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机上网络开发新市镇,飞机上得以连WIFI了

近日,多家航空公司竞相开放在飞行时使用手机的权限,空中上网也成为了航司新的服务内容。但从乘客体验看,WiFi上网速度并不给力,“卡、慢”等成为硬伤。

写在前面

1月22日,华讯方舟集团卫星通信运营事业部总经理杨岳接受记者采访时表示,机上互联网开放后,直接打开了卫星通信运用的新市场,能够提升与地面通信竞争的能力。但目前卫星资源有限、带宽窄等问题依旧需要解决。

在所有旅行方式中,飞机可能是最让人有“与世隔绝”感的一种。除了要在天上飞很久以外,吃了难吃的飞机餐,上厕所也要排长队,耳朵也受气压的影响,跟塞了棉花似的。除了这些,最不能忍受的就是不能玩手机。

在地面通信网络基本覆盖的情况下,卫星通信的应用有些“边缘化”,卫星通信经常被视作地面通信的补充和辅助作用存在。例如对于机上市场,卫星通信更有竞争力。

尤其是一些大忙人或者重度网瘾患者,几个小时的航程,不能发微信,不能刷微博,不能...,简直如同坐牢一样煎熬,如坐针毡。

一位来自卫星相关行业协会的人士表示,仅仅开辟飞机后舱市场可能还不足以支撑卫星通信“咸鱼翻生”,未来真正实现成本的下降和一体化系统才有更多机会。而且,即使是高通量卫星,也难以承载数亿人同时接入的压力,是不能与地面网络相提并论的。

为什么飞机上不能开手机呢?

通信卫星的应用早已从军事目的开拓转向商业应用。卫星通信系统与地面通信网络构成天地互联网络实现全球无缝覆盖。在一般通信方面,以地面骨干通信网络为主,卫星通信为辅。作为地面通信网络的补充和备份,卫星通信主要覆盖地面网络难以覆盖的低密度地区和偏远地区,在一些特殊领域应用卫星通信具有优势,如远洋通信、应急通信、军用通信、防汛救灾、科考勘探等,应用空间巨大。

原因是因为现有手机通信是所谓移动通信体制,发射信号需要有基站,但现在飞机机舱内尚未配备。如果不关闭手机或接打电话,需要手机用最大功率寻找基站,这容易导致个别工作异常的手机产生对飞机有害的干扰信号。

尽管卫星移动通信号称能覆盖地球上所有地区,但因费用高昂、用户难寻等原因,需求被极大压缩,以至于此前铱星和全球星等相关运营商相继出现财务困境。

飞机上通信导航系统要接收数百公里以外的信号,系统灵敏度特别高,即使是十分细微的干扰也会对飞行安全产生极大的影响。

仅看国内,通信卫星的发展也不快。根据相关机构报告,截至2015年12月31日,全球在轨卫星中,通信卫星数量707颗,占据半壁江山,比例达51%。虽然中国在轨卫星数据已位居第二,达177颗,但通信卫星数量34颗,绝对数量远低于美、俄的334颗、80颗,相对数量也远低于美、俄的59%、60%。

你们有没有注意到,当手机信号不好的时候,耗电特别快,就是因为它一直在用最大功率寻找基站所消耗掉的。

另外,因为系统接入相对复杂,对于直接消费者来说有距离。因此,机上互联网给卫星通信打开了直接连通用户的市场,而且是地面网络无法超越的“刚需”。

解禁

由于航空后舱市场对卫星移动通信的需求主要来源于乘客对话音和网络数据的服务。大部分航空公司的机上WiFi是借助通信卫星网络实现的。

然而,就在2017年的9月份,中国民航总局通过了新条例,允许各家航空公司自行制定“机上通信器材管理条例”。

虽然也有基于地面通信基站的ATG模式,但上述人士表示,如果是跨洋航线或者飞机变换航路这种模式就无法应对。卫星通信是民航上网的最佳解决方案。

图片 1

公开资料显示,目前中国电信采用Ku卫星通信技术为乘客提供上网服务,并将加快推进高通量卫星网络部署和综合业务运营平台升级。东航与中国电信合作推出的航空WiFi服务利用卫星的Ku波段建立网络连接,理论上网速最高可达到50Mbps。中国联通的飞机上网解决方案则采用Ku和Ka双频段模式。国航与中国移动则是通过飞机与地面的4G基站相互连接,从而为乘客提供网速为30-60Mbps的航空WiFi服务。

