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Ka时代 航空公司如何选择机上互联网系统

 2018-01-11 来源:民航资源网  [投稿排行榜]
2018-01-11 16:14:57

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  民航资源网2018年1月11日消息:机上WiFi已成为继机票价格、航班时刻后影响乘客选择的第三大因素。相关调查显示,在我国,超过七成的旅客表示坐飞机时的第一意愿就是能够上网,当飞行时间超过4小时后,这一意愿则接近100%。

  而中国空中网络的发展现状却是,至今仍然明显滞后于地面移动网络。究其原因,主要有二:一是受限于机上手机使用的禁令;二是受限于传统Ku卫星的资源不足。

  中国空中WiFi的技术走到哪一步了?不同类型的航空公司,又该如何选择机上互联网系统?今天,本文带您从专业视角,来一场空中WiFi的大探秘。

  空中如何连网?

  目前机上WiFi的技术途径大致分为ATG和卫星通信两种。ATG受地形和天气条件的限制较多,不能实现跨洋飞行,同时还受到国际电信联盟(ITU)没有针对性的全球频率规划限制,不同国家可用的频率非常受限(往往只有不到卫星通信频率的1/100),系统有较大的局限性。卫星通信则不受限于上述条件,是目前全球航空公司的主要选择方案。用于机载通信的卫星频率主要有L、Ku和Ka频段,在实际应用中,L频段多用于飞机驾驶舱(前舱)通信,客舱(后舱)宽带数据则主要通过Ku及Ka频段卫星实现。

  航司需求有多大?

  航空公司提供机上互联网服务,一方面提升旅客乘机体验、满足旅客连网需求,保障主营业务收入;另一方面通过机上网络提供更多的增值服务机会,增加辅营业务收入。在地面4G移动互联网时代,能够保证在机载环境下为旅客提供与地面无差别(至少性能接近)的网络应用服务是关键。

  截止到2017年4季度,中国运输航空公司数量已达到51家,其中客运航空公司43家,总飞机数量已超3200架。

  它们之中,既有传统的全服务航空公司,也有蓬勃发展的低成本航空公司。在选择机上互联网系统时,总体上都需要综合考虑机上互联网系统的技术路线,以及带宽能力、流量成本、网络覆盖、运营商服务等因素。

  而从机队规模超过700架的南方航空,到机队规模过500架的东航、国航等,再到首都航空吉祥航空等中小航空公司,春秋、中联航等低成本航空公司,甚至到刚有2架飞机的龙江航空,不同类型的航空公司在选择机上互联网系统时,又会根据自身的航线网络主业运营或者辅业收入需求,做出具体分析。

  新主流:Ka系统逐渐取代Ku

  目前,机载互联网系统大多基于Ku卫星网络,但随着Ka卫星网络的发展,Ka卫星逐步取代目前的Ku卫星为飞机提供网络服务,正成为全球航空业的新主流。相较于Ku卫星网络,Ka具有以下四个显著优势。

  优势一:带宽能力更强

  目前Ka高通量卫星网络可用频段宽,并采用了多波束等技术,可为每架飞机提供50-150Mpbs速率的带宽,通俗地说,有了Ka卫星,就相当于把4G这种速度的网络搬到了飞机上,乘客在飞机上也能享受到和地面4G网络相当的上网体验。而传统Ku卫星网络仅能为每架飞机提供5-10Mpbs速率带宽,约为Ka的十分之一,网络体验仅相当于地面的2G/3G。

  全球Ka高通量卫星容量仍在快速增加中,下图可以看到,2017年全球提供的Ka高通量卫星容量已经超过1000Gbps,预计2020年全球Ka卫星容量超过2700Gbps,远远高于Ku卫星容量。

  优势二:网络覆盖更广

  传统Ku卫星网络经过多年发展,且均采用大波束覆盖,卫星数量多、覆盖规模大。但随着技术的成熟,各大卫星运营商均开始转向,在Ka高通量卫星资源上加大了投入。例如,Inmarsat I5星座四颗Ka HTS卫星已全部发射完毕,完成了全球组网覆盖,ViaSat 3全球组网星座目前正按计划推进。中国亦是如此,我国首颗Ka高通量卫星-中星16号已成功发射,覆盖大部分国土面积,2019年中国还将发射中星18号Ka卫星,与中星16号一起覆盖全中国及周边国家,提供32Gbps的高速率机上互联网接入和广域覆盖。

  未来3至5年,中国还将发射至少3颗Ka高通量卫星,规划总容量超过400Gbps,远超现存和未来3年规划发射的Ku卫星容量。2017年10月的“中国卫星应用大会”更是透露信息:随着中国“一带一路”战略的深入发展,未来3至5年,中国卫星运营商将规划发射覆盖“一带一路”国家甚至全球的高通量Ka卫星星座,以满足大交通行业,特别是民用航空行业的全球航线网络覆盖需求。

  优势三:带宽成本更低

  据全球已经提供的Ka高通量卫星运营商数据,Ka卫星带宽成本已经快速下降为2百万美元/Gbps,为传统Ku的1/100、Ku-HTS的1/10。从长期来看,更加有利于航空公司机上网络的持续运营和商业模式的建立。

  优势四:运营商服务更优化

  传统的Ku卫星资源基于其大覆盖波束的特性,主要提供卫星广播业务及低速率的数据服务。Ka高通量卫星则从设计阶段就面向宽带数据应用,地面关口和运营系统更做了许多针对IP数据流量的优化,可更高效地协助航空公司实现终端系统、用户、流量等个性化的管理需求。

  综上不难看出,相较于Ku频段,Ka频段应用前景更加看好,更适合绝大多数航空公司的规模化应用和可持续运营。

  窄体 vs 宽体:区域Ka HTS vs全球Ka HTS

  航空公司不仅机队规模有大有小,飞机机型也有差异。以窄体机为主的机队和以宽体机为主的机队,在选择机上互联网系统时,又有什么分别呢?

