航空互聯網客艙WiFi發展現狀及接入技術探究

謝 鷗

(成都理工大學,四川 成都 610059)

航空互聯網客艙WiFi發展現狀及接入技術探究

謝 鷗

(成都理工大學,四川 成都 610059)

雖然"互聯網+"時代,互聯網得以快速普及,但是對于航空領域模塊,航空客艙WiFi發展仍然滯后,其接入技術也是航空客艙局域網變互聯網的一大考驗.文章結合移動互聯網和航空產業,深入探討航空互聯網客艙WiFi發展現狀及接入技術,以期促進其進一步發展.

航空互聯網;客艙WiFi;接入技術;空地互聯

據2014年調查顯示,民用航班平均每天飛行2.5 h,航空產業的旅客主要以中年和青年為主,他們本身對互聯網有著高度依賴的心理[1].因此,在這樣一個封閉空間里,無法使用電子設備,無法與外界溝通,機上旅途對旅客來說是痛苦的.而據2017年09月18日報道,民航局將從10月開始制定新的機上電子設備管理和使用政策,也就是說,到時候旅客在飛機上是否能使用隨身攜帶的手機、電腦、平板等,將是由所乘坐的航空公司來決定.這也就要求航司對自己進行一個嚴格、完善的評估,在保證安全的前提下放寬機上設備的使用政策.當然,航司的自我評估也必須在民航局的協同及監督下完成.

國家將機上移動設備的使用"審批權"下放給各航空公司,從國家層面上已經不再嚴格禁止.這一解禁,不僅對航司也對國內很多從事航空互聯網業務的民有企業來說,是一次全新的機會,目前國內比較有名的企業,如世紀空聯、多尼卡、飛天聯合等,相信對他們來說這也是一次改變行業不盈利現狀的關鍵契機.而在"互聯網+"時代,互聯網服務也變成了企業、航司之間競爭的一個重要因素.互聯網服務總的來說歸為以下幾點:讓人們的生活更加便捷;增加航司的創造力和活力;全面提升航空在同企業間的核心競爭力;將是對傳統航空行業的一次徹底的結構性改造[2].航空產業擁有其日益增多的客流量,再加上空地互聯(Air To Ground,ATG)網絡,機上旅途也將變成人們生活的互聯網平臺,而不僅只是人們空間位置轉移的交通工具.

1 航空互聯網客艙WiFi發展現狀

1.1 國外發展現狀

就目前互聯網的發展狀態來看,隨著智能手機、平板、電腦等移動設備的普及,航空互聯網的應用需求也呈增長態勢.國內、國外都在迅速發展航空領域業務.早先,國內的一些航司采用ATG系統來支撐機上WiFi環境,而ATG由于需要在地面搭建基站,這很難保證國際航班在飛經大洋上空時能獲取持續的WiFi信號.而衛星通信的主要限制為其帶寬,其業務內的Ka波段和Ku波段的帶寬也不相同.據可靠數據,Ku的帶寬比Ka窄,在東方航空的60架跨洋國際航線上采用的是Ku頻段,但其實際飛行數據以及旅客上網反饋顯示,其帶寬非常低.美國Gogo公司最開始的主要業務為以ATG為主要技術的航空互聯網客艙WiFi業務,2012年后,Gogo公司開始通過租用國際通信衛星(Intelsat)公司和SES公司的衛星容量,采用Ku頻段衛星提供航空客艙WiFi業務.松下航空公司的"eX連接"也采用Ku頻段衛星,在提供航空客艙WiFi的同時還附帶了航空客艙電視業務.

1.2 國內發展現狀

國內在航空客艙互聯網接入技術起步較晚,研究也比較少,可檢索出的大多是新聞類的文獻,只研究了航空互聯網的應用現狀.2013年7月,中國國際航空公司也在國內某條航線上推出了客艙互聯網機上娛樂服務,旅客乘坐飛機可以即時與地面溝通,國航也成了中國首家提供該服務的航空公司.在新聞文獻"空中寬帶無線通信技術的應用和發展"上介紹了國際上具有代表性的研究和應用項目,以及我國航空互聯網接入服務的發展情況.由王莉莉等研究了航空互聯網客艙WiFi系統的無線信號覆蓋問題,總結了地面基站信號覆蓋、高空平臺通信系統覆蓋和衛星中繼信號覆蓋3種無線信號覆蓋模型,并從技術難度、建設成本和覆蓋效果等方面分析了3種模型的優缺點.之前國內有采用過中國衛通機載衛星來解決航空客艙WiFi的服務提供方案,中國電信相關人士早前提出了一種基于正交頻分復用技術(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)寬帶無線空對地方式的航空移動通信系統,這種技術不僅能提供更高的數據效率和容量,而且能大大減低運營成本;華為公司的eWBB LTE寬帶無線通信系統基于通用移動通信技術的長期演進(Long Term Evolution,LTE)技術,由機載移動臺、地面基站和核心網路3部分組成,具有超遠覆蓋、高速覆蓋的特點,可以滿足大流量數據業務的需求[2-3].

2 航空客艙WiFi接入技術

2.1 高空上網原理

在2005年,歐洲空中客車的全球首個客艙"無線(WiFi)網絡系統"宣布問世,它借助于"全球星"衛星通信系統,實現了高空上網.而到了2007年,全球首個基于碼分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)技術的地空寬帶系統也隨之問世,它借助于在地面搭建基站的方式來覆蓋在高空的航線,從而給飛行中的飛機提供CDMA EVDO無線接入數據帶寬,以實現高空上網[3].

