航空互聯網通信技術方案淺析

王黎明

隨著互聯網的飛速發展，互聯網已逐漸與人們的生活融為一體，互聯網通訊和信息交流已成為人們生活中不可或缺的重要組成部分。人們期望將陸地上的互聯網生活，提升到航空旅行之中，從而能沖破“空中信息孤島”的禁錮，實現“空中上網”的渴望，在此背景下，航空互聯網應運而生。

1 航空機載通信與航空互聯網

1.1 航空機載通信系統

航空機載通信主要分為兩大部分。一部分是指前艙（駕駛艙）通信，而另一部分是指后艙（客艙）通信或稱航空公眾通信服務。一般客機機載通信系統應包括：旅客廣播及娛樂系統、選擇呼叫系統、音頻選擇系統、話音記錄系統和內話通信系統等。前艙通信主要解決的是空中交通管理和安全保障等安全業務通信問題，而后艙通信除了解決后艙管理通信以外，還需要解決乘客的公眾通信問題。以往航空客機通信的重點是在前艙安全通信和內話系統通信，而公眾通信由于種種難以克服的潛在安全隱患，往往被擱置。

航空客機前艙通信傳統上主要采用甚高頻（VHF）和高頻（HF）通信。這兩種通信方式存在著一些難以適應現代通信需求的弱點。前者電波傳輸方式是直射波，基本為視距通信，通信距離有限，并主要采用話音通信（新型飛機可實現數據傳送），而后者電波傳播方式是天波，是靠電離層反射電磁波傳輸信號的，因而易受電離層擾動、雷電氣候等變化影響，兩種通信技術都存在傳輸速率低、傳輸容量小、通信覆蓋范圍窄、通信質量不穩定等問題。

為了保障航空飛行通信安全、暢通，2012年12 月，我國民航局在《航空公司運行控制衛星通信實施方案》和《航空公司運行控制衛星通信應用政策》中明確規定：“航空公司應根據本公司機型和運行區域，選擇適合于本公司飛行運行特點的衛星通信系統”“衛星通信與高頻、甚高頻通信相比，具有通信質量高、保密性強、干擾小，容量大、覆蓋范圍廣，以及運行平穩等優點”要“利用衛星這一現代化通信技術全面解決航空公司運行控制的語音通信聯系和提高實時監控能力的問題”“解決語音通信和有效利用數據鏈通信是提升運行風險控制能力的核心手段”“2017年底前，所有飛機都應具備衛星通信能力，以滿足運行通信聯系要求”。

除了“星基”方案以外，地面蜂窩移動通信技術也被引入航空互聯網通信領域，出現了“陸基”方案，從而大大地豐富了后艙機載公眾互聯網通信的技術手段，極大地促進了航空公眾通信的發展。

1.2 航空IFE服務與互聯網

航空IFE（In Flight Entertainment）系統特指在飛機客艙環境下向乘客提供娛樂服務和管理信息的系統。傳統IFE服務是在客艙環境內，通過艙內廣播音響系統、個人音響播放系統、固定視頻播放系統或交互式音視頻點播系統（AVOD）等向乘客提供的娛樂信息服務，所采用的信息源主要來源于機載存儲設備內預存的娛樂節目。

IFEC（In Flight Entertainment Connectivity）可以翻譯成航空客艙娛樂及互聯，是指在飛機客艙內通過艙內局域網（Wi-Fi）及相關通信設備，利用機載外部通信系統，通過艙外天線及空地通信傳輸鏈路，以及地面通信基礎設施，將艙內用戶終端設備接入互聯網或其他通信網絡，從而為乘客提供在線娛樂、商務辦公、電子商務、公眾通信等互聯網服務，顯而易見，IFEC具有明顯的電信業務特征。

2 航空互聯網通信技術方案

目前，國內外實現航空互聯網服務，主要采用兩類技術方案，一類是基于地面蜂窩移動通信技術及基站專業網絡的“陸基”方案，被稱之為ATG（Air to ground）方案。而另一類是基于衛星中繼通信的“星基”方案。

