● 文 |星展測控科技股份有限公司 韓磊

一、引言

隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們對飛機上使用便攜式電子設備，特別是使用手機的需求越來越強烈，多個國家的研究機構(gòu)和專業(yè)組織對機上便攜式電子設備（PED）使用進行了持續(xù)性研究。近年來，波音、空客等飛機制造商也在設計和制造環(huán)節(jié)考慮如何防止便攜式電子設備干擾。航空無線電技術(shù)委員會先后發(fā)布行業(yè)標準，提出了航空器抗PED電磁干擾的技術(shù)規(guī)范，這也為進一步開放機上便攜式電子設備使用奠定了基礎。2018年1月，中國民用航空局發(fā)布《機上便攜式電子設備（PED）使用評估指南》，用于指導航空公司驗證和評估機上便攜式電子設備的使用。國內(nèi)航班從此開啟了中國空中互聯(lián)網(wǎng)時代。

二、國內(nèi)外機載無線寬帶市場現(xiàn)狀及趨勢

目前，全新模式的客艙無線寬帶（Wi-Fi）娛樂系統(tǒng)已經(jīng)被全球大多數(shù)航空公司所認可，而且也都在集中采取以優(yōu)化系統(tǒng)的方式來提高自身品質(zhì)的模式。

國外的機載Wi-Fi項目，始于“波音計劃”，隨著各種通信技術(shù)、安全技術(shù)的成熟，近年來國外的機載Wi-Fi服務覆蓋面越來越廣。目前，歐洲、美洲和亞洲等地的幾十家航空公司已經(jīng)安裝了機載移動通信系統(tǒng)，并且均成立了專門的運營公司正式進入商業(yè)化運作。國外的機載Wi-Fi業(yè)務資費有以下四種典型模式：免費使用、按設備流量計費、按月計費、按小時計費。

根據(jù)美國全球工業(yè)分析家公司（GIA）的統(tǒng)計，截至2015年，全球裝配機載Wi-Fi系統(tǒng)的飛機有4000余架，其中北美航空公司的飛機超過80%，其次是中東航空公司和歐洲航空公司。另外根據(jù)統(tǒng)計，目前美國現(xiàn)已有超過71%的民航飛機完成了機載Wi-Fi系統(tǒng)的安裝，另外還有7%的民航飛機正在進行機載Wi-Fi系統(tǒng)的安裝。而美國以外的民航飛機這兩組數(shù)據(jù)僅為13%和12%，可見目前北美地區(qū)是機載Wi-Fi普及率最高的地區(qū)。2015年全球裝配機載Wi-Fi系統(tǒng)的飛機數(shù)量占比如圖1所示。

根據(jù)中國民航網(wǎng)《民航智庫》預測，到2022年，全球裝配機載Wi-Fi設備的民航飛機將達到11000余架次，其中19%的飛機屬于亞太地區(qū)航空公司（2015年該數(shù)據(jù)為3%)，相比2015年增長近17倍，其中以中國為主要增長地區(qū)。可見未來幾年國內(nèi)機載Wi-Fi市場將有較大的發(fā)展。

目前，全球范圍內(nèi)能夠提供具備航空資格、性能卓越的客艙Wi-Fi系統(tǒng)的供應商為數(shù)不多。

我國的民用航空機載移動通信剛剛起步，兩種主要的技術(shù)手段(地空基站方式和衛(wèi)星中繼方式)都處于試驗階段，還未大規(guī)模應用。我國作為一個幅員遼闊、民用航空發(fā)達的國家，此業(yè)務的需求非常巨大。隨著我國民用航空的快速發(fā)展，民航飛機數(shù)量、航線里程以及乘客數(shù)量都將增加，飛機上網(wǎng)的需求也會激增，發(fā)展機載公眾移動通信業(yè)務會帶來巨大收益。而在發(fā)展機載公眾移動通信系統(tǒng)的同時，也需要對該系統(tǒng)在用頻段和設臺等方面做充分考慮，進行系統(tǒng)間和系統(tǒng)級的兼容共存研究，制定詳細的標準和法規(guī)，以確保航空飛行的安全。

