国内外机载WiFi技术一览

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随着科技进步和人们收入的提高,越来越多的人出行选择搭乘飞机出行。然而目前大多数飞机上不能使用手机,使机上时光变成了"与世隔绝"的。使用笔记本电脑或平板电脑或移动终端通过无线宽带上网、移动办公、打电话发短信、网上冲浪娱乐已经成为很多航空旅客的迫切需求。
 
随着移动通信和卫星通信等技术的发展,在民航客机上为旅客提供语音和数据移动通信业务在技术已日趋成熟。近年来开发出了各种各类针对航空互联网接入技术,例如ATG、海事卫星、中低轨卫星、热气球、无人机等等,但这些技术都只是解决了飞机的地空互联的问题,真正面对航空乘客则是机载WIFI系统。   
 
客舱Wi-Fi系统看似简单,由于它拥有强大的计算和存储能力的机载服务器,它的出现就不再是简单的无线互联的概念了,它的出现使得IFE(机载娱乐系统)发生了革命性的变化,实现了由过去笨重的有线方式IFE向新一代无线IFEC的演进,客舱Wi-Fi系统出现使得航空公司过去传统纸介媒体广告、吊屏广告有了更好的载体。客舱Wi-Fi系统出现给客舱生态系统构建搭建了基础平台,成为航空公司改善客舱服务质量,提升乘客乘机体验有效载体。   
 
一、机载WIFI的系统构成   
 
机载WIFI系统的整个生态系统,由三个部分构成:机载硬件设备,通信连接技术,以及地面上的服务和支持的工作。   
 
机载硬件设备   
 
机载硬件设备主要由客舱服务器、天线和天线罩、以及舱内网络构成。其中客舱服务器主要负责天线与客舱无线网络之间的连接和关闭任务;天线安装在飞机外部从来发送和接受数据;天线罩一般采用空气动力学设计,用来覆盖和保护卫星通信天线;舱内网络设备则是创建了客舱内WIFI网络的室内设备,例如无线接入点、射频转换器等等。除了硬件本身,这些设备的安装、维护、网络管理和油耗等也是机载WIFI系统在飞机上实现功能的重要因素。
  
通信连接技术
  
目前机载WIFI可实现的技术有ATG(Air-To-Ground)和卫星通信两大类。其中ATG技术需在地面建立大量的中继基站,向在不同高度层中飞行的飞机提供宽带无线数据传输通道,但在跨洋飞行中不具备可行性;卫星传输技术得益于卫星较高的覆盖率以及供应商选择的多样性具备较高的可行性,目前主要的发展趋势为Ku波段卫星和Ka波段卫星。目前我国的卫星主要为Ku波段卫星,带宽资源不足以满足中等机队规模的使用,Ka卫星技术为真正的宽带卫星,一颗卫星拥有的带宽容量是Ku卫星的百倍, 国内卫星运营公司预计会在2017年-2019年期间发射,在三年后投入商用。   
 
据了解,全球有多达上百颗基于Ku波段的卫星为世界各地的用户服务,覆盖我国和周边地区的Ku频段卫星资源也非常丰富。    
 
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机载WIFI系统的地面上的服务和支持端包括地面站运营管理和数据中心系统。   
 
二、国际主要机载卫星通信系统及在机载WIFI系统中的应用   
 
海事卫星通信系统(Inmarsat)   
 
海事卫星从第一代演进至如今的第四代,已成为世界上唯一能为海、陆、空三大领域提供全球、全时、全天候公众通信和遇险安全通信服务的结构。海事卫星航空通信系统主要由三部分组成:卫星、地面站和机载卫星通信终端。  
 
Inmarsat公司最新的Global Xpress全球无线宽带网络的构建始于2010年,目的是在全球范围内提供了一种能够在卫星之间以及点波束之间无缝切换的连续通信服务Global Xpress网络的空间段包括3颗位于地球同步轨道的第五代Inmarsat卫星(Inmarsat-5)。Global Xpress系统的带宽使用成本小于现有的Ku波段VSAT服务。Global Xpress终端的成本比现有的Ku波段终端的成本低,又因为它工作在Ka波段,并覆盖全球,使带宽的使用更加高效、卫星资源的使用更加节省,从而能显著降低成本。   
 