航空互聯網服務網絡可以分為四大部分：機載對外通信系統及設備和艙內局域網（Wi-Fi）網絡；空間無線通信傳輸鏈路及衛星中繼站；地面相關通信基礎設施（基站專用網或地面地球站），以及與電信網關相連接的互聯網或地面通信網絡。

2.1 網絡、設施及設備構成

2.1.1 艙內無線Wi-Fi系統

盡管由于飛機機型不同、服務提供商不同，而導致艙內機載Wi-Fi系統所采用的技術方案，系統設備也不盡相同，但就機載Wi-Fi的功能需求來看是大同小異的，機載Wi-Fi系統組件構成也是類似的。

根據2016年國家民航局發布的《機載無線局域網娛樂系統總體技術規范》及相關標準，以及對若干個機載Wi-Fi方案的分析，可歸納出機載Wi-Fi系統的主要功能需求及基本設備構成如下：

機載Wi-Fi系統通常由：機載服務器、客艙用戶接入點（CWAP）、客艙管理控制單元等部分組成。艙內無線Wi-Fi的主要用途是無縫隙的實現艙內無線通信網絡覆蓋，系統通常支持IEEE 802.11a/b/n/g協議，使用頻率是2.4GHz或5.8GHz。系統支持兼容該協議的機載終端或乘客自攜帶電子設備（PED）及手機，通過無線方式連接艙內Wi-Fi的無線接入熱點，從而接入具備安全訪問控制的IFE或IFEC網絡，可以訪問機載服務器上預存的娛樂服務內容或通過機載服務器連接機載外部通信設備訪問廣域互聯網上的內容和應用服務。

可以通過機上數據采集接口采集與機載Wi-Fi 系統交聯的飛機狀態數據和相連設備的運行狀態、告警、設備檢測、生成日志等信息。從大氣數據計算系統獲得飛機高度信息。

機載服務器應具備電源接口、USB接口、以太網接口、數據總線接口、離散接口、調試接口等接口，并可通過擴展其他模塊及接口，如：音、視頻接口、無線通信數據接口等，擴展及增加更多的服務功能。

客艙管理控制部分是由機載Wi-Fi系統中負責網絡運行、監控、管理的軟硬件設備或系統功能模塊組成?？赏ㄟ^與機載服務器相連接而實現對客艙局域網內各相關系統及設備進行控制和協調管理。并可實現對機載Wi-Fi與地面無線數據傳輸的管理，對傳輸內容的選擇及傳輸狀態進行監控，并可對傳輸系統的啟動及關閉進行控制。

2.1.2 艙外天線及艙內相關設備

機載對外通信系統通常是由專用天線系統、機載專用通信設備等構成。

如果選用“陸基”方案，通常采用ATG專用機載天線。ATG天線一般放在機艙外部下方，艙內需設置相關機載基站設備（如：無線CPE設備、機載調制解調器等）。如：在美國Gogo公司使用的方案中，就在飛機機艙外下方設有2個ATG專用天線，并在飛機機艙上方設置了GPS和銥星天線。

圖1 Gogo采用的ATG專用天線

如果采用“星基”方案，則需根據采用的不同頻率（如：L、S、Ku、Ka等）、技術（如：2Ku、HTS 等），選擇不同的天線設備和技術方案。通常衛星通信天線需放在機艙中段前部上方，通過伺服系統跟蹤對準所使用的中繼衛星，以便實現在移動中不間斷的通信，并使用專用整流罩保護天線，以便減少空氣阻力。除機載高增益天線和伺服系統以外，機艙內還應設置相關機載地球站（AES）設備，AES一般要求小型化、模塊化、標準化設計，盡可能減輕設備重量，以便減少航油的消耗。

圖2 飛機頂部裝有衛星天線部位

2.1.3 地面基站或地球關口站及中繼衛星

如果采用陸基ATG方案，地面上要沿著飛機航線或在飛行航域內，利用蜂窩移動通信技術建立專用基站群，每隔一段距離（如：100千米），設置一個基站（如：每個基站覆蓋面積約150-200千米），通過超大功率移動蜂窩基站天線直接為航空飛行器航線提供無線網絡覆蓋，構建一個空中移動寬帶無線網絡。為機載Wi-Fi提供地空之間無線通信傳輸鏈路。

