淺談ATG技術

+ 謝鷹

淺談ATG技術

+ 謝鷹

近日，全球機上寬帶互聯與航空產品服務提供商Gogo宣布，其全新區域性地空寬帶網絡（ATG）成功完成首次測試飛行，并開始在美國推廣部署。

Gogo稱，其新一代ATG網絡與自身獨有的機載天線技術、艙內Wi-Fi網絡和軟件平臺相結合，可為每架飛機提供早期ATG網絡30倍的帶寬。新一代ATG網絡利用2.4GHz頻段免授權頻譜，以及早期獲批頻段，峰值容量超過100Gbps，與Gogo全球衛星網絡相結合，將會成為有史以來容量最大的航空專用網絡。

什么是ATG

簡單說，ATG（Air To Ground）就是能實現在飛機上上網的地空通信系統。

ATG利用成熟的陸地移動通信技術，如3G、4G技術，針對航空高速移動、廣覆蓋等特性進行定制化開發，在地面建設天線能夠覆蓋天空的專用基站，構建一張地空立體覆蓋的專用網絡，有效解決高空立體覆蓋，實現地空高速數據傳送。

相比衛星通信， ATG雖然僅覆蓋大陸本土，覆蓋廣度不如衛星，但在一些國家例如美國、中國、歐洲、澳大利亞等，地域遼闊，國內航班占比較高，ATG覆蓋范圍足以滿足大部分應用場景。而且相比衛星，ATG有著不可比擬的高數據帶寬、低延遲、低成本的優勢，因而迅速發展。

衛星通信與ATG的優劣勢分析

Gogo的傳統ATG網速為什么那么慢？

美國航空互聯網的發展要感謝Aircell。這家不知名的小公司，收購了瀕臨倒閉的美國對空覆蓋網絡，創新地將原來AMPS模擬語音專網升級為CDMA1X-DO網絡，實現了當初高通工程師一個野炊時的突發奇想，隨后推出Gogo服務（ATG+Wi-Fi的機上上網服務），并在納斯達克上市，成功地占領了美國主流航空公司。

此后美國各大航空公司爭相改裝，到2012年Ku衛星產品推出時，50%的飛機已經簽署ATG改裝合同，可以說ATG方案以其快速改裝和相對低廉的網絡流量成本，成就了美國航空互聯網的迅猛發展。等Ku衛星來爭搶市場時，市場余量已所剩無幾，只在美西南航空公司找到了整機隊的裝機業務；而等Ka衛星網絡及天線成熟時，也就只剩下JetBlue這個廉價航空能作為最后的市場了。

ATG快速跑馬圈地，但當CDMA1X-DO僅僅3.1Mbps（下行）、1.8Mbps（上行）的傳輸速率分享到多架飛機時，業務體驗開始越來越差了。一面是地面移動網絡從3G向4G演進，一面卻是上網飛機數量快速增加帶來體驗下降，一升一降凸顯ATG速率瓶頸！有人問，難道就不能擴容和升級4G嗎？

然而美國頻率實行拍賣制，Gogo手里只有可憐的3M頻率，哪有多余的頻率擴容？沒有更寬的頻率怎么升級4G？巧婦難為無米之炊呀！怎么辦？Gogo只能在CDMA1X-DO上挖潛，升級RevB版本，將基站扇區分裂，把容量翻倍，峰值速率也提升到9.3Mbps，Gogo稱之為ATG-4。然而這點容量提升怎敵得過快速增長的上網需求，再加上Ku陣營咄咄逼人的競爭，還有跨洋覆蓋的剛需，Gogo最終也無可奈何地選擇了Ku衛星解決方案。

然而ATG與Ku雙線作戰，直接導致Gogo經營成本的大幅上升，公司一直處于虧損狀態。通過分析其財務報表發現，其實Gogo的ATG業務正開始進入收獲期，已經盈利，此時不得已進入ATG+衛星雙線作戰致使成本上升，且衛星裝機規模尚未上量，最終導致公司整體虧損。

競爭者遠不止Ku衛星，近些年，Ka衛星也殺將進來，這樣才有了美國航空公司狀告Gogo欲解除合作協議（理由：其他的無線服務商能夠提供更快、更可靠、更便宜的衛星Wi-Fi服務），欲改投Ka衛星陣營。最后雙方達成和解協議，Gogo承諾將采用2Ku技術來提升速率和服務體驗。

