謝 鷗

(成都理工大學(xué),四川 成都 610059)

航空互聯(lián)網(wǎng)客艙WiFi發(fā)展現(xiàn)狀及接入技術(shù)探究

謝 鷗

(成都理工大學(xué),四川 成都 610059)

雖然"互聯(lián)網(wǎng)+"時代,互聯(lián)網(wǎng)得以快速普及,但是對于航空領(lǐng)域模塊,航空客艙WiFi發(fā)展仍然滯后,其接入技術(shù)也是航空客艙局域網(wǎng)變互聯(lián)網(wǎng)的一大考驗.文章結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)和航空產(chǎn)業(yè),深入探討航空互聯(lián)網(wǎng)客艙WiFi發(fā)展現(xiàn)狀及接入技術(shù),以期促進(jìn)其進(jìn)一步發(fā)展.

航空互聯(lián)網(wǎng);客艙WiFi;接入技術(shù);空地互聯(lián)

據(jù)2014年調(diào)查顯示,民用航班平均每天飛行2.5 h,航空產(chǎn)業(yè)的旅客主要以中年和青年為主,他們本身對互聯(lián)網(wǎng)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(shè)備,無法與外界溝通,機上旅途對旅客來說是痛苦的.而據(jù)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(shè)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(jìn)行一個嚴(yán)格、完善的評估,在保證安全的前提下放寬機上設(shè)備的使用政策.當(dāng)然,航司的自我評估也必須在民航局的協(xié)同及監(jiān)督下完成.

國家將機上移動設(shè)備的使用"審批權(quán)"下放給各航空公司,從國家層面上已經(jīng)不再嚴(yán)格禁止.這一解禁,不僅對航司也對國內(nèi)很多從事航空互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的民有企業(yè)來說,是一次全新的機會,目前國內(nèi)比較有名的企業(yè),如世紀(jì)空聯(lián)、多尼卡、飛天聯(lián)合等,相信對他們來說這也是一次改變行業(yè)不盈利現(xiàn)狀的關(guān)鍵契機.而在"互聯(lián)網(wǎng)+"時代,互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)也變成了企業(yè)、航司之間競爭的一個重要因素.互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)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(chuàng)造力和活力;全面提升航空在同企業(yè)間的核心競爭力;將是對傳統(tǒng)航空行業(yè)的一次徹底的結(jié)構(gòu)性改造[2].航空產(chǎn)業(yè)擁有其日益增多的客流量,再加上空地互聯(lián)(Air To Ground,ATG)網(wǎng)絡(luò),機上旅途也將變成人們生活的互聯(lián)網(wǎng)平臺,而不僅只是人們空間位置轉(zhuǎn)移的交通工具.

1 航空互聯(lián)網(wǎng)客艙WiFi發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

就目前互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)來看,隨著智能手機、平板、電腦等移動設(shè)備的普及,航空互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求也呈增長態(tài)勢.國內(nèi)、國外都在迅速發(fā)展航空領(lǐng)域業(yè)務(wù).早先,國內(nèi)的一些航司采用ATG系統(tǒng)來支撐機上WiFi環(huán)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(jīng)大洋上空時能獲取持續(xù)的WiFi信號.而衛(wèi)星通信的主要限制為其帶寬,其業(yè)務(wù)內(nèi)的Ka波段和Ku波段的帶寬也不相同.據(jù)可靠數(shù)據(jù),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(shù)據(jù)以及旅客上網(wǎng)反饋顯示,其帶寬非常低.美國Gogo公司最開始的主要業(yè)務(wù)為以ATG為主要技術(shù)的航空互聯(lián)網(wǎng)客艙WiFi業(yè)務(wù),2012年后,Gogo公司開始通過租用國際通信衛(wèi)星(Intelsat)公司和SES公司的衛(wèi)星容量,采用Ku頻段衛(wèi)星提供航空客艙WiFi業(yè)務(wù).松下航空公司的"eX連接"也采用Ku頻段衛(wèi)星,在提供航空客艙WiFi的同時還附帶了航空客艙電視業(yè)務(wù).