如果采用星基方案，則將利用衛星作為空間中繼站，通過中繼衛星與機載地球站（AES）及地面地球站之間建立的衛星通信網絡，實現機載Wi-Fi 與地面衛星地球站的通信。并經過電信業務網關及接入路由器等設備實現與地面電信網或互聯網骨干網絡的互聯互通。

在國際航班跨境飛行時，如果有需要，可以采用虛擬關口站方式處理客艙用戶通信數據，即：機上數據在境外關口站落地后，采用國際VPN或國際專線將數據傳回國內進行解析、處理。

2.2 航空互聯網技術方案分析

2.2.1 ATG（Air to Groud）方案

ATG方案是國內外航空互聯網陸基方案中的通用方案。如：Gogo公司（原名Aircell）在美國部署的由250個以上基站組成的ATG（3）航空通信專用網絡；2016年12月1日歐洲也宣布將建立覆蓋整個歐洲地區的航空EAN地面ATG（4）專用網絡。2014 年4月16日，中國國航和中國移動合作沿著京滬、京廣、京渝等地區建設或改裝了由52個LTE基站組成的國內ATG（4）試驗網等。

僅就目前可以達到的技術水平、業務環境來分析ATG方案的優缺點如下：

（1）優點。一是總體性價比較高，雖然與目前衛星通信技術方案相比，ATG方案初期投資建設基站專網的費用比較高，但日常鏈路使用費用、機載終端購置費用、整體運營成本比星基方案要低，從長期運營來看，有較好的性價比；二是與目前常用的衛星通信頻段LKu系統方案相比，ATG（4）具有明顯的帶寬優勢；三是可以獲得比衛星通信方案要小得多的傳輸延時；四是專網一旦建立，擴容比較容易，升級更新較快，地面基站可以隨技術的演變而升級。一般說衛星通信技術升級換代比地面蜂窩移動通信技術要慢得多；五是機載設備相對簡單，重量輕；六是比較適合陸地地域遼闊，空間衛星帶寬資源缺乏的國家或地區部署。

（2）缺點。一是受地理環境影響比較大，在有些地理環境下無法建立基站，由于基站覆蓋面小，因此需要在基站覆蓋區之間頻繁切換，影響信號傳送質量，機上感覺速率變化較大；二是ATG方案無法實現跨洋部署及網絡覆蓋。即使是在陸地上的航線，與鄰國也要有統一的國際標準約束和共同協議，必須采取同樣技術制式的移動網絡覆蓋，否則很難實現跨境移動漫游；三是目前國內頻率資源比較緊張，是否能為開展ATG機載公眾通信服務提供專用商業頻率，目前還未可知。如果要開展商業規模的ATG航空互聯網服務，沒有專用的商用頻率是無法大規模開展業務的；四是ATG方案在初期基礎設施建設期，與衛星通信方案相比投資較大，需要籌措大量的建設資金；五是采用此方案，飛機飛行高度不能太高，飛行高度必須在地面基站可以覆蓋的范圍內。

2.2.2 衛星通信方案

就全球來看，使用星基方案的航空公司比使用陸基方案的航空公司要多。而且隨著衛星通信技術的發展，空間帶寬資源迅速增加，衛星通信方案在航空互聯網市場上的占有率將會進一步提高。尤其采用HTS技術后，衛星的容量得以大幅度提高，而且在可見的未來，空間衛星帶寬資源性價比將可能與地面寬帶資源迅速接近，屆時，衛星通信在整個通信領域的市場占有率必然會有一個很大的提升。

就全球來看，航空互聯網采用星基方案，可選擇的通信頻率和技術有如下幾種：L（如：SBB）、S、Ku、2Ku、Ku HTS、Ka HTS等。

2.2.2.1 L頻段方案

SBB（Swift Broadband）是基于Inmarsat BGAN基礎上專為航空領域研發的技術方案，采用L頻段，實現了不同窄點波束下的動態調配，按需分配信道頻率。增益天線有4個通道，每個通道最大速率為432kb/s，該系統支持IP服務、傳統的電路交換話音和互聯網（VoIP）語音傳輸能力，以及支持ISDN數據傳輸。