發展到現在,ATG技術處于瓶頸期,它由于難以給跨洋飛機提供持續性的無線數據寬帶,而衛星通信則是當前實現高空上網的主流方式.

2.2 ATG技術

在ATG誕生之時,3G技術也已經問世,ATG上行和下行寬帶分別可達到1.8 Mbps和3.6 Mbps,在當時ATG的寬帶是比衛星通信要流暢的.

ATG主要采用LTE接入技術,采用定制的無線收發設備,電信運營商沿飛行航路或特定空域架設地面基站,向高空進行覆蓋,可以為不同高度層航線的飛機提供最高100 Mbps以上的無線數據帶寬,從而使機艙內的乘客可以訪問外部互聯網[4].國航的全球首個基于4G技術的地空寬帶就是采用特定的LTE無線收發設備,沿飛行航路或特定空域架設地面基站向高空進行覆蓋,可以為不同高度層航線的飛機提供最高30~60 Mbps以上的無線數據帶寬.簡單來說,機上用戶通過WiFi來連接ATG設備向乘客提供無線局域網數據;而機艙外,則采用LTE技術實現地面基站與機載ATG設備建立數據鏈路.通過這樣一種方式,乘客可以成功連接上互聯網并實現上網服務.

LTE技術發展歷程:

GSM->GPRS->EDGE->WCDMA->HSDPA/HSUP->HSDPA+HSUP->FDD-LTE/TDD-LTE

LTE技術主要分為頻分雙工(Frequency Division Duplexing,FDD)和時分雙工(Time Division Duplexing,TDD),它們的區別在于物理層,比如幀結構、時分設計、同步等.FDD的上行數據鏈與下行數據鏈采用成對的頻段用于收發,而TDD的上行數據鏈和下行數據鏈則采用相同的頻段在不同的時隙上收發數據.TDD用時間來分離收發信道的,在TDD工作模式下運行的通信網絡,其接收和發送數據都使用同一頻段但時隙不同.與FDD相反,TDD在進行非對稱業務時的效率會較高.FDD和TDD的區別如圖1所示.

圖1 FDD與TDD的區別

2.3 基于衛星的互聯網接入技術

衛星通信就是利用衛星、飛機、衛星地面站三者進行數據通信,比起ATG,衛星通信的優勢就是其通信范圍廣泛,不受地域洋流等位置限制,可實現國際漫游.但是,考慮到國際航班上各個國家的頻率有所不同,所以這也會造成在跨國切換信號時,機上的WiFi信號會出現中斷或延遲的情況.而其缺點在本文上一章也提到過,其帶寬低,傳統的衛星通信只能提供窄帶服務,通信帶寬僅有864 kbps,通常在飛機上僅能提供收發郵件、網頁瀏覽等簡單上網應用服務.不過美國的航空公司正在與衛星巨擘Inmarsat展開進一步的合作,計劃推出全球高速(GX)航空網絡,將有望實現網速達50 Mbps的寬帶通信.

基于衛星的機上無線網絡系統主要由旅客移動終端、機上無線設備、機上衛星系統、同步衛星系統以及衛星地面基站和地面服務器組成,其使用的是現有的同步衛星數據交互技術,利用現有在軌Ku/Ka波段衛星,建設可為機載無線網絡作為數據轉發的中轉站,基于衛星的無線網絡的實現,是將成熟的衛星通信技術與無線網絡技術按照飛機技術標準、運行要求以及客戶需求進行改裝,而太空空間的同步衛星除了可以繼續使用現有的在軌衛星外,還將不斷發射更為先進、支持更大寬帶的吞吐量的衛星.

就此業內很多人士分析,傳統Ku波段的帶寬低或許不能滿足長久穩健的發展.因而,高通量的Ku和Ka波段將是今后發展機載WiFi業務的主要技術支撐.相比Ku波段,Ka波段衛星通信采用高階調制技術,基于Ka波段的衛星系統一般使用QPSK,8PSK,16APSK,32APSK等高階調制技術,該技術有高頻利用率以及高傳輸速率的特點.

3 結語

從目前發展態勢來看,衛星通信已成為主流的航空客艙WiFi接入技術,不敢說ATG將被完全淘汰,但是其利用率肯定會越來越低.而衛星通信的Ka波段從帶寬上看也是優于Ku波段的,目前中國上空的中星16號擁有著最大的Ka衛星容量,相信在不久的將來,高通量Ka將會滿足中國區域內的民航需求.

[1]周紅梅.SITA 2015 航空公司IT趨勢調查[EB/OL].(2015-07-27)[2017-10-25].http://news.carnoc.com/list/319/319705.html.

[2]高宏偉."互聯網+航空公司"的應用[J].中國民用航空,2015(12):41-42.

[3]中國互聯網信息中心.第36次中國互聯網絡發展狀況統計報告[EB/OL].(2015-07-23)[2017-09-25].http://www.cnnic.cn/gywm/xwzx/rdxw/2015/201507/t20150723_52626.htm.

[4]范翔.民航飛機客艙無線網絡規劃與設計[D].上海:上海交通大學,2015.

Discussion on the current situation and access technology of aviation Internet cabin WiFi

Xie Ou
(Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)

The Internet can be quickly popular in the "Internet +" era, but for the aviation field module, aviation cabin WiFi development is still lagging behind, the access technology is also a big test of the aviation cabin local area network change Internet. Combined with the mobile Internet and aviation industry, this paper in-depth discusses the current situation and access technology of aviation Internet cabin WiFi, with a view to promoting its further development.

aviation Internet; cabin WiFi; access technology; air to ground

謝鷗(1993- ),女,四川綿陽人,碩士研究生;研究方向:計算機科學與技術.