公務機衛星通信系統的選型考慮

宋歌

摘 要：公務機衛星通信系統作為未來通信發展的主要方向，提供了高覆蓋率的語音和數據通信能力，為公務機客戶實現了優越的飛行體驗和客艙互聯網體驗。文章介紹了公務機在設計時對選擇不同形式的衛星通信系統所需考慮的問題。

關鍵詞：公務機 衛星通信 海事衛星 銥星 Ka/Ku

中圖分類號：TN927 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（b）-0011-02

衛星通信系統在現代民用飛機技術發展中的地位逐漸提升，衛星通信從早期的語音通信，逐步到現在的數據通信，以及客艙的網絡數據通信，未來衛星通信系統在新航行系統中將會發揮更重要的作用。

公務機作為一種省時、高效、安全、隱私性強、彰顯尊貴的特種民用飛機，衛星通信所帶來的便利性和安全性便成為一種公務機必備的機載系統。

1 衛星通信系統介紹

衛星通信系統是以衛星作為中繼站轉發微波信號，其主要目的是實現對地面的“無縫隙”覆蓋，是基于地面和衛星進行數據和語音的空地傳輸。比起高頻和甚高頻通信系統，衛星通信可以傳輸更高質量的數據和語音記錄。

衛星通信在民用航空應用中主要劃分為駕駛艙（前艙）通信和客艙（后艙）通信。前者屬于安全業務通信，需要高度完整性和快速響應。而后艙通信主要指機上乘客通信，機上乘客通過衛星或地面基站方式接入互聯網或與地面人員進行語音通信，主要包括航空運營人的私人通信和公眾通信。此類通信屬非安全通信，所用電臺為非制式電臺。傳統的甚高頻通信范圍只限于視距范圍內，不能滿足大型客機遠程信息傳輸的需要。因此，需要依靠超視距傳輸的高頻通信來實現。高頻通信受到電離層不穩定因素影響，通信可靠性會一定程度地降低。

2 多種衛星通信系統的特點

目前ICAO認為能夠為航班提供前艙和后艙安全通信的衛星通信系統有國際海事衛星Inmarsat、美國銥星Iridium，能夠為后艙提供通信的衛星通信系統有Ku波段的商業衛星以及未來的Ka波段衛星。另外，國際上根據通信的實際需求，也衍生出了類似ATG的通信模式。

2.1 海事衛星通信特點

早期民用飛機主要通過使用L波段的海事衛星完成，海事衛星與航空地球站之間采用C頻段，衛星與機載站之間采用L頻段。它可以提供3個通信頻道Aero-H+Classic、SwiftBroadband（SBB）和ACARS。

ACARS是通過VHF采用電傳的方式實現了空地聯通，主要用于傳輸OOOI報告（OOOI代表推出廊橋、離地、落地、靠住廊橋4個狀態），主要有兩個標準：ARINC633標準信息，ARINC618用戶自定義信息，后來1994年又發展出VHF數據鏈，提高了傳輸速率，目前VDL Mode2可以達到10.5kbps。特別是跨越大洋航路的需要，ACARS又加入了衛星鏈路，即Classic Aero是基于海事衛星通信的鏈路，速率為9.6kbps。

海事衛星公司也于2005年在它的四代星上提供基于3G的空中寬帶業務，稱為SBB，帶寬為432kbps（上下行一致）。

2.2 銥星通信特點

銥星系統的通信傳播方式首先是空中星與星之間的傳播，之后是空地和陸地的傳播，所以不存在覆蓋的盲區，且系統不依賴于任何其他的通信系統進行話音通信服務，而僅通過星星、星地間的信息傳輸實現端到端的語音通信，是目前唯一真正實現全球通信覆蓋的衛星通信系統。

銥星電話全球衛星服務無論在偏遠地區或地面有線、無線網絡受限制的地區都可以進行通話。但是其數據傳輸速率僅有2.4kpbs，因此除通話外，只能傳送簡短的電子郵件和慢速的傳真。

2.3 Ku波段衛星

Ku波段頻率高，一般在11.7～12.2GHz之間，不易受微波輻射干擾，Ku波段下行轉發器發射功率大（大約在100W以上），能量集中，方便接收。但是Ku波段的雨衰耗較大，如果安裝調試時沒有考慮雨衰現象，接收機會出現噪波輸出（模擬信號）或中斷輸出（數字信號）。通俗地說，Ku波段衛星在數據通信的速率上要遠遠大于海事衛星和銥星。