L頻段的特點是：波束較寬，指向性不強，對衛星終端天線的指向性要求不高，頻率低，可用帶寬窄，其衛星鏈路受天氣影響較小。L頻段衛星系統建設費用比較高，可利用的頻帶較窄，因而，通信費用也高于一般衛星通信，由于帶寬小，因而不適宜用于占用帶寬較大的應用業務，適合提供話音、低速數據及廣播類業務。但L頻段用戶終端可以做的比較小，易于攜帶、使用。

如果僅從空間航空通信需求來看，L頻段所能提供的話音、數據、傳真基本能滿足飛行航班的一般通信需求。但L頻段頻率有限，其容量和速率都無法滿足IFEC服務對寬帶業務的需求，尤其不適合航空互聯網的應用需求，因此在國內外航空互聯網市場上占有率并不高。

2.2.2.2 S頻段方案

2017年7月，Inmarsat宣布S頻段衛星Inmarsat SEAN發射成功。Inmarsat SEAN主要是配合歐洲ATG網絡EAN開展業務的。

一般說來，L（1-2GHz）和S（2-4GHz）頻段是最適宜開展衛星移動通信業務的頻段，有著相似的優缺點。S頻段帶寬仍然較窄，軌位也較少，其容量和速率都很難滿足航空寬帶互聯網的應用需求。

2.2.2.3 Ku頻段方案

利用Ku頻段（12.4-18.0GHz）衛星通信方式開展IFEC業務是目前廣泛采用的技術方案。覆蓋中國及周邊地區的Ku頻段衛星資源：上行：14.00-14.50GHz；下行：12.25-12.75GHz。Ku方案最大可用峰值速率可達到32Mpbs左右（理論速率可達40M）。Ku頻段擁有的頻率資源遠高于L頻段，而且目前空間可用資源相對豐富，因此受到一些航空公司的青睞，在全球航空互聯網市場上占有一定份額。

Ku頻率衛星通信技術比較成熟，通常采用大波束覆蓋，覆蓋面積比較大，比較適合于需要全球性布局，冗余空間資源備份的廣域航空衛星通信網組網，未來還有可能平滑過渡到Ku HTS衛星應用。但Ku頻段及軌位非常緊張，增加空間資源能力有限。Ku頻段比Ka頻段的帶寬可用率要低的多。目前，Ku頻段衛星所能提供的帶寬資源，無法充分滿足航空互聯網服務對帶寬的增長需求。

2.2.2.4 2Ku方案

美國Gogo公司主要采用ATG方案提供航空互聯網接入服務的，為了和采用Ka頻段的空間互聯網衛星資源提供商（Viasat等）競爭，而推出了2Ku 技術方案。2Ku方案采用雙頻率、雙天線設計。傳統Ku/Ka衛星的天線通常是機械式的，而2Ku天線采用機械分段陣列天線，專用低剖面、流線型，在水平面上依然采用機械驅動，但在垂直面上采用了電子調整方式。機械分段陣列特殊雙天線結構，收發分開，通過不同頻率收發數據，使天線對星角度更加精確，受鄰星的干擾也比較小，使天線接收和發射性能都達到最優，其天線與傳統的衛星天線相比增益更高，從而可以最大化提高天線接收和發射效率。該技術通過傳統Ku頻段衛星傳輸數據時可達到70Mb/s的數據傳輸速度，如果通過Ku HTS 衛星傳輸數據將可能獲得超過100Mb/s的速度。與Viasat-1 Ka頻段衛星所能達到的速度基本相同。具有性價比較高、成本降低，效率增倍，油耗降低等優點。

2Ku在技術上部分的解決了Ku頻段衛星帶寬、速率問題。獨特創新開拓出利用Ku頻段資源發展航空IFEC服務的新思路。在HTS衛星較少的現階段，具有較強的競爭力。

但目前該技術還不甚成熟，且暫時還屬于專屬技術，無法短期內予以推廣。雙天線設備目前僅是創新產品，并未成為行業標準，很難大量生產普及，尤其在國內，短期內很難引進，使其進入實用階段。

