣播定位系統 (BPS) |
ATSC 3.0 電視訊號 |
利用多個電視塔發出的同步訊號，透過到達時間差（TDOA）進行定位 |
訊號強、穿透力好；可利用現有電視廣播基礎設施；抗干擾性強 |
依賴ATSC 3.0電視標準的普及 |
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增強型羅蘭 (eLoran) |
90-110 kHz 低頻無線電 |
地面大功率發射站發射低頻脈衝訊號，進行大範圍導航 |
訊號傳輸距離遠；能穿透水下與地下；極難被干擾或欺騙 |
需要投資建設新的大功率發射站網路 |
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NextNav 方案 |
900 MHz 頻段 |
透過地面專用發射站網路，以多點定位方式提供PNT服務 |
已在DHS測試中證明其韌性；可與LTE/5G訊號結合提供3D定位 |
需要部署專屬的地面發射站 |
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行動寬頻系統 |
4G/5G/6G 手機網路 |
利用基地台與終端設備間的訊號進行時間、相位、角度測量來定位 |
可利用龐大的現有蜂巢式網路基礎設施 |
精度可能受限於基地台密度與環境，在GNSS失效時需要獨立的授時方案 |
技術之外的挑戰：頻譜、成本與市場的三角習題
即使技術可行，要將這些替代方案推向市場，仍面臨三大挑戰：
- 經濟模式（Who Pays?）：
GPS由美國國防部出資，全球免費使用，這是一種「非競爭性」的公共財；新的PNT系統若由私人企業建設，該如何收回研發與基礎設施投資？ 如果收費，會不會影響其普及速度？ 若由政府出資，又該如何避免扼殺市場創新？ 這是FCC文件中反覆探討的經濟難題。 - 頻譜資源（Where to Operate?）：
無線電技術離不開頻譜，這些新技術是否需要專用頻譜？能否與現有服務共享頻譜而不產生干擾？ 頻譜的分配與管理，是FCC作為主管機關的核心職責，也是推動新技術的關鍵。 - 標準與互通性（How to Cooperate?）：
一個「系統聯盟」要成功，前提是各系統間必須能夠協同工作；這需要產業標準制定組織（如3GPP）的介入，確保設備製造商能以統一的標準，將多種PNT技術整合進晶片與終端產品中。
當PNT遇上供應鏈安全：從晶片到終端的國安考量
FCC的報告花費大量篇幅討論了來自外國，特別是敵對國家的安全風險，報告指出，美國市場上許多無線設備，可能在未經授權的情況下，接收和處理來自俄羅斯GLONASS和中國北斗系統的訊號；這引發了深層的國安憂慮；例如，報告援引研究稱，北斗系統可能具備「追蹤」用戶的能力；為此，FCC正在考慮採取更嚴格的措施，包括：
- 調查未授權訊號接收：
釐清設備商、晶片商在啟用這些外國GNSS訊號中的角色與責任； - 擴大「涵蓋清單（Covered List）」的應用：
該清單列出了被認定對美國國安構成威脅的通訊設備與服務供應商；FCC在考慮，是否應禁止PNT解決方案使用清單上企業所生產的任何設備。
這代表著，未來PNT解決方案的供應鏈安全將成為審查重點，選擇來自可靠、透明地區的供應商，例如：台灣的零組件製造商，將成為終端設備品牌在佈局全球市場時，降低地緣政治風險的重要策略。
結論：PNT的未來不是取代，而是融合
FCC的這份調查通知（NOI）清晰地揭示了一個事實：GPS獨霸的時代即將過去，未來不再是尋找單一的完美替代品，而是建構一個由太空衛星與地面設施、多種技術與頻段、政府與私營企業共同組成的、具備深度、韌性與智慧的PNT生態系統；從太陽風暴癱瘓農場，到大國間的無聲較量，PNT已從一個單純的技術工具，演變為牽動經濟命脈與國家安全的戰略制高點；這份文件不僅為工程師與技術專家們指出了下一個十年的研發方向，也為整個科技產業鏈帶來了全新的挑戰與機遇。誰能率先在精度、韌性、安全性與成本效益上取得平衡，誰就將掌握開啟下世代智慧應用的鑰匙。