淺談ATG技術(shù)

+ 謝鷹

淺談ATG技術(shù)

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近日，全球機(jī)上寬帶互聯(lián)與航空產(chǎn)品服務(wù)提供商Gogo宣布，其全新區(qū)域性地空寬帶網(wǎng)絡(luò)（ATG）成功完成首次測試飛行，并開始在美國推廣部署。

Gogo稱，其新一代ATG網(wǎng)絡(luò)與自身獨(dú)有的機(jī)載天線技術(shù)、艙內(nèi)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和軟件平臺相結(jié)合，可為每架飛機(jī)提供早期ATG網(wǎng)絡(luò)30倍的帶寬。新一代ATG網(wǎng)絡(luò)利用2.4GHz頻段免授權(quán)頻譜，以及早期獲批頻段，峰值容量超過100Gbps，與Gogo全球衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，將會成為有史以來容量最大的航空專用網(wǎng)絡(luò)。

什么是ATG

簡單說，ATG（Air To Ground）就是能實(shí)現(xiàn)在飛機(jī)上上網(wǎng)的地空通信系統(tǒng)。

ATG利用成熟的陸地移動通信技術(shù)，如3G、4G技術(shù)，針對航空高速移動、廣覆蓋等特性進(jìn)行定制化開發(fā)，在地面建設(shè)天線能夠覆蓋天空的專用基站，構(gòu)建一張地空立體覆蓋的專用網(wǎng)絡(luò)，有效解決高空立體覆蓋，實(shí)現(xiàn)地空高速數(shù)據(jù)傳送。

相比衛(wèi)星通信， ATG雖然僅覆蓋大陸本土，覆蓋廣度不如衛(wèi)星，但在一些國家例如美國、中國、歐洲、澳大利亞等，地域遼闊，國內(nèi)航班占比較高，ATG覆蓋范圍足以滿足大部分應(yīng)用場景。而且相比衛(wèi)星，ATG有著不可比擬的高數(shù)據(jù)帶寬、低延遲、低成本的優(yōu)勢，因而迅速發(fā)展。

衛(wèi)星通信與ATG的優(yōu)劣勢分析

Gogo的傳統(tǒng)ATG網(wǎng)速為什么那么慢？

美國航空互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要感謝Aircell。這家不知名的小公司，收購了瀕臨倒閉的美國對空覆蓋網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)新地將原來AMPS模擬語音專網(wǎng)升級為CDMA1X-DO網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)初高通工程師一個野炊時的突發(fā)奇想，隨后推出Gogo服務(wù)（ATG+Wi-Fi的機(jī)上上網(wǎng)服務(wù)），并在納斯達(dá)克上市，成功地占領(lǐng)了美國主流航空公司。

此后美國各大航空公司爭相改裝，到2012年Ku衛(wèi)星產(chǎn)品推出時，50%的飛機(jī)已經(jīng)簽署ATG改裝合同，可以說ATG方案以其快速改裝和相對低廉的網(wǎng)絡(luò)流量成本，成就了美國航空互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展。等Ku衛(wèi)星來爭搶市場時，市場余量已所剩無幾，只在美西南航空公司找到了整機(jī)隊(duì)的裝機(jī)業(yè)務(wù)；而等Ka衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)及天線成熟時，也就只剩下JetBlue這個廉價航空能作為最后的市場了。

ATG快速跑馬圈地，但當(dāng)CDMA1X-DO僅僅3.1Mbps（下行）、1.8Mbps（上行）的傳輸速率分享到多架飛機(jī)時，業(yè)務(wù)體驗(yàn)開始越來越差了。一面是地面移動網(wǎng)絡(luò)從3G向4G演進(jìn)，一面卻是上網(wǎng)飛機(jī)數(shù)量快速增加帶來體驗(yàn)下降，一升一降凸顯ATG速率瓶頸！有人問，難道就不能擴(kuò)容和升級4G嗎？

然而美國頻率實(shí)行拍賣制，Gogo手里只有可憐的3M頻率，哪有多余的頻率擴(kuò)容？沒有更寬的頻率怎么升級4G？巧婦難為無米之炊呀！怎么辦？Gogo只能在CDMA1X-DO上挖潛，升級RevB版本，將基站扇區(qū)分裂，把容量翻倍，峰值速率也提升到9.3Mbps，Gogo稱之為ATG-4。然而這點(diǎn)容量提升怎敵得過快速增長的上網(wǎng)需求，再加上Ku陣營咄咄逼人的競爭，還有跨洋覆蓋的剛需，Gogo最終也無可奈何地選擇了Ku衛(wèi)星解決方案。

然而ATG與Ku雙線作戰(zhàn)，直接導(dǎo)致Gogo經(jīng)營成本的大幅上升，公司一直處于虧損狀態(tài)。通過分析其財(cái)務(wù)報表發(fā)現(xiàn)，其實(shí)Gogo的ATG業(yè)務(wù)正開始進(jìn)入收獲期，已經(jīng)盈利，此時不得已進(jìn)入ATG+衛(wèi)星雙線作戰(zhàn)致使成本上升，且衛(wèi)星裝機(jī)規(guī)模尚未上量，最終導(dǎo)致公司整體虧損。

競爭者遠(yuǎn)不止Ku衛(wèi)星，近些年，Ka衛(wèi)星也殺將進(jìn)來，這樣才有了美國航空公司狀告Gogo欲解除合作協(xié)議（理由：其他的無線服務(wù)商能夠提供更快、更可靠、更便宜的衛(wèi)星Wi-Fi服務(wù)），欲改投Ka衛(wèi)星陣營。最后雙方達(dá)成和解協(xié)議，Gogo承諾將采用2Ku技術(shù)來提升速率和服務(wù)體驗(yàn)。