2.4 ATG通信

ATG即地面基站向空中發射信號模式。這種通信方式主要是為了降低機上互聯網上網費用所開發的技術。通過在航路中架設地面基站，通過機載設備和地面基站的數據通信，實現機上互聯網訪問能力，其使用成本與衛星通信上網費用相比大幅降低。目前ATG通信主要在美國部分區域推廣。但是其缺點也較為明顯，地面基站的架設受地形和天氣條件限制較多，尤其不能實現越洋飛行，并且航路覆蓋范圍也相對受限。

3 公務機衛星通信系統在國內的選型考慮

公務機的運行特點是：航線的不確定性，對使用成本的不敏感性，可用商載有限，對通信質量和效率有較高要求。所以公務機在選用衛星通信系統時，要充分考慮其與普通民用飛機的差異性。

對于銥星而言：銥星的機載系統重量和體積較小，通信覆蓋率高，對公務機運行而言，可以節省更多的機身重量，提高通信的質量和連續性。但是其語音通信質量較高，其數據通信速率極低，無法承擔客艙上網的功能。另外，由于銥星在中國境內的使用受到一定的限制，所以銥星對于公務機來說，并不是最佳的選擇。

對于海事衛星而言：若選用傳統Aero-H+ Classic或者ACARS頻道進行通信，對于前艙語音通信或者報文這類低速率的數據通信而言，是足夠的，但是無法滿足客艙通信的要求。故采用多通道SBB系統的海事衛星，不僅可以滿足前艙通信的要求，而且可以使用最高達432kbps的上網速率，能夠滿足基本的網絡使用需求，比如郵件發送、微信、圖片傳輸等。不過其上網費用較高，一般為5美元/M。

對于KU波段衛星而言：由于其基于IP的通信模式，KU波段衛星無法支持前艙通信，但是其后艙能夠實現更高的上網速率（最高50M），基本實現了與傳統寬帶相同的上網體驗，但是其缺點是KU波段機載設施的體積和重量較大，對公務機的設計重量會造成一定的負面影響。同時KU波段衛星受雨衰影響較大，對上網的質量造成一定的不確定影響。

對于ATG而言：公務機的航線與民用大型客機不同，民用大型客機的航線相對固定，采用ATG技術可以實現降低成本，提高上網速率的目標。但是公務機的飛行航線以客戶需求為主，ATG無法實現完全覆蓋，故公務機的客艙通信有效時間無法得到保證，所以不適用于公務機。同時，中國境內ATG的發展還處于前期拓展階段，地面基站十分稀缺，因此國內使用ATG方式通信不具有普遍性。

對于KA衛星而言：其實下一代衛星通信技術，目前其是否能進入前艙使用存在疑問，若ICAO允許KA衛星信號前艙使用，同時KA也能提供較高的上網速率，可能會是未來公務機選用的較為理想的衛星通信系統。

4 未來發展

一套小型的衛星通信系統，就可以完成前艙和后艙的所有功能，這就是未來公務機衛星通信系統的所需要的特點。這就要求前、后艙數據應該嚴格進行物理隔離，需要一個多通道、具有獨立物理隔離的系統，ARINC781附件8定義了需要嚴格隔離的數據，主要是要把駕駛艙涉及安全的數據隔離，目前多通道SBB是一個相對理想的選擇；如果需要為后艙選擇更高速率的系統，那么就可能需要安裝雙套衛星系統了（如SBB與Ka/Ku的結合），顯然，對于公務機這種小型飛機，安裝兩套衛星通信系統會極大增加飛機的空機重量。

因此，未來若能夠將L波段，KA/KU波段的天線進行多頻段融合，開發一體化集成的衛星通信系統，使公務機能夠采用較小的衛星通信設備，即可實現前艙的安全通信和后艙的高速網絡訪問。另外，基于IP通道數據鏈通信技術，若能夠安全將前后艙數據進行有效的隔離，公務機未來也許僅采用KA或者KU波段的衛星通信系統，也可以實現前后艙的通信功能。

參考文獻

[1] 閔士權.中國衛星通信現狀和展望[J].中國航天，2002年09期.

[2] 劉金權.淺談衛星通信的概況及發展[J].黑龍江科技信息，2013年04期.endprint