2.2.2.5 Ku HTS方案

高通量通信衛星（High Throughput Satellit，HTS）采用了多波束覆蓋、高層次頻率復用、高波速增益等技術創新，獲取了比使用同樣頻率資源傳統通信衛星高出數十倍的容量。

HTS衛星可以工作在Ka頻段，也可以工作在Ku頻段，可以使用Geo軌道，也可以使用非同步靜止軌道。

Ku HTS方案有效的部分解決了Ku頻段衛星增大容量，降低成本，提高頻率效率，降低帶寬價格等問題?？梢愿玫乩靡延蠯u頻率、軌道，提高頻率利用率。滿足一定階段區域性航空互聯網服務的帶寬需求。而且，由于同是Ku頻段的衛星，現有采用Ku頻段開展業務的應用，很可能未來能夠平滑或低成本的過渡到Ku HTS衛星的應用，從而可以最大程度的保護已有投資。

但Ku頻段和軌道資源已接近飽和，Ku頻率資源也非常稀缺，采取替代方式很難迅速大量增加空間帶寬資源，有一定局限性，需要很長一段時間成本。Ku HTS衛星技術在國內還是一種新的技術，無論從成熟度，還是從與之配套的設備、終端來看，迅速占領市場都存在較大困難。需要有一段磨合期和培育期。從而在短期內，Ku HTS很難填補航空互聯網帶寬缺乏的空間。在波束切換、漫游、設備適航等方面也可能未來會遇到問題。

2.2.2.6 Ka HTS方案

Ka（26.5-40GHz）頻段比Ku頻段可用頻帶更寬。按照國際電聯分配Ku衛星固定通信的頻帶資源標準帶寬有500MHz，加上250MHz擴展帶寬資源，總共為750MHz，而Ka頻段資源有3.5GHz。通過采用多波束覆蓋和頻率復用技術，可以大幅度的提高衛星容量，使Ka衛星容量超過傳統Ku衛星容量幾十倍以上，屬于HTS衛星。Ka衛星天線的增益可以做的更大，使得用戶終端天線可以做的很小，使用更加靈活。因此，從發展來看，Ka頻段衛星的興起是未來的發展趨勢，Ka衛星必將會給航空互聯網的發展帶來光明的未來。據國外媒體報道：2017年北美地區已有超過500架飛機提供基于Ka頻段的高速航空互聯網服務。美國衛星運營商已經能為北美和大西洋至歐洲航線提供420Gb/s的Ka頻段容量。

Ka頻段衛星是高通量通信衛星，基本上可以滿足航空互聯網服務對帶寬的需求。普及之后，預計可以完全扭轉國內外航空互聯網空間資源嚴重缺乏的局面和空間帶寬資源價格昂貴的現狀，從而必將極大地推動全球航空互聯網的發展，且其成本相比傳統Ku頻段衛星容量而言要低得多。Ka衛星對用戶終端天線尺寸的需求比Ku更小，可以降低航空載荷，節省航空油料成本。由于多數Ka頻段衛星都設計有移動點波束，從而可以隨時滿足特殊突發情況下，航空互聯網對帶寬需求，開發出更多機上寬帶應用。毋庸置疑，Ka頻率衛星從長遠來看，將成為空間帶寬資源的主要來源。

但目前國內Ka頻段衛星應用系統還不成熟，冗余系統可選擇性較低，空間Ka衛星資源還不夠豐富。氣候、雨衰對Ka頻段衛星影響較大，在特殊惡劣氣候條件下，應用會遇到較大影響。而且，Ka頻段地面關口站的選擇條件也比較苛刻，對器件和工藝的要求也比較高。