Gogo ATG路在何方

Gogo成功于ATG。正是由于Gogo獨(dú)創(chuàng)ATG解決方案，才成就了其今天全球航空互聯(lián)網(wǎng)提供商N(yùn)o.1的地位。雖然局限于頻率資源有限，被迫選擇Ku衛(wèi)星陣營，雙線作戰(zhàn)的Gogo從來沒有放棄過對ATG next-G的追求，沒有頻率，找頻率！

Gogo先后尋找過多段頻率，其中不乏創(chuàng)新地想過利用Ku頻率做ATG，大家都知道Ku同步衛(wèi)星都在赤道上空，美國衛(wèi)星接收天線都是南向放置，Gogo提出是否能復(fù)用Ku頻率——把地面基站天線全部北向覆蓋，而飛機(jī)機(jī)腹安裝的Ku天線南向輻射，這樣來規(guī)避Ku ATG與Ku衛(wèi)星的干擾，實(shí)現(xiàn)共生共存。多么偉大的創(chuàng)新！可惜FCC沒有支持這個創(chuàng)新，駁回了Gogo的頻率申請。

此路不通，另走他路。能不能打2.4ISM非授權(quán)頻段的主意呢？Gogo又開始了另一個大膽的設(shè)想，那可是80多兆頻率呀，相比于可憐巴巴的3MHz 800M頻率，非常誘人。十年前，認(rèn)知無線電技術(shù)就提出了這種設(shè)想，想法很大膽，還是需要有人去實(shí)現(xiàn)。此時，ATG幕后的英雄出現(xiàn)了！

Gogo新一代ATG技術(shù)淺析

Gogo在ATG上風(fēng)生水起離不開一家中國公司。該公司為Gogo定制開發(fā)了CDMA1X-DO版本的ATG系統(tǒng)，成為Gogo網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)家供應(yīng)商，從核心網(wǎng)、基站到CPE的核心板卡，可以說，是這家中國公司成就了Gogo的成功。

非授權(quán)頻段上開發(fā)4G系統(tǒng)，全定制開發(fā)，中國公司突破了頻率共享、共存，通過定制開發(fā)實(shí)現(xiàn)了在郊區(qū)開闊地區(qū)Wi-Fi干擾較小情況下，100Mbps的速率，而在城市Wi-Fi干擾較大的情況下，10Mbps以上速率的效果。

這套系統(tǒng)的核心是如何有效控制干擾，降低干擾的影響。基于2.4G的ATG不能影響地面Wi-Fi應(yīng)用，又能保證數(shù)十Mbps的平均上網(wǎng)速率。多波束賦形天線十分關(guān)鍵，ATG next-G天線與傳統(tǒng)ATG天線有顯著的差別，如下圖所示：

上圖左側(cè)長長的鯊魚鰭天線就是智能波束賦形天線，控制天線還有一個有源的天線控制單元，這一點(diǎn)是與傳統(tǒng)ATG無源天線（上圖右側(cè)）有明顯區(qū)別的。

當(dāng)然地面系統(tǒng)也將區(qū)別于傳統(tǒng)ATG，同步采用智能波束賦形天線，發(fā)射功率將嚴(yán)格按照ISM頻段發(fā)射要求，采用小功率發(fā)射，通過天線增益來解決超遠(yuǎn)覆蓋和接收的問題。

中國ATG發(fā)展現(xiàn)狀

美國ATG已成熟商用了近9年，如今更是著手升級換代；歐洲的EAN（歐洲ATG）也已完成了300個基站部署，預(yù)計(jì)很快會商用。而中國相關(guān)領(lǐng)域，其實(shí)從2010年起就開始了ATG技術(shù)與應(yīng)用的探索，2014年國航在成都—北京航線還進(jìn)行了試驗(yàn)飛行。然而橫亙在中國ATG商用路上的也是頻率問題，此外還有電信運(yùn)營許可等其他政策問題。

中國ATG率先實(shí)現(xiàn)了基于4G LTE的ATG，這一點(diǎn)明顯領(lǐng)先于美國同行，但由于頻率、電信運(yùn)營許可等諸多政策原因，時至今日，中國ATG仍然在路上。

當(dāng)然，業(yè)界有不少投資人看好這個商機(jī)，從航空頻率、廣電頻率、軍民共用頻率等角度在試圖打造中國版ATG?？上?，各方力量各自為戰(zhàn)，沒有形成合力，在中國航空互聯(lián)網(wǎng)日漸熱鬧的今天，ATG卻一直沒有形成氣候，頻頻處于夭折的邊緣。

它山之石可以攻玉。縱觀全球，在歐洲，海事衛(wèi)星組織拿出S波段衛(wèi)星頻率，聯(lián)合德國電信、空客等公司構(gòu)建EAN網(wǎng)絡(luò)；在美國，Gogo利用合作伙伴強(qiáng)大的研發(fā)能力在實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的夢想。反觀國內(nèi)，ATG玩家各懷心思、一盤散沙，產(chǎn)業(yè)鏈未形成合力，都處于孤軍奮戰(zhàn)狀態(tài)。相信此番Gogo消息一出，又會有人開始琢磨利用2.4G頻率發(fā)展ATG。拒絕投機(jī)，只有整合產(chǎn)業(yè)鏈資源，把ATG戰(zhàn)線上相關(guān)各方聯(lián)合組織起來，中國ATG才能走出自己鳳凰涅槃的重生！