Gogo ATG路在何方

Gogo成功于ATG。正是由于Gogo獨創ATG解決方案，才成就了其今天全球航空互聯網提供商No.1的地位。雖然局限于頻率資源有限，被迫選擇Ku衛星陣營，雙線作戰的Gogo從來沒有放棄過對ATG next-G的追求，沒有頻率，找頻率！

Gogo先后尋找過多段頻率，其中不乏創新地想過利用Ku頻率做ATG，大家都知道Ku同步衛星都在赤道上空，美國衛星接收天線都是南向放置，Gogo提出是否能復用Ku頻率——把地面基站天線全部北向覆蓋，而飛機機腹安裝的Ku天線南向輻射，這樣來規避Ku ATG與Ku衛星的干擾，實現共生共存。多么偉大的創新！可惜FCC沒有支持這個創新，駁回了Gogo的頻率申請。

此路不通，另走他路。能不能打2.4ISM非授權頻段的主意呢？Gogo又開始了另一個大膽的設想，那可是80多兆頻率呀，相比于可憐巴巴的3MHz 800M頻率，非常誘人。十年前，認知無線電技術就提出了這種設想，想法很大膽，還是需要有人去實現。此時，ATG幕后的英雄出現了！

Gogo新一代ATG技術淺析

Gogo在ATG上風生水起離不開一家中國公司。該公司為Gogo定制開發了CDMA1X-DO版本的ATG系統，成為Gogo網絡的獨家供應商，從核心網、基站到CPE的核心板卡，可以說，是這家中國公司成就了Gogo的成功。

非授權頻段上開發4G系統，全定制開發，中國公司突破了頻率共享、共存，通過定制開發實現了在郊區開闊地區Wi-Fi干擾較小情況下，100Mbps的速率，而在城市Wi-Fi干擾較大的情況下，10Mbps以上速率的效果。

這套系統的核心是如何有效控制干擾，降低干擾的影響。基于2.4G的ATG不能影響地面Wi-Fi應用，又能保證數十Mbps的平均上網速率。多波束賦形天線十分關鍵，ATG next-G天線與傳統ATG天線有顯著的差別，如下圖所示：

上圖左側長長的鯊魚鰭天線就是智能波束賦形天線，控制天線還有一個有源的天線控制單元，這一點是與傳統ATG無源天線（上圖右側）有明顯區別的。

當然地面系統也將區別于傳統ATG，同步采用智能波束賦形天線，發射功率將嚴格按照ISM頻段發射要求，采用小功率發射，通過天線增益來解決超遠覆蓋和接收的問題。

中國ATG發展現狀

美國ATG已成熟商用了近9年，如今更是著手升級換代；歐洲的EAN（歐洲ATG）也已完成了300個基站部署，預計很快會商用。而中國相關領域，其實從2010年起就開始了ATG技術與應用的探索，2014年國航在成都—北京航線還進行了試驗飛行。然而橫亙在中國ATG商用路上的也是頻率問題，此外還有電信運營許可等其他政策問題。

中國ATG率先實現了基于4G LTE的ATG，這一點明顯領先于美國同行，但由于頻率、電信運營許可等諸多政策原因，時至今日，中國ATG仍然在路上。

當然，業界有不少投資人看好這個商機，從航空頻率、廣電頻率、軍民共用頻率等角度在試圖打造中國版ATG。可惜，各方力量各自為戰，沒有形成合力，在中國航空互聯網日漸熱鬧的今天，ATG卻一直沒有形成氣候，頻頻處于夭折的邊緣。

它山之石可以攻玉。縱觀全球，在歐洲，海事衛星組織拿出S波段衛星頻率，聯合德國電信、空客等公司構建EAN網絡；在美國，Gogo利用合作伙伴強大的研發能力在實現創新的夢想。反觀國內，ATG玩家各懷心思、一盤散沙，產業鏈未形成合力，都處于孤軍奮戰狀態。相信此番Gogo消息一出，又會有人開始琢磨利用2.4G頻率發展ATG。拒絕投機，只有整合產業鏈資源，把ATG戰線上相關各方聯合組織起來，中國ATG才能走出自己鳳凰涅槃的重生！