國產機載Ka衛星天線解決方案淺析

+ 謝鷹

背景

航空互聯網熱潮下，國內越來越多的企業投身于這個領域掘金，有積累了十多年的企業，也有入行僅數年的新銳公司，部分國產航電陸續突破了FAA、EASA、CAAC三大適航門檻，產品也由IFE系統中的視頻播放系統、音頻播放系統，拓展到客艙Wi-Fi系統。

國產航電企業的產品體系經歷了零部件到簡單系統的跨越，但這些創新，大多集中在飛機客艙內部，基本不涉及飛機機體結構的變化。隨著空中接入互聯網的需求的日漸迫切，一些國內航電企業開始涉足更復雜的機載衛星天線的系統集成工作。

筆者寫過多篇文章討論機載Ku與Ka衛星解決方案，并認為機載Ka方案是大勢所趨，加上國外已有多種成熟Ku解決方案，國產Ku方案動力略顯不足；而Ka解決方案國外也僅發展了數年，國內外差距有限，本文將重點探討國產Ka解決方案的進展情況。

ARINC-791規范淺析

說到做產品，一定離不開標準規范，為了規范指導Ku衛星天線和Ka衛星天線機載航電產品開發和適航改裝，美國航空電子ARINC標準下特別制定了ARINC-791標準，該標準作為一個全球行業公認的參考指引標準，可以作為衛星天線開發者重要的參考依據。

該標準分為兩個部分：

第1部分：提供了Ku頻段和Ka頻段衛星通信系統的概述，定義了天線子系統，包含OAE（外部天線單元）、KANDU(Ku或Ka天線控制單元)、KRFU(Ku或Ka射頻單元)等三個部件，以及ModMan（調制解調器）部件，網絡架構圖，相關接口，安裝固定等相關要求。

第2部分：提供了衛星系統的接口定義。包含天線子系統內接口定義，特別是ModMan與天線子系統之間的接口定義，包含OpenAMIP、SNMP等協議要求。

參照ARINC-791標準，國內企業研發的Ka衛星天線就具備了與海內外相關航空產品的互通性，避免遭遇通用性門檻。

海外Ka天線設備現狀

與擁有上億量級用戶的地面移動通信行業相比，衛星行業是一個較小眾的垂直市場，因此這個行業沒有形成統一的標準，各廠家通信協議封閉，雖然采用類似的技術，但在協議互通性上，無法做到像移動通信那樣遵守一個開放統一的空口標準，因此在商業衛星領域，主要市場基本被國外傳統大企業所占據，有Huges、Viasat、Idirect、Gilat、Comtec、Newtec等國外廠家。

Ka寬帶衛星業務也是近年來，隨著寬帶需求迅猛發展及技術的突破，而出現的新生事物，目前在航空互聯網領域，Ku衛星天線技術仍然占據主流，隨著Ku衛星資源利用率越來越高，一些新興的進入者開始在Ka衛星資源上彎道超車。比較典型的案例就是美國的Viasat，其作為一家擁有Ka衛星資源的運營商，面對基本被瓜分完畢的美國航空互聯網市場，通過Ka解決方案近乎完美的用戶體驗，一舉打破了GoGo、松下航電、全球鷹三足鼎立的格局，在美國新增市場和一些剩余市場攻城略地，也在航空互聯網領域刮起了Ka的旋風。

Inmarsat在第三代海事衛星、第四代海事衛星上成功實現了語音電話和窄帶數據鏈路服務規模應用。面對日益高漲的客艙互聯網寬帶需求，Inmarsat在第五代海事衛星方案上，選擇了Ka頻段，機載天線設備與霍尼韋爾合作（Jetwave產品），推出了GlobalXpress服務，成功在美國以外的歐洲市場、亞太、中東市場迅速發展壯大。

目前海外較為成熟的Ka解決方案為以上兩種。目前，此兩種方案或因為地面網絡原因，或因為政策許可問題都無法直接在國內應用。

國產Ka天線解決方案

國內首顆Ka寬帶衛星中星16號，2017年4月發射升空，2018年投入商業運營。機載通信市場被認為是Ka寬帶衛星系統的重要應用板塊，但機載Ka衛星天線一直是制約Ka衛星網絡在航空市場商用的關鍵因素之一。