2.2.2.7 中低軌衛星方案

國內外中低軌衛星應用方案層出不窮，熱度長期不減，許多投資者都提出通過大規模部署小衛星，解決空間帶寬資源緊張局面的方案。其中一些計劃已逐步進入實施階段：如：美國OneWeb原計劃發射648顆低軌衛星組成星座，每顆衛星約125千克，單顆容量8G，預期可提供給用戶的網速為50M/s。前不久，該公司進一步擴大了其星座規模，其重要的目標之一，就是為航空互聯網提供帶寬服務，此方案已獲得美國政府的批準和支持。

美國spaceX公司2015年1月公布衛星發射方案，擬發射4，425顆低軌衛星，將使用Ka和Ku頻段為全球用戶提供互聯網接入服務。該星座總容量將達到8～10T。

我國宣布已啟動了國家“虹云工程項目”該項目將發射156顆低軌小衛星，組成衛星星座，無區別的覆蓋全球，星座距離地面1，000千米，星座目的是致力于構建全球寬帶移動互聯網絡，預計到2022 年，該網絡將具備運營條件。屆時無疑將成為國內航空互聯網空間帶寬資源的重要來源。低軌小衛星方案最大的特點是成本較低，覆蓋面廣，通信延時低，且技術更新較快，風險較低。對于航空互聯網而言，小衛星星座分布廣，可以像地面蜂窩一樣進行波束切換和全球漫游，并能隨時提供相應帶寬支撐。

但以往小衛星多采用L頻段，如：銥星、全球星，主要用于話音通信。采用高頻率衛星的技術還缺乏大規模的商業實踐檢驗。小衛星載荷較低，需要星座聯合互動，因此，技術復雜，也必將對其成熟性產生影響。即使國外小衛星系統組成網絡，在國內要想實現業務落地也是很難的。從國內外小衛星發射計劃來看，機載通信近幾年很難能夠借用其力。

綜合以上衛星通信技術方案的優勢，可以將采用星基方案開展航空互聯網的主要優勢歸納如下：一是衛星通信基本不受地理條件的影響，通信覆蓋面廣，通信距離遠，機動性強，且具有多址聯接能力，并具備提供快速運動中航空器不間斷移動通信能力，具備跨境、跨洋，全球部署優勢，比較適合組建全球航空通信網絡。二是航空通信需要安全性強、可靠性強，生存能力強，干擾小的通信系統，而衛星通信系統基本可以滿足以上要求。三是衛星通信技術和系統可選擇性強，可以滿足高、中、低各種航空通信服務對于帶寬、速率、容量的不同需求。HTS技術的應用，極大的拓展了衛星寬帶通信業務的應用空間，促進了航空互聯網業務向更高層次發展，使空間寬帶互聯網業務的實現成為可能。四是衛星通信用于航空公眾通信服務，對航空公司來說，起點投資相比ATG方案要低，基礎建設投資較少。

但航空互聯網采用衛星通信方案，也有其弱點：一是空間帶寬資源目前量少價高，與ATG方案相比，雖然基礎建設費用較低，但通信鏈路費用、機載終端設備購置費用、整體運營費用都是比較高的。目前的空間帶寬資源和價格還無法滿足航空公司大規模開展航空互聯網業務的需求和滿足用戶較高期望的體驗要求。二是未來衛星帶寬資源的發展將以高頻段的HTS衛星為主，目前無論是從國內，還是從全球看，Ku HTS、Ka衛星的發展都處于起步或相對壟斷發展階段，相關配套設備也處于研發、磨合階段。傳統窄帶（LS）或Ku衛星無論是軌道，還是頻率資源都嚴重缺乏，致使短期內要全面、大幅度增加衛星帶寬資源非常困難。三是星基方案的擴容和技術升級換代明顯要比陸基方案要難的多。四是衛星通信通常會受到一些自然氣候的影響，頻率越高的衛星系統對惡劣天氣的抵御能力越低，受到雨衰影響越大，會對通信質量產生影響，因此，在地面關口站建設時，頻率越高的衛星系統越需要考慮安全備份問題。