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)在航空客艙互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)起步較晚,研究也比較少,可檢索出的大多是新聞類的文獻(xiàn),只研究了航空互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀.2013年7月,中國國際航空公司也在國內(nèi)某條航線上推出了客艙互聯(lián)網(wǎng)機上娛樂服務(wù),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(wù)的航空公司.在新聞文獻(xiàn)"空中寬帶無線通信技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展"上介紹了國際上具有代表性的研究和應(yīng)用項目,以及我國航空互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)的發(fā)展情況.由王莉莉等研究了航空互聯(lián)網(wǎng)客艙WiFi系統(tǒng)的無線信號覆蓋問題,總結(jié)了地面基站信號覆蓋、高空平臺通信系統(tǒng)覆蓋和衛(wèi)星中繼信號覆蓋3種無線信號覆蓋模型,并從技術(shù)難度、建設(shè)成本和覆蓋效果等方面分析了3種模型的優(yōu)缺點.之前國內(nèi)有采用過中國衛(wèi)通機載衛(wèi)星來解決航空客艙WiFi的服務(wù)提供方案,中國電信相關(guān)人士早前提出了一種基于正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)寬帶無線空對地方式的航空移動通信系統(tǒng),這種技術(shù)不僅能提供更高的數(shù)據(jù)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(tǒng)基于通用移動通信技術(shù)的長期演進(jìn)(Long Term Evolution,LTE)技術(shù),由機載移動臺、地面基站和核心網(wǎng)路3部分組成,具有超遠(yuǎn)覆蓋、高速覆蓋的特點,可以滿足大流量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求[2-3].

2 航空客艙WiFi接入技術(shù)

2.1 高空上網(wǎng)原理

在2005年,歐洲空中客車的全球首個客艙"無線(WiFi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)"宣布問世,它借助于"全球星"衛(wèi)星通信系統(tǒng),實現(xiàn)了高空上網(wǎng).而到了2007年,全球首個基于碼分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)技術(shù)的地空寬帶系統(tǒng)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(shù)據(jù)帶寬,以實現(xiàn)高空上網(wǎng)[3].

發(fā)展到現(xiàn)在,ATG技術(shù)處于瓶頸期,它由于難以給跨洋飛機提供持續(xù)性的無線數(shù)據(jù)寬帶,而衛(wèi)星通信則是當(dāng)前實現(xiàn)高空上網(wǎng)的主流方式.

2.2 ATG技術(shù)

在ATG誕生之時,3G技術(shù)也已經(jīng)問世,ATG上行和下行寬帶分別可達(dá)到1.8 Mbps和3.6 Mbps,在當(dāng)時ATG的寬帶是比衛(wèi)星通信要流暢的.

ATG主要采用LTE接入技術(shù),采用定制的無線收發(fā)設(shè)備,電信運營商沿飛行航路或特定空域架設(shè)地面基站,向高空進(jìn)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(shù)據(jù)帶寬,從而使機艙內(nèi)的乘客可以訪問外部互聯(lián)網(wǎng)[4].國航的全球首個基于4G技術(shù)的地空寬帶就是采用特定的LTE無線收發(fā)設(shè)備,沿飛行航路或特定空域架設(shè)地面基站向高空進(jìn)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(shù)據(jù)帶寬.簡單來說,機上用戶通過WiFi來連接ATG設(shè)備向乘客提供無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù);而機艙外,則采用LTE技術(shù)實現(xiàn)地面基站與機載ATG設(shè)備建立數(shù)據(jù)鏈路.通過這樣一種方式,乘客可以成功連接上互聯(lián)網(wǎng)并實現(xiàn)上網(wǎng)服務(wù).