1月18日凌晨00:16,东航MU553航班,从上海浦东飞往巴黎,成为国内民航首个全程“空中开手机”航班!虽然手机是能开机了,但必须设置为“飞行模式”,手机的飞行模式终于可以派上用场了,那既然是飞行模式,又如何刷朋友圈呢?那就要进入本文的重点了“空中WIFI”

Ku是传统卫星使用频段,而Ka则是现在国际主流的高通量卫星(HTS,High
Throughput
Satellite)使用的频段,Ka频段比Ku频段有着更大的带宽和更快的速度,也是解决目前机上联网速度较慢的技术关键。

图片 2

我国在2017年4月12日就发射了中国首颗高通量通信卫星实践十三号。它使用了Ka波段多波束宽带通信系统,也搭载了先进的激光通信系统,使用了电推进长期维持轨道。通信总容量达到20
Gbit/s,超过了中国以往所有通信卫星容量总和。目前实践十三号已经进入使用状态,并正式更名为中星十六号投入使用。

空中WIFI

上述行业协会人士指出,机上互联网络的机载系统与地面系统之间要相互对应,需要采用一致的空中接口技术系统,所以在商业化方向的选择上,航司需要提前考虑。“目前的方向都是Ka,特别是高通量卫星,虽然高通量卫星在
Ka和Ku频段都有,但Ka频段更加丰富。”

目前飞机上所支持的手机通信业务主要是基于WiFi连接的数据业务,有部分航班已经提供机上WIFI。

除了带宽增加外,Ka卫星带来的带宽成本下降为其提供了更大的“翻盘”机会。

通常采用两种方式:

据全球已经提供的Ka高通量卫星运营商数据,Ka卫星带宽成本已经快速下降为200万美元/Gbps,为传统Ku的1/100、Ku-HTS的1/10。从长期来看,更加有利于航空公司机上网络的持续运营和商业模式的建立。

一是通过机载通信设备连接地面的ATG基站;

显然,频段资源将在未来机上互联网乃至卫星通信的发展中扮演重要角色。不论是Ka还是Ku频段,都需要卫星和轨道资源支撑。和商业地产开发很像,有了土地,才有了竞争的资本。

二是通过机载通信设备,转接Ka/Ku频段卫星,再连接到地面通信网络。

杨岳介绍,目前通信卫星都是高轨同步轨道卫星,虽然从技术系统看有一些流派,如谷歌等力推由上千个小卫星组成的低轨系统,但还有很长的路要走。目前能够开展运营的都是同步轨道卫星。这些卫星停留在距离赤道正上空35786千米的高空上,在这里,卫星的运动周期恰好和地球自转完全同步。

卫星频段

所以,仅有的一根轨道成为了需要争夺的资源。如果在相同的频率、同样的轨道位置、覆盖区域一样的话,不同卫星信号会相互干扰。

卫星通信使用到的频段有很多,最常用的频段是C和Ku频段,Ka(26.5-40GHz)频段是后起之秀。C频段用于卫星固定业务,通常6/4GHz表示为上下行频率;Ku频段用于卫星固定业务及直播卫星业务,最常使用12-14GHz。

这时候就需要国际电联负责协调管理全球无线电资源,包括对轨道位置的协调。

C频段

“竞夺最早的是美国和前苏联,占据了最多的早期轨道位资源,数十年后,C波段和Ku波段已经太拥挤,基本被俄罗斯、美国以及欧洲国家占据。这时候,更高频率、带宽资源更丰富的Ka频段开放出来。”杨岳说。

C频段是频率从4.0-
8.0GHz的一段频带,作为通信卫星下行传输信号的频段。使用比较早,频率低,增益也低,天线口径较大。虽然相对其它频段遭受地面微波等干扰的几率大些,但其雨衰远小于Ku频段,更远远小于Ka频段。更适于对通信质量有严格要求的业务,比如电视、广播等。

