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飞机上能玩手机了,但你知道空中Wi-Fi是怎么实现的吗?

2018-03-13 09:16:43 来源:腾讯科技 手机端入口

在所有的出行方式中,飞机可能是唯一让人有 "与世隔绝" 感的。在万米高空飞行的几小时中,不仅耳膜遭受着气压的“迫害”,上厕所不方便,还不能用手机来打发这无聊的时间。坐飞机时可以不关机,曾是众多手机依赖症“患者”的梦想,如今,梦想变成了现实。

2018年1月16日,中国民航局也公布《机上便携式电子设备(PED)使用评估指南》,意味着飞机上WIFI服务全面启动。随后,国内各大航空公司先后跟进,开放“空中Wi-Fi”业务,乘客终于能够在飞机上发微信、刷微博。那么,飞机Wi-Fi上网的原理是什么,目前的体验如何?MC为你细细道来。

实现空中Wi-Fi的基本原理

飞机飞行在万米高空,当然不可能像地面通信那样,牵着一根光纤宽带到处飞。在乘坐提供空中Wi-Fi服务的航班时,乘客首先需要在开启飞行模式下连接飞机上安装的“路由器”,再通过空地通讯设备连接互联网。这其实很好理解:地面Wi-Fi依然是有线的,而空中Wi-Fi才是真正的无线上网。这其中的关键,就在于空地通讯。基于卫星和基于地面基站仍是目前实现空地通讯的主要方式。具体来说,一种是通过卫星方式实现地空通讯,另一种则是基于ATG(air to ground地面基站方式)实现地空宽带通讯。

空中Wi-Fi的ATG基站方案示意图

连接地面ATG基站,顾名思义是在飞行航线途经的地面上部署基站,利用这些地面基站向空中的飞机发射信号,与飞机连接。由于每个基站覆盖的范围有限,因此需要沿线部署多个基站进行“接力”传输。该模式的优点是运营成本较低、网络带宽大,承载人数多。

这是由于ATG诞生之时,3G技术已经问世,因此ATG也被视为地空宽带通讯——其下行带宽可达3.6Mbps,上行带宽也可达1.8Mbps。缺点是对飞机的航线有较高要求,不仅飞行高度不能过高(太高收不到地面基站发射的信号),而且会受限于地面基站的分布,如无法进行越洋、跨国的部署,且基站建设维护成本较高,仅适合于国土陆地面积较大的国家。目前,美国9家航空公司的1500架班机均是利用该通讯方式实现空中Wi-Fi。

在ATG基站方式不堪大用的情况下,基于卫星通讯的方式虽然成本更高一些,但依然获得了许多航空公司的青睐。这种方式下,飞机通过安装在机身顶部的天线,连接位于地球静止轨道上(离地面35,786公里)的卫星,以此向地面基站收发信号,进行数据通讯。和ATG基站方式相比,其优势是通讯范围广泛,可实现国际漫游。在实际应用中,考虑到各国频率不同,跨国飞行的国际航线并不能实现全航程的同频率覆盖,切换信号时常出现信号延迟或中断。

卫星通信使用到的频段有很多,最常用的频段是C(4-8GHz)和Ku(12-18GHz)频段。这其中,Ku波段卫星单转发器功率一般比较大,再加上Ku波段接收天线效率高于C波段接收天线,因此接收Ku波段卫星信号的天线口径远小于C波段,具有频率高、增益高、天线尺寸较小、便于安装等优势,从而可有效地降低接收成本,方便个体接收,是目前空中Wi-Fi比较常用的卫星通讯方式。

普通飞机需改装

航空公司想要拓展空中Wi-Fi业务,就必须针对现有飞机进行改装,视空中Wi-Fi实现方式的不同,改装机载设备也有所不同。基于ATG基站方式,需要在机腹安装专门接收地上讯号的天线。而国内普遍采用的Ku波段卫星方式,则需要在机身顶部加装由玻璃钢整流罩盖住的卫星接收天线,飞机内部还要安装相应的控制器、文件服务器以及多部无线网络热点设备。有数据显示,在飞机上安置天线与发射器,每架飞机的设备改造费用大约在70万美元左右,约合450万元人民币。

网速慢、限制多 首尝螃蟹体验差

允许飞机上使用手机,是航空服务一大进步,也是与时俱进。目前,国内各大航空公司的空中Wi-Fi业务均处于起步阶段,能够提供Wi-Fi上网的航班在整体机队中占比低,且多数航班设定了使用设备限制,比如东航规定每个航班只开放100个使用名额。同时,不管采用哪种通讯方式,空中Wi-Fi都存在接入数据速率低、延时长的缺点。在高速飞行中,信号不稳定,上网速度也难以保证。