圖1 2015年全球裝配機載Wi-Fi系統(tǒng)的飛機數(shù)量占比

目前國內(nèi)航空公司如中國東方航空股份有限公司、中國南方航空股份有限公司、中國國際航空股份有限公司、海南航空控股股份有限公司、深圳航空有限責任公司等已經(jīng)推出了裝配有機載Wi-Fi系統(tǒng)的航班，春秋航空股份有限公司在2015年7月下旬也宣布進入。2015年7月28日中國國際航空股份有限公司發(fā)布公告稱，將投入1.5億元用于機上Wi-Fi項目。中國東方航空股份有限公司在其絕大多數(shù)的寬體機上已經(jīng)安裝了機載Wi-Fi系統(tǒng)，相比國外飛機Wi-Fi，國內(nèi)航空公司普遍采取的是對乘客免費的方式。一架飛機的Wi-Fi系統(tǒng)改造成本在300萬～500萬元左右，而且租賃衛(wèi)星寬帶資源花費也不菲，這意味著國內(nèi)航空公司將采取向商家收費的方式來消化高昂的成本。

相比國外的機載Wi-Fi系統(tǒng)供應商，國內(nèi)的機載Wi-Fi設備廠商目前還處于起步階段。因此面對未來國內(nèi)快速擴大的機載Wi-Fi市場，亟待解決包括機載衛(wèi)星天線在內(nèi)的一系列航電設備的國產(chǎn)化問題。國內(nèi)衛(wèi)星通信的設備供應商已經(jīng)積極準備進入這一領域。多家企業(yè)已經(jīng)推出了機載衛(wèi)星通信系統(tǒng)的解決方案，其中星展測控科技股份有限公司已經(jīng)取得了相關(guān)認證，并在海外市場中打開了銷路。

三、衛(wèi)星通信發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)格局正在發(fā)生巨大變化。這一變化的標志性事件是美國、中國等國家和地區(qū)的衛(wèi)星運營機構(gòu)，紛紛計劃和發(fā)射大容量Ka頻段高通量通信衛(wèi)星，以美國休斯公司、美國衛(wèi)訊公司為產(chǎn)業(yè)龍頭，以及20余個寬帶衛(wèi)星通信星座項目，總數(shù)多于15000個在軌小通信衛(wèi)星。

2017年4月，中星16號衛(wèi)星成功發(fā)射，成為中國第一個高通量通信衛(wèi)星，預計將在2018年開始面向海事、航空、陸地應用全面提供寬帶接入服務。亞太衛(wèi)星控股有限公司將在2019年發(fā)射其第一顆高通量衛(wèi)星，選擇Ku頻段為用戶提供服務。

2017年2月，一網(wǎng)公司（OneWeb）向美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）提交申請，計劃建造更大的星座，將再追加2000顆在軌小衛(wèi)星的制造、發(fā)射和運營，其在軌衛(wèi)星將達到約2700顆，而不是最初宣稱的648顆。2017年6月，F(xiàn)CC已授權(quán)OneWeb，批準其在美國使用其衛(wèi)星提供互聯(lián)網(wǎng)服務。OneWeb將向全球電信運營商提供光纜品質(zhì)的接入服務。據(jù)最新消息2018年第四季度，首批OneWeb衛(wèi)星將發(fā)射升空。

中國航天科技集團有限公司、中國航天科工集團有限公司、中國電子科技集團公司等國內(nèi)央企也紛紛發(fā)布了低軌寬帶星座的計劃。

1.多功能融合

傳統(tǒng)的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)主要是向用戶提供區(qū)域乃至全球范圍的話音、數(shù)據(jù)、短信等移動通信服務。隨著衛(wèi)星移動通信的發(fā)展，單純的移動語音和短信業(yè)務已經(jīng)不能滿足越來越高的數(shù)據(jù)和通信的要求，未來的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)將融合越來越多的其他功能。

典型的例如銥星二代系統(tǒng)中兼具廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）航空器監(jiān)視功能和船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）監(jiān)視功能。此外，還可能包括一些別的附加信息，如航向、溫濕度、風速、風向等。

隨著衛(wèi)星定位服務的廣泛應用，衛(wèi)星定位服務與衛(wèi)星移動通信相結(jié)合也將越來越普遍，多個衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)終端可同時支持衛(wèi)星定位服務。因此，未來的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)要發(fā)展，必將不拘泥于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)和話音業(yè)務，多功能的融合將會變得越來越普遍。

2.天地一體化

天地一體化是未來移動網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢?？臻g網(wǎng)絡與地面網(wǎng)絡互聯(lián)互通、互為補充、高效協(xié)同，構(gòu)建全新的天地一體化網(wǎng)絡構(gòu)架。目前地面5G移動通信技術(shù)預研正在日益升溫，衛(wèi)星移動通信的發(fā)展可以借鑒地面5G移動通信網(wǎng)絡的研究思路，構(gòu)建全新的融合衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)和地面移動通信系統(tǒng)的開放式、通用的體系架構(gòu)，以實現(xiàn)地面空中移動無線系統(tǒng)的無縫切換和業(yè)務融合。