从国际电联的角度说,轨道位置的最终拥有者是主权国家,但实际使用者都是商业公司,各商业公司通过主权国家的无线电或通信管理委员会提出申请。国际电联作为最终的协调者存在。轨位申请和频率协调过程非常复杂,要同时获得想要的轨道位置、频率、辐射客户的区域,会有很多竞争。

暴雨情况下,C频段最大雨衰一般在1dB左右,即信号功率衰减不会超过1.5倍,而Ku频段则会超过100倍以上,信号会被暴雨衰减殆尽。

而拥有轨道资源和卫星资源后,真正的创收环节在服务收费,地面市场用户是最直接的收入来源。

Ku频段

但在目前普遍的商业模式下,卫星运营商难以直接接触到用户。卫星通信主要采用中国移动等通信运营商通过向卫星运营商批量租用带宽,再将服务提供给消费者的方式。

Ku频段下行从10.7到12.75GHz,上行从12.75到18.1GHz。Ku波段卫星单转发器功率一般比较大,多采用赋形波束覆盖,卫星EIRP较大,加上Ku波段接收天线效率高于C波段接收天线,因此接收Ku波段卫星节目的天线口径远小于C波段,Ku频段频率高、增益也高,天线尺寸较小,便于安装,从而可有效地降低接收成本,方便个体接收。

因为“中间商赚差价”也在一定程度上增加了卫星通信的使用费用,使其难于对接消费者。

Ka波段

杨岳指出,包括华讯方舟在内的一些企业正在打造卫星通信系统的新模式,即垂直整合型的卫星电信运营商。囊括卫星资源以及地面个人、家庭以及企事业单位等用户资源实现“天地一体”。

Ka波段的频率范围为26.5~40GHz。Ka波段最重要的一个特点是频带较宽,因此,Ka频段卫星通信系统可为高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输、高清晰度电视、卫星新闻采集、VSAT业务、直接到户业务及个人卫星等新业务提供条件。

“传统的租赁模式已经比较老,竞争激烈,价格没有优势。”杨岳说,“新的模式契机也是Ka高通量卫星。其使用成本是传统卫星的几十分之一,和光纤基本持平。”

Ka波段的缺点是雨衰较大,对器件和工艺的要求较高。在Ka波段频率下,用户终端的天线尺寸主要不是受制于天线增益,而是受制于抑制其他系统干扰的能力。

据了解,美国卫讯公司以及休斯通信公司已经在采用这种模式。杨岳评价称,ViaSat能够保持较高的市盈率,且在地面设施完善的美国都能开辟出一片市场,拥有百万级用户足以证明模式的可行性以及卫星通信未来的前景。

C和Ku频段的频率工作范围相对有限,且目前赤道上空有限的地球同步卫星轨位几乎已被各国占满,C和Ku频段的卫星轨位十分紧张,这两个频段内的频率也被大量使用。而Ka频段的频率工作范围要大数倍,有广泛的应用前景。由此看来,如果说C和Ku频段像两条拥堵不堪的小路,Ka频段则如同畅通无阻的高速公路。

“但目前亚洲上空尚没有这样的运营商。特别是在中国,政策限制了卫星通信的应用和市场的活跃度,影响技术发展。”杨岳说。

如果将信息比作乘客,载波比作汽车,频段就像通信两端之间的公路。频段的范围就相当于公路的宽度,直接影响到信息传输的速度和数量。

图片 3

能上网了,打电话还远吗

实际上,飞机上是可以打卫星电话的,但因收费昂贵,因此无法普及。

在4G移动通信系统中,话音业务也正在逐步IP化,变成一种低时延的数据业务,例如VoLTE技术(即用数据通道传输语音)正在普及。可以预见,如果有较好的商业前景,随着5G移动通信在未来5—10年的普及,机上数据通信速率的大幅度提高,在飞机上打电话也应当会成为现实。

在飞机上打电话,需要在飞机上装很多相应的设备,最关键的是要有一个飞机到地面的电信级的网络设备,额外建立一个全国性的移动通信网络,成本很高。

从技术上解决飞机上低成本打电话,还有很多技术难题需要解决,我们继续期待吧。

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