谢 鸥

(成都理工大学,四川 成都 610059)

航空互联网客舱WiFi发展现状及接入技术探究

谢 鸥

(成都理工大学,四川 成都 610059)

虽然"互联网+"时代,互联网得以快速普及,但是对于航空领域模块,航空客舱WiFi发展仍然滞后,其接入技术也是航空客舱局域网变互联网的一大考验.文章结合移动互联网和航空产业,深入探讨航空互联网客舱WiFi发展现状及接入技术,以期促进其进一步发展.

航空互联网;客舱WiFi;接入技术;空地互联

据2014年调查显示,民用航班平均每天飞行2.5 h,航空产业的旅客主要以中年和青年为主,他们本身对互联网有着高度依赖的心理[1].因此,在这样一个封闭空间里,无法使用电子设备,无法与外界沟通,机上旅途对旅客来说是痛苦的.而据2017年09月18日报道,民航局将从10月开始制定新的机上电子设备管理和使用政策,也就是说,到时候旅客在飞机上是否能使用随身携带的手机、电脑、平板等,将是由所乘坐的航空公司来决定.这也就要求航司对自己进行一个严格、完善的评估,在保证安全的前提下放宽机上设备的使用政策.当然,航司的自我评估也必须在民航局的协同及监督下完成.

国家将机上移动设备的使用"审批权"下放给各航空公司,从国家层面上已经不再严格禁止.这一解禁,不仅对航司也对国内很多从事航空互联网业务的民有企业来说,是一次全新的机会,目前国内比较有名的企业,如世纪空联、多尼卡、飞天联合等,相信对他们来说这也是一次改变行业不盈利现状的关键契机.而在"互联网+"时代,互联网服务也变成了企业、航司之间竞争的一个重要因素.互联网服务总的来说归为以下几点:让人们的生活更加便捷;增加航司的创造力和活力;全面提升航空在同企业间的核心竞争力;将是对传统航空行业的一次彻底的结构性改造[2].航空产业拥有其日益增多的客流量,再加上空地互联(Air To Ground,ATG)网络,机上旅途也将变成人们生活的互联网平台,而不仅只是人们空间位置转移的交通工具.

1 航空互联网客舱WiFi发展现状

1.1 国外发展现状

就目前互联网的发展状态来看,随着智能手机、平板、电脑等移动设备的普及,航空互联网的应用需求也呈增长态势.国内、国外都在迅速发展航空领域业务.早先,国内的一些航司采用ATG系统来支撑机上WiFi环境,而ATG由于需要在地面搭建基站,这很难保证国际航班在飞经大洋上空时能获取持续的WiFi信号.而卫星通信的主要限制为其带宽,其业务内的Ka波段和Ku波段的带宽也不相同.据可靠数据,Ku的带宽比Ka窄,在东方航空的60架跨洋国际航线上采用的是Ku频段,但其实际飞行数据以及旅客上网反馈显示,其带宽非常低.美国Gogo公司最开始的主要业务为以ATG为主要技术的航空互联网客舱WiFi业务,2012年后,Gogo公司开始通过租用国际通信卫星(Intelsat)公司和SES公司的卫星容量,采用Ku频段卫星提供航空客舱WiFi业务.松下航空公司的"eX连接"也采用Ku频段卫星,在提供航空客舱WiFi的同时还附带了航空客舱电视业务.

1.2 国内发展现状

国内在航空客舱互联网接入技术起步较晚,研究也比较少,可检索出的大多是新闻类的文献,只研究了航空互联网的应用现状.2013年7月,中国国际航空公司也在国内某条航线上推出了客舱互联网机上娱乐服务,旅客乘坐飞机可以即时与地面沟通,国航也成了中国首家提供该服务的航空公司.在新闻文献"空中宽带无线通信技术的应用和发展"上介绍了国际上具有代表性的研究和应用项目,以及我国航空互联网接入服务的发展情况.由王莉莉等研究了航空互联网客舱WiFi系统的无线信号覆盖问题,总结了地面基站信号覆盖、高空平台通信系统覆盖和卫星中继信号覆盖3种无线信号覆盖模型,并从技术难度、建设成本和覆盖效果等方面分析了3种模型的优缺点.之前国内有采用过中国卫通机载卫星来解决航空客舱WiFi的服务提供方案,中国电信相关人士早前提出了一种基于正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)宽带无线空对地方式的航空移动通信系统,这种技术不仅能提供更高的数据效率和容量,而且能大大减低运营成本;华为公司的eWBB LTE宽带无线通信系统基于通用移动通信技术的长期演进(Long Term Evolution,LTE)技术,由机载移动台、地面基站和核心网路3部分组成,具有超远覆盖、高速覆盖的特点,可以满足大流量数据业务的需求[2-3].

2 航空客舱WiFi接入技术

2.1 高空上网原理

在2005年,欧洲空中客车的全球首个客舱"无线(WiFi)网络系统"宣布问世,它借助于"全球星"卫星通信系统,实现了高空上网.而到了2007年,全球首个基于码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)技术的地空宽带系统也随之问世,它借助于在地面搭建基站的方式来覆盖在高空的航线,从而给飞行中的飞机提供CDMA EVDO无线接入数据带宽,以实现高空上网[3].