LTE技術(shù)發(fā)展歷程:

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

LTE技術(shù)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(qū)別在于物理層,比如幀結(jié)構(gòu)、時分設(shè)計、同步等.FDD的上行數(shù)據(jù)鏈與下行數(shù)據(jù)鏈采用成對的頻段用于收發(fā),而TDD的上行數(shù)據(jù)鏈和下行數(shù)據(jù)鏈則采用相同的頻段在不同的時隙上收發(fā)數(shù)據(jù).TDD用時間來分離收發(fā)信道的,在TDD工作模式下運行的通信網(wǎng)絡(luò),其接收和發(fā)送數(shù)據(jù)都使用同一頻段但時隙不同.與FDD相反,TDD在進(jìn)行非對稱業(yè)務(wù)時的效率會較高.FDD和TDD的區(qū)別如圖1所示.

圖1 FDD與TDD的區(qū)別

2.3 基于衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)

衛(wèi)星通信就是利用衛(wèi)星、飛機、衛(wèi)星地面站三者進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,比起ATG,衛(wèi)星通信的優(yōu)勢就是其通信范圍廣泛,不受地域洋流等位置限制,可實現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)的衛(wèi)星通信只能提供窄帶服務(wù),通信帶寬僅有864 kbps,通常在飛機上僅能提供收發(fā)郵件、網(wǎng)頁瀏覽等簡單上網(wǎng)應(yīng)用服務(wù).不過美國的航空公司正在與衛(wèi)星巨擘Inmarsat展開進(jìn)一步的合作,計劃推出全球高速(GX)航空網(wǎng)絡(luò),將有望實現(xiàn)網(wǎng)速達(dá)50 Mbps的寬帶通信.

基于衛(wèi)星的機上無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由旅客移動終端、機上無線設(shè)備、機上衛(wèi)星系統(tǒng)、同步衛(wèi)星系統(tǒng)以及衛(wèi)星地面基站和地面服務(wù)器組成,其使用的是現(xiàn)有的同步衛(wèi)星數(shù)據(jù)交互技術(shù),利用現(xiàn)有在軌Ku/Ka波段衛(wèi)星,建設(shè)可為機載無線網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的中轉(zhuǎn)站,基于衛(wèi)星的無線網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn),是將成熟的衛(wèi)星通信技術(shù)與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)按照飛機技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、運行要求以及客戶需求進(jìn)行改裝,而太空空間的同步衛(wèi)星除了可以繼續(xù)使用現(xiàn)有的在軌衛(wèi)星外,還將不斷發(fā)射更為先進(jìn)、支持更大寬帶的吞吐量的衛(wèi)星.

就此業(yè)內(nèi)很多人士分析,傳統(tǒng)Ku波段的帶寬低或許不能滿足長久穩(wěn)健的發(fā)展.因而,高通量的Ku和Ka波段將是今后發(fā)展機載WiFi業(yè)務(wù)的主要技術(shù)支撐.相比Ku波段,Ka波段衛(wèi)星通信采用高階調(diào)制技術(shù),基于Ka波段的衛(wèi)星系統(tǒng)一般使用QPSK,8PSK,16APSK,32APSK等高階調(diào)制技術(shù),該技術(shù)有高頻利用率以及高傳輸速率的特點.

3 結(jié)語

從目前發(fā)展態(tài)勢來看,衛(wèi)星通信已成為主流的航空客艙WiFi接入技術(shù),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(wèi)星通信的Ka波段從帶寬上看也是優(yōu)于Ku波段的,目前中國上空的中星16號擁有著最大的Ka衛(wèi)星容量,相信在不久的將來,高通量Ka將會滿足中國區(qū)域內(nèi)的民航需求.

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

[2]高宏偉."互聯(lián)網(wǎng)+航空公司"的應(yīng)用[J].中國民用航空,2015(12):41-42.

[3]中國互聯(lián)網(wǎng)信息中心.第36次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計[D].上海:上海交通大學(xué),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(xué)與技術(shù).