2.2.2.8 空中移動通信服務

航空機載移動通信的一個重要需求是空中移動話音及數據業務需求，在航空通信領域，移動話音通信占據著非常重要的位置。為了解決此類問題，許多機載通信先行者均做過許多嘗試，多數是利用衛星移動通信系統提供話音服務，也有部分先行者一直嘗試利用衛星通信網+地面移動通信網方案，實現航空話音通信。在機艙內安裝微微基站（或Femto cell），乘客移動電話可以直接接入機艙內蜂窩基站，艙內基站通過衛星通信網絡地球站網關接入地面移動通信網絡，從而實現利用地面移動手機終端，實現空中移動話音通信或互聯網服務。如：2008年3月，阿聯酋航空在其航班上裝載了AerMobile系統，可以在飛機進入巡航高度時，實現乘客高空用自己的手機接打電話、短信收發等業務，其費用按照國際漫游費用收取。

OnAir公司也提出了一種機載移動通信模式——“GSM on board”系統，系統使用的工作頻率為GSM 1800GHz。可以實現通過機載通訊設備將手機信號傳輸到通信衛星上進行中轉，并將信號傳輸到地面站，接入地面GSM網絡，繼而完成了機艙與地面設備之間的語音、數據、信息交換，并將此方案用于航空互聯網領域。

從實踐上看，由于此類模式是利用乘客自有手機終端提供移動通信服務，因此，能大范圍的滿足乘客通信要求，而且可以平滑的使乘客由地面移動通信向空間延伸。但實現蜂窩移動通信話音、數據服務，也存在許多實際問題，而使航空公司及運營者望而止步。首先在客艙狹窄的空間內，上百人話音通話交流及手機鈴聲噪聲，會騷擾他人，將會使乘客獲得很差的用戶體驗。因此，多數航空公司通常并不愿意選擇提供此類服務。其二，蜂窩移動通信技術制式較多，因此，要滿足各類制式手機應用，機載基站設置和技術處理就比較復雜，而且投資也比較大。再則，目前即使在北美地區，航空飛行階段雖然可以攜帶手機全程開機，但是也必須放在飛行模式上，也就是說，監管者對全面放開移動手機業務是否會影響飛行安全，依然是有保留的，因此要求必須關掉手機上的無線信號發射功能。

3 機載公眾移動通信技術發展趨勢

3.1 空間衛星帶寬資源發展趨勢

（1）靜止軌道資源競爭白熱化，軌道資源和Ku頻率資源嚴重缺乏，導致人們必須將主要精力放在現有資源的充分利用上。因此，Ku HTS將取代傳統Ku頻段衛星，成為未來Ku頻段衛星的發展方向。

（2）Ka衛星是未來全球衛星發展的重要方向。Ka衛星取代Ku衛星將成為未來空間帶寬主要來源，已成為業界共識。未來幾年，國內外空間Ka 衛星的數量及質量，將會發生巨大變化。

（3）中低軌衛星星座群的發展為未來空間衛星寬帶資源的擴展提供了極大的想象空間。國家項目“虹云工程”也已箭在弦上，一旦成網，將會進一步促進我國航空互聯網空間帶寬資源的增長。

（4）境外空間衛星資源虎視境內衛星通信市場。此類資源目前由于國內政策的制約，還無法影響國內衛星通信市場，但其意圖路人皆知，將會采取各種變通方式努力尋找機會進入國內航空互聯網市場。

（5）目前，航空公司對于國內航空互聯網ATG 方案的實施熱情不高，究其主要原因是由于國家電信主管部門態度不明朗，而且所需商用頻率的指配也困難重重。但從全球航空互聯網發展來看，美國、歐洲都建立了ATG航空通信專用網絡，有效地促進了本國或本地區航空互聯網的發展。

據專家估算，我國陸地只需建設或改造400個左右的地面基站就可以使全國航線實現全覆蓋。我國在蜂窩通信技術5G發展上領先于世界，我們是否可以考慮利用技術優勢，未來在技術成熟的時候組建國內專用航空互聯網。據有關參與國內ATG（4）試驗的單位初步測算結果來看，陸基方案與星基方案融合發展，混合組網將是開展航空互聯網比較經濟的做法。