霍尼韦尔的JetWave机载卫星宽带设备就采用了Global Xpress系统,该设备能够连接Global Xpress(GX)Aviation网络。JetWave和GX Aviation让乘客可以无缝连接机上无线网络,甚至在越洋航班上,乘客都能够浏览网页、收发电子邮件、实时更新社交媒体动态、在线观看视频等   
 
铱星移动通信系统(Iridium)   
 
铱星系统由79颗低轨道卫星组成(其中13颗为备份用星),66颗低轨卫星分布在6个极平面上,每个平面分别有一个在轨备用星。在极平面上的11颗工作卫星,就像电话网络中的各个节点一样,进行数据交换。铱星的下一代卫星系统 Iridium Next于2015年发射,同时保留现有的66颗卫星。铱星公司意在今后20年内与波音公司合作发射128颗铱星,从而将整个铱星系统使用寿命延长到2030年,并大大加宽系统通讯带宽,使数据通讯实现基于IP的点对点传输。    
铱星系统覆盖区域   
 
霍尼韦尔的Aspire 系列机载卫星通信系统是世界上性能最好的小型卫星通信系统。该系统分为铱星系统(Iridum)组件和海事卫星系统(Inmarsat)组件产品。   
 
国际通信卫星组织(Intelsat)   
 
国际通信卫星组织(INTELSA)是国际性卫星通信机构,由世界大多数国家出资设立,总部设在美国华盛顿,其宗旨是在全球范围内和一视同仁的基础上为世界各国提供高质量、可靠的公众卫星通信服务。Intelsat的HTS卫星系统由若干颗位于地球静止轨道的Epic系列卫星(如Intelsat 29e、33e等)构成,频段采用Ku,其中Intelsat 29e在2016年1月27日份发射升空,在3月28日完成在轨测试。Intelsat 29e卫星与Intelsat以前的卫星有很大不同,以前的卫星载荷是“硬连线”制造,卫星波束的联接方向和带宽分配在卫星发射后不能再调整。而Intelsat29e Epic卫星采用的是数字载荷,卫星上天后,在卫星的整个生命周期内可以根据地面通信需要的变化调整波束的带宽和波束联接。该系统的运行将为北大西洋的地区的机载卫星通信带来促进作用。    
 
目前,Intelsat已经宣布将为gogo公司的机载WIFI系统提供卫星通信连接服务。   
 
ViaSat宽带卫星系统   
 
2013年12月12日,美国Viasat有限公司宣布,已在捷蓝航空公司第一个航班飞机(空客320)上正式推出Exede空中宽带互联网服务,为乘客提供其承诺的下载速度12Mbps的高速宽带。基于Exede空中宽带服务使用一个创新的、高容量的Viasat Ka波段卫星系统,其服务品质和速度均超过其它航空公司目前在机舱的同类服务。该卫星系统使航空公司能够更经济的为航班上每位乘客提供一种持续的高速宽带服务。 
  
随着ViaSat-3号超高容量卫星平台的推出——由三颗ViaSat-3号卫星组成并配备最新型地面网络基础设施,美国卫讯公司重新定义了卫星在竞争激烈的宽带通信市场所扮演的角色。ViaSat-3平台是美国卫讯公司为实现其雄心而迈出的一大步。前两颗卫星提供的网络容量将超过当前约400颗商用通讯卫星总容量的两倍。该平台向每颗卫星提供超过1,000 Gbps或1Tbps的网络容量以实现高速互联网,包括大规模视频流。   
 
美国卫讯Exede空中服务计划项目计划在2016年之前完成近400架民航飞机Ka终端的装备,其中Ka机载终端的性能是保证该项目顺利实施的关键。美国捷蓝航空和美联航已经正式推出该服务,相关安装工程正在持续顺利进行。   
三、国内外机载WIFI市场现状及趋势   
 