发展到现在,ATG技术处于瓶颈期,它由于难以给跨洋飞机提供持续性的无线数据宽带,而卫星通信则是当前实现高空上网的主流方式.

2.2 ATG技术

在ATG诞生之时,3G技术也已经问世,ATG上行和下行宽带分别可达到1.8 Mbps和3.6 Mbps,在当时ATG的宽带是比卫星通信要流畅的.

ATG主要采用LTE接入技术,采用定制的无线收发设备,电信运营商沿飞行航路或特定空域架设地面基站,向高空进行覆盖,可以为不同高度层航线的飞机提供最高100 Mbps以上的无线数据带宽,从而使机舱内的乘客可以访问外部互联网[4].国航的全球首个基于4G技术的地空宽带就是采用特定的LTE无线收发设备,沿飞行航路或特定空域架设地面基站向高空进行覆盖,可以为不同高度层航线的飞机提供最高30~60 Mbps以上的无线数据带宽.简单来说,机上用户通过WiFi来连接ATG设备向乘客提供无线局域网数据;而机舱外,则采用LTE技术实现地面基站与机载ATG设备建立数据链路.通过这样一种方式,乘客可以成功连接上互联网并实现上网服务.

LTE技术发展历程:

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

LTE技术主要分为频分双工(Frequency Division Duplexing,FDD)和时分双工(Time Division Duplexing,TDD),它们的区别在于物理层,比如帧结构、时分设计、同步等.FDD的上行数据链与下行数据链采用成对的频段用于收发,而TDD的上行数据链和下行数据链则采用相同的频段在不同的时隙上收发数据.TDD用时间来分离收发信道的,在TDD工作模式下运行的通信网络,其接收和发送数据都使用同一频段但时隙不同.与FDD相反,TDD在进行非对称业务时的效率会较高.FDD和TDD的区别如图1所示.

图1 FDD与TDD的区别

2.3 基于卫星的互联网接入技术

卫星通信就是利用卫星、飞机、卫星地面站三者进行数据通信,比起ATG,卫星通信的优势就是其通信范围广泛,不受地域洋流等位置限制,可实现国际漫游.但是,考虑到国际航班上各个国家的频率有所不同,所以这也会造成在跨国切换信号时,机上的WiFi信号会出现中断或延迟的情况.而其缺点在本文上一章也提到过,其带宽低,传统的卫星通信只能提供窄带服务,通信带宽仅有864 kbps,通常在飞机上仅能提供收发邮件、网页浏览等简单上网应用服务.不过美国的航空公司正在与卫星巨擘Inmarsat展开进一步的合作,计划推出全球高速(GX)航空网络,将有望实现网速达50 Mbps的宽带通信.

基于卫星的机上无线网络系统主要由旅客移动终端、机上无线设备、机上卫星系统、同步卫星系统以及卫星地面基站和地面服务器组成,其使用的是现有的同步卫星数据交互技术,利用现有在轨Ku/Ka波段卫星,建设可为机载无线网络作为数据转发的中转站,基于卫星的无线网络的实现,是将成熟的卫星通信技术与无线网络技术按照飞机技术标准、运行要求以及客户需求进行改装,而太空空间的同步卫星除了可以继续使用现有的在轨卫星外,还将不断发射更为先进、支持更大宽带的吞吐量的卫星.

就此业内很多人士分析,传统Ku波段的带宽低或许不能满足长久稳健的发展.因而,高通量的Ku和Ka波段将是今后发展机载WiFi业务的主要技术支撑.相比Ku波段,Ka波段卫星通信采用高阶调制技术,基于Ka波段的卫星系统一般使用QPSK,8PSK,16APSK,32APSK等高阶调制技术,该技术有高频利用率以及高传输速率的特点.

3 结语

从目前发展态势来看,卫星通信已成为主流的航空客舱WiFi接入技术,不敢说ATG将被完全淘汰,但是其利用率肯定会越来越低.而卫星通信的Ka波段从带宽上看也是优于Ku波段的,目前中国上空的中星16号拥有着最大的Ka卫星容量,相信在不久的将来,高通量Ka将会满足中国区域内的民航需求.

[1]周红梅.SITA 2015 航空公司IT趋势调查[EB/OL].(2015-07-27)[2017-10-25].http://news.carnoc.com/list/319/319705.html.

[2]高宏伟."互联网+航空公司"的应用[J].中国民用航空,2015(12):41-42.

[3]中国互联网信息中心.第36次中国互联网络发展状况统计报告[EB/OL].(2015-07-23)[2017-09-25].http://www.cnnic.cn/gywm/xwzx/rdxw/2015/201507/t20150723_52626.htm.

[4]范翔.民航飞机客舱无线网络规划与设计[D].上海:上海交通大学,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

谢鸥(1993- ),女,四川绵阳人,硕士研究生;研究方向:计算机科学与技术.