在东航解禁手机使用后,就有不少网友尝了鲜。针对空中Wi-Fi的实际体验,有少数网友表示通过手机浏览器打开网页很困难,微信聊天只能收发文字,当然更不可能观看和传送视频了,甚至发一张图片或一封邮件耗时需要几分钟。也有网友表示,空中Wi-Fi的网速并不是一直很慢,网络状态时好时坏,偶尔能够很顺畅地刷朋友圈和微博。当然,还是有许多网友表示很幸福,至少“飞行模式终于派上用场了”。

各航空公司都在大力推广空中Wi-Fi新业务

另一方面,从航空公司的空中Wi-Fi测试数据来看,其上网速度又是另一回事。中国航空公司此前的一些测试中,曾获得下行9.3Mbps、上行1.52Mbps的传输速率。海南航空某测试航班也收获了上行带宽达到了12M以上的成绩。可见,空中Wi-Fi的上网速率与使用人数密切相关。由于卫星通信的带宽有限,使用空中Wi-Fi的乘客越多,每位乘客可获得的无线带宽就越低。假设在一架可容纳180人的Wi-Fi航班上,只有30~40人使用空中Wi-Fi,每人分配到的带宽足以正常地收发微信。一旦机舱内大部分乘客或全员无线上网的话,每个人分配到的带宽就捉襟见肘,上网体验也必将大打折扣。

过去,飞机上禁止手机开机,正是出于飞行安全的考虑,而在开放空中Wi-Fi业务后,不少乘客也考虑到是否安全这一问题。目前国内飞机上的无线网络系统,经过了国家工信部严格的测试和认证,已经取得了国内、外民航主管部门的认证批准,并且设置了重重的防火墙以阻挡黑客入侵,做好了各种防护措施以确保安全。此外,该系统与飞机上用于飞机导航、操纵的其它电子系统在物理上是分别独立的。同时,手机在开启飞行模式下使用Wi-Fi网络,所发射的信号频段远远高于航空信号用的118MHz频段,理论上是不能干扰到一起的。

提升体验还需新技术支持

从目前来看,不管是ATG基站方式还是Ku波段卫星方式,空中Wi-Fi都存在着极大的局限性。3G时代下诞生的ATG基站方式和传统的卫星技术难以满足乘客高速上网需求,面临着升级换代。在即将迎来5G的今天,空中Wi-Fi顶多只实现了3G网络的水平。为了破解瓶颈,网络运营商和航空公司正在探索百兆带宽空中Wi-Fi的推广可能。

在ATG基站方式上,我国正在加快部署更加先进的4G LTE技术ATG通讯。通过定制的无线收发设备,沿飞行航路或特定空域架设地面基站,并向高空进行覆盖,从而可为不同高度层航线的飞机提供100Mbps以上(理论)的无线数据带宽,相比CDMA EVDO技术下的理论值(下行带宽3.6Mbps,上行带宽1.8Mbps)高出数十倍。

而在卫星方式上,Ka频段卫星通信比Ku频段卫星的带宽容量大十倍,具有覆盖范围更广、连通带宽更大、速度更快、信号更稳定等特点,将成为未来高通量航空带宽的发展方向。据悉,每架基于Ka卫星的空中Wi-Fi飞机,都将拥有超过100Mbps宽带接入能力,乘客体验可直接对标地面4G LTE。这将大大解决现有Ku卫星接入带宽不足的问题。与此同时,对航空公司而言,Ka流量成本仅为传统Ku的1/5甚至更低,更有利于空中Wi-Fi的规模运营、持续运营。就在1月23日,我国首颗高通量通信卫星实践十三号在轨交付,正式投入使用。据了解,2018年底,适用于实践十三号卫星采用的Ka频段机载终端有望在民航客机上试飞,空中Wi-Fi网速变快指日可待。

免费试吃,商业化即将到来

不论是现有飞机的改造,还是今后为提升体验不断投入,航空公司和空中Wi-Fi运营商都将为此付出巨大的成本。在商业模式上,国内空中WIFI服务目前均处于业务试验阶段,充当“小白鼠”的乘客暂时可享受免费的“午餐”。东航和南航就标明空中Wi-Fi的价格为258元,目前只需提前申请,获得体验名额后即可免费使用,国航、海航的空中WiFi目前不收费。

2017年4月12日,我国首颗高通量通信卫星(HTS)实践13号用长征3号乙运载火箭成功发射升空。

美国空中Wi-Fi供应商GoGo公布的数据显示,传输数据到飞机上,每传输1MB字节成本大约是20美分,传输1GB数据的成本大约是200美元。免费很难支撑起空中Wi-Fi的未来,商业化