目前,全新模式的客舱WIFI无线娱乐系统已经被全球大多数航空公司所认可,而且也都在集中采取以优化系统的方式来提高自身品质的模式。   
 
国外的机载WIFI项目,始于十年前的“波音计划”,随着各种通信技术、安全技术的成熟,近年来国外的机载WIFI服务覆盖面越来越广。目前,欧洲、美洲和亚洲等地的几十家航空公司已经安装了机载移动通信系统,并且均成立了专门的运营公司正式进入商业化运作。国外的机载WIFI业务资费有几种典型模式:免费使用:香港航空、Jetblue Airways、Turkish Airlines、北欧航空公司和挪威航空公司都为乘客免费提供机载WIFI服务。按设备流量计费:新加坡航空有29.29美元/26MB和11.95美元/10MB两种套餐选择;阿联酋航空和阿曼航空则按设备数量收取费用;西南航空按照每台设备8美元/天的设备。按月计费:US Airways、AirTran、Delta、Air Canada等航空公司的机载WIFI服务都采取包月或者包年的计费方式,价格在40~50美元/月不等。按小时计费:Virgin America、Etihad、汉莎、Gulf Air等航空公司用小时计费,资费在5~15美元/小时不等。   
 
根据国外有关机构的统计,截止2015年,全球装配机载WIFI系统的飞机有4000余架,其中北美航空公司的飞机超过80%,其次是中东航空公司和欧洲航空公司。另外根据统计,目前美国现已有超过71%的民航飞机完成了机载WIFI系统的安装,另外还有7%的民航飞机正在进行机载WIFI系统的安装。而美国以外的民航飞机这两组数据仅为13%和12%,可见目前北美地区是机载WIFI普及率最高的地区   
 
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图表:2015年全球装配机载WIFI系统的飞机数量占比  资料来源:Global Industry Analysts,Inc.   
 
根据预测,到2022年,全球装配机载WIFI设备的民航飞机将达到11000余架次,其中19%的飞机属于是亚太地区航空公司(2015年该数据为3%),相比2015年增长近17倍,其中以中国为主要增长地区。可见未来几年国内机载WIFI市场将有较大的发展。   
 
目前全球范围内能够提供具备航空资格、性能卓越的客舱Wi-Fi系统的供应商为数不多,主要包括松下航电、泰雷兹、罗克韦尔科林斯、霍尼韦尔、KID-Systeme、GEE、Gogo、Viasat等。其中,松下航电、泰雷兹、罗克韦尔科林斯、霍尼韦尔具备客舱娱乐系统(IFEC)的综合航电供应商,KID-Systeme、GEE、Gogo则是专门针对机载WIFI设备进行生产和装配的公司。Viasat则是主要经营卫星通信业务的无线网络技术公司。    
 
我国的民用航空机载移动通信刚刚起步,两种主要的技术手段(地空基站方式和卫星中继方式)都处于试验阶段,还未大规模应用。我国作为一个幅员辽阔、民用航空发达的国家,此业务的需求非常巨大。随着我国民用航空的快速发展,民航飞机数量、航线里程以及乘客数量都将增加,飞机上网的需求也会激增,发展机载公众移动通信业务会带来巨大收益。而在发展机载公众移动通信系统的同时,也需要对该系统在用频段和设台等方面做充分考虑,进行系统间和系统级的兼容共存研究,制定详细的标准和法规,以确保航空飞行的安全。   
 
目前国内航空公司如东航、南航、国航、海航、深航等已经推出了装配有机载WIFI 系统的航班,春秋航空在2015年7月下旬也宣布进入。国航则继续在飞机Wi-Fi砸下巨资,2015年7月28日国航发布公告称,将投入1.5亿元用于机上WiFi项目。相比国外飞机Wi-Fi,国内航空公司普遍采取的是对乘客免费的方式。一架飞机的WiFi改造成本在300-500万元左右,而且租赁卫星宽带资源花费也不菲,这意味着国内航空公司将采取向商家收费的方式来消化高昂的成本。   
 
相比国外的机载WIFI系统供应商,国内的机载WIFI设备厂商目前还处于起步阶段。主要企业有多尼卡、飞天联合、喜乐航等企业。除了多尼卡的机载WIFI产品具备一定的竞争力外,其它公司产品基本处于产品样机研发,离真正的商业装机,特别是在波音、空客飞机上装机距离还很远,这主要是由于航电产品安全高要求和适航取证的严格。因此面对未来国内快速扩大的机载WIFI市场,国外供应商的产品仍将是主流。 
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