曾幾何時，衛星天線設備成為了國外設備廠家的自留地，鮮有國內廠家介入。舉個例子，上世紀90年代，中國電信的衛星網絡大建設期間，筆者當時所供職的郵電部設計院專門設置了兩個衛星設計室，同事們最疲于應付的就是出國考察清一色的歐美廠家。也因此，衛星成為昂貴的代名詞。

2000年后，我國陸地移動通信行業取得快速發展，海洋通信需求也迫切起來，國內陸續涌現了一大批衛星集成制造企業，開始在海洋衛星通信領域掘金。彼時，公務船、客輪、游輪、貨運船、乃至漁船寬帶通信需求突然爆發，剛開始歐美衛星設備廠家仍舊擺出高高在上的姿態；但國內衛星集成制造企業相繼推出了物美價廉的衛星終端產品，甚至把衛星設備的價格打到數萬人民幣一套；而歐美企業高昂的成本，使其產品最終難以在中國市場立足。目前在海洋衛星通信終端領域，歐美完整的解決方案基本退出了中國市場。

當然，衛星通信中核心的調制解調器市場，仍被歐美廠家把持，只有一些專網或者保密通信單位采用了我國自主研發的調制解調器產品。

現階段，國內衛星終端制造產業已形成一定規模，涌現了大批優秀的衛星終端制造企業，也陸續有企業開始涉足機載衛星終端設備的制造，諸如成都的GlobalWay和西安的SATPRO，國產Ka衛星解決方案產業環境業已成熟。

有了下游的Ka天線廠家，加上與地面配套的ModMan和配套的Ka天線罩，國產Ka天線硬件解決方案就完備了，加上國產Wi-Fi設備，由航電設備廠家負責集成與適航取證，打造基于中星16號的Ka衛星天線解決方案，就顯得順理成章。國內目前已有幾家企業在做這樣的嘗試，不過各自選擇的路徑不盡相同，有些企業選擇了Ku/Ka雙頻天線，有些企業選擇了Ka天線。

筆者愚見，采用Ka天線將是大趨所勢，畢竟雙頻天線本質上是兩套系統，一套工作，另一套閑置，兩套系統的增重，運營切換繁瑣、系統復雜、維護成本高等問題導致在實際應用中困難重重。Viasat就是典型的案例，作為航空互聯網的后來者，Viasat的Ka方案只有區域覆蓋，面對Ku全球覆蓋的優勢，Viasat只好下決心完成了Ku/Ka雙頻衛星天線的開發和適航取證。但由于增重明顯、組網切換等諸多問題，歐美的航空公司并不認可Ku/Ka雙頻天線，Viasat最終放棄了Ku/Ka雙頻天線方案，轉而全力推動Ka衛星的覆蓋范圍，大力發展Ka單頻天線。可以說，Ku/Ka雙頻天線方案目前在國際上尚沒有成功案例。

觀點

隨著人民對美好生活的不斷追求與落后的客艙娛樂服務的矛盾日益突出，強調客戶體驗的航空互聯網服務已箭在弦上，無論是客艙娛樂系統升級改造，還是空中接入互聯網的實現，都成為航空公司未來品牌和服務競爭的重點，客艙娛樂系統升級改造或航空互聯網改造與升級必將成為航空運輸業未來3-4年的行業焦點，國產Ka解決方案的出現無疑將極大促進此項工作推動落地執行，使得航空公司有更多的選擇機會。

我國由航空大國向航空強國邁進，強大的航空制造能力是基礎。航空互聯網作為滿足客艙娛樂通信需求的主要手段，具有設備等級要求相對較低及開放的特性，完全可以作為我國航空電子制造產業發展的彎道超車機會。在空間信息應用與服務成為國家戰略新興產業的大背景下，借助我國移動互聯網和通信產業發展優勢，結合我國航空制造產業積累的寶貴經驗，我們有理由相信，國產機載Ka衛星天線解決方案必將擁有更加燦爛的明天！