  这就涉及到Ka高通量卫星(HTS)的两个大类:区域Ka HTS和全球Ka HTS。

  区域Ka HTS的典型代表是Viasat和Jupiter,覆盖北美区域航线为主(最新投入服务的ViaSat-2号也覆盖北大西洋航线);全球Ka HTS则以Inmrasat I5星座为典型代表(如图)。

  区域覆盖的Ka HTS主要覆盖以陆地为主的热点区域,因此网络容量很高,像ViaSat和Jupiter的几颗星都在百Gbps以上,更适合国内及区域航线(窄体机为主),可以获得良好的接入速率和较低的带宽成本;而全球覆盖的Ka HTS由于覆盖了相当部分的海洋区域,更适合长航线飞行(宽体机为主)、船载等其他行业应用。

  2017年中国卫通发射的中星16号就是典型的区域Ka HTS,其针对中国航空公司窄体机队,将提供大容量机上互联网带宽能力。

  不可忽视的兼容问题

  需要特别指出的是,按照目前的卫星通信网的技术体制,无论基于Ka还是Ku频段,机上互联网络的机载系统与地面系统之间,都需要采用一致的空中接口技术系统。也就是从业者俗称的,猫(modem)和主站(Hub)需要兼容。

  不可忽视的兼容问题,使得空中WiFi的技术选择需要兼顾多种因素,特别是卫星网络演进到HTS卫星之后,多星多波束及不同位置下的空间资源统一管理、多终端的带宽分配管理、NOC对VNO的支持、二次开发的接口支持等问题,都成为了技术考量的重点。特别对机载行业应用来说,快速自动的跨波束切换,跨星和跨运营商的漫游更是成为了最受关注的突出问题。

  解决这个问题的通常办法,是地面系统和机载系统使用相同的空口技术。

  这就可以解释为什么在传统卫星通信里面应用相当广泛的Comtech等产品,有着优异的载波解调性能,但在机载通信的行业里迄今并无建树。这就好比在地面移动通信网络产业里,很多参与方包括科研院校都可以研制出OFDM接收机,但是能推出4G商用系统包括终端的还是熟悉的那几家。

  下表列出了在海外机上互联网行业发展历程中,已经或即将被网络提供商采用的技术。目前已经进入批量运营(被HTS卫星运营商所采用)的成熟系统提供商主要有Idirect、ViaSat(卫讯)等。最近也有新的供应商Newtec和Gilat尝试开发相关系统以适应机载应用的要求,但目前为止还没有规模应用。

  机上互联网的系统提供方

  在目前机上互联网的产业链里面,为航空公司提供服务的主要是系统提供方和上文提到的网络服务商。

  传统的Ku系统提供方中,PAC会自研部分设备,而GoGo基本上是将设备交由其他设备厂商定制开发。

  更多的航空公司已经选择或正在考虑转向的Ka高通量卫星系统。2014年ViaSat开始提供基于区域Ka的网络服务,主要集中北美及北大西洋区域,ViaSat自身负责机载Ka系统提供。

  Inmarsat 2016年正式推出面向全球覆盖的Inmarsat GX Aviation网络服务,根据协议,机载系统硬件设备由Honeywell研发,Thales等各增值分销商向航空公司提供机载Ka系统和服务。

  我国国产机载Ka系统提供商也在快速成长。其中飞天联合作为国产自主研发供应商的代表,于2017年4月汉堡AIX展会上正式发布了自主研发的对接中星16号Ka高通量卫星的机上互联网系统--XstreamSat,并在9月完成了和中星16的地空连接测试。据悉,其硬件设备采用Ka/Ku双频段设计,可兼顾航空公司跨洋飞行的切换需求。

  图:飞天联合支持中星16号Ka高通量卫星的机上互联网系统——XstreamSat

  中国民航局已将“实现空中接入互联网”列为2018年工作重点,飞机上使用手机的官方禁令解除,Ka卫星天地互联正式投入商用……种种迹象都在给出同一个讯号:中国机上互联网有望在2018年迎来强势崛起。

  本文通过技术角度,试作分析,寄望与行业同仁一起分享趋势变化,紧握产业机遇。可以看到的是,产业技术路线上,中国的机上互联网跨越欧美国家走过的ATG(包括宽带ATG)、Ku和Ku HTS技术,从Ka高通量卫星阶段高水平起步,机会巨大。中国空中WiFi的规模建设和运营,必将腾跃而起,领跑全球。

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