（6）空間帶寬資源價格將呈現出下降趨勢。隨著Ku HTS和Ka衛星資源日漸豐富，國內空間帶寬資源量少價高的現狀將會逐步改善，空間帶寬價格向下趨勢明顯。尤其Ka衛星轉發器資源的價格將大幅度低于Ku衛星。

（7）空間資源的共享技術和高速大容量數據傳輸技術將會有較大的發展。如：美國衛訊公司已成功的實現了多顆Ku和Ka衛星波束間的通信切換，使Ku和Ka衛星資源實現了共享。美國Gogo公司也提出了2Ku技術方案，大幅度提升大容量數據傳輸效率，并將于2019年與OneWeb合作構建全球首個GEO/LEO混合衛星通信網等都是在這方面的有效嘗試。

3.2 IFEC技術發展趨勢

（1）在2015年召開的世界無線電通信大會（WRC-15）上，各國審議通過了一項支持“以航空移動（航路）業務進行頻率劃分，推進航空機載內部無線通信（WAIC）的應用和發展”的議題。此項議題的通過，必將促進航空公眾通信無線化的發展，如：在機艙內以無線網代替以太網，使IFEC系統無線化。

（2）航電設備正向智能化、全數字、綜合化、模塊化方向發展。IFE系統將會出現兩極分化發展趨勢。

一方面是兩個中心并存的發展趨勢。以服務器為中心的服務器+客戶端架構將會保留，但同時將會出現以乘客座椅為輔助中心的發展趨勢。賦予座椅端更多的功能，以減輕整個系統對服務器及傳輸網絡的過度依賴。目的是為了提高效率和舒適度，使乘客享受高質量娛樂服務體驗，這種發展趨勢主要體現在頭等艙和商務艙娛樂系統或寬體客機上。

而相反的一種發展趨勢是依賴于放開使用個人攜帶電子終端設備或手機的發展，而能逐步取消座椅端娛樂系統。主要原因是座椅娛樂系統設備很重，不僅投入價格高，而且又增加了航油消耗成本，從航空公司的角度看，如果能夠取消座椅娛樂系統，在經濟上獲利很大。如果能夠通過提高帶寬、速率就可以通過用戶自帶的無線終端達到預期服務質量的用戶體驗，取消座椅系統何樂不為。這種趨勢主要體現在經濟艙或窄體機娛樂系統上，其發展速度與機上自攜帶PED及手機禁令政策的放開關聯性極大。

（3）目前，采用后裝方式改裝飛機無線通信覆蓋環境的情況，將逐步為預裝方式替代。隨著IFEC 的發展，航空IFEC設備和機載Wi-Fi系統將成為客機、商務機等的標配。

（4）融合、開放、創新發展是IFEC系統設備未來的發展趨勢。目前IFEC相關系統的封閉性和壟斷性，已成為IFEC發展的重要阻礙，使得運營者難以創新，甚至嚴重制約了后續商業模式和運營模式的創新發展，束縛了航空公司盈利潛能的發揮。因此，如何將原有獨立的娛樂系統、通信系統、客艙管理系統、用戶服務系統融為一體，構建一體化娛樂互動平臺，實現對外端到端無縫隙服務；如何將封閉、壟斷、非兼容的系統和設備，變為開放的，前、后兼容，有統一規范、統一標準的國產IFEC系統、設備，既是國內機載IFEC運營者的共同呼聲，也是國內航電企業的創新動力和努力方向。

（5）在全球范圍內實現航空公眾自攜帶電子設備（PED）、手機的放開，已不再是奢望。目前，已有40多個國家提出了相關開放政策。我國管理部門也做出了有限放開的決定。未來如何在世界范圍內實現統一規范、統一標準，將是人們拭目以待的發展方向。

（6）由于Ku頻段（14-14.5GHz）屬于國際電聯航空通信頻率業務劃分的航空次要業務使用頻率，因此，目前該頻段只能用于飛機客艙。但隨著衛星技術的發展，Ku頻段頻率的抗干擾問題已逐步解決，未來很有希望被用于前艙地空通信服務。

總之，未來航空互聯網技術將向著技術融合化、艙內無線化、設備數字化、業務寬帶化、運營智能化、終端個性化方向發展。

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