天地一體化主要包括體制、芯片、終端以及應用等幾個層面的融合。終端融合是芯片融合的結(jié)果。伴隨著衛(wèi)星技術(shù)和終端技術(shù)的進步，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的地面終端小型化、手持化已成為可能。未來衛(wèi)星移動通信的終端將向著各系統(tǒng)相互兼容，衛(wèi)星與地面移動通信、移動與固定通信互聯(lián)互通，實現(xiàn)個人一個終端走遍全球的通信目標。

應用融合即將各類業(yè)務和應用集合打包推向市場。通過服務平臺融合，將地面移動通信和衛(wèi)星移動通信有機結(jié)合，從而為用戶提供更廣泛、便捷、實用的服務。

3.多頻段共存

為滿足日益增加的帶寬需求和高速數(shù)據(jù)處理需求，積極應對業(yè)務寬帶化、IP 化的趨勢，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)使用高頻段已經(jīng)成為一種趨勢，各種頻段的系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，并將共同存在。

例如，在銥星二代系統(tǒng)中所使用的技術(shù)，Ka饋電鏈路空閑時用于衛(wèi)星寬帶通信，單用戶可獲得50Mbit/s的傳輸速率。這樣在銥星系統(tǒng)中，既有L頻段語音和窄帶數(shù)據(jù)通信業(yè)務，也有Ka頻段寬帶通信業(yè)務，從而實現(xiàn)了L/Ka頻段共存。海事衛(wèi)星也開始發(fā)展Ka頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)以滿足業(yè)務需求。工作在Ku頻段上的管理支撐系統(tǒng)（MSS）可分為多種載體提供寬帶業(yè)務。

4.寬窄帶協(xié)同

目前衛(wèi)星移動通信寬窄帶業(yè)務均持續(xù)發(fā)展，一方面是高速率寬帶交互通信業(yè)務迅猛發(fā)展，構(gòu)筑空間信息高速公路；另一方面，窄帶數(shù)字話音、傳真、數(shù)據(jù)低速業(yè)務也將繼續(xù)存在和發(fā)展。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)寬帶和窄帶通信除了是平行應用，寬窄帶還將協(xié)同傳輸。

具有代表性的是銥星系統(tǒng)，其L頻段窄帶鏈路除了傳輸語音和窄帶業(yè)務，還可以被用于傳遞信令以調(diào)用Ka寬帶鏈路資源，從而傳輸寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務，實現(xiàn)了寬窄帶協(xié)同。

2016年8月6日，天通一號01星發(fā)射成功，該衛(wèi)星是由中國空間技術(shù)研究院負責研制的我國首顆移動通信衛(wèi)星，也被譽為“中國版的海事衛(wèi)星”，其成功發(fā)射標志著我國進入到了衛(wèi)星移動通信的手機時代，填補了國內(nèi)空白，具有重要的里程碑意義。系統(tǒng)整體建成后將為中國及周邊、中東、非洲等相關(guān)地區(qū)，以及太平洋、印度洋大部分海域和航空的用戶提供全天候、全天時、穩(wěn)定可靠移動通信服務，支持話音、短信息和數(shù)據(jù)業(yè)務。

四、總結(jié)

目前從商業(yè)模式來看，高通量通信衛(wèi)星和低軌寬帶衛(wèi)星星座的容量、成本、全球無縫覆蓋特性，使衛(wèi)星通信從衛(wèi)星到軍隊（S2M）、衛(wèi)星到政府（S2G）向衛(wèi)星到電信運營商（S2T）和衛(wèi)星到消費者（S2C）快速轉(zhuǎn)化，衛(wèi)星通信手段由地面通信手段的補充轉(zhuǎn)而與地面手段并行和一體化。這就給衛(wèi)星通信賦予了巨大的市場推動力。

衛(wèi)星天線技術(shù)是決定衛(wèi)星通信終端演進的關(guān)鍵技術(shù)，即統(tǒng)治衛(wèi)星通信行業(yè)50年的拋物面“鍋狀天線”必須改變，由平板天線直至全電掃多波束柔性賦型天線替代。

面對日益發(fā)展的航空通信應用需求，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游聯(lián)動，共同面向未來為航空器設計一系列技術(shù)解決方案。同時，航空公司與互聯(lián)網(wǎng)運營企業(yè)也應把業(yè)務運營與衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合，不斷推出滿足市場需求的服務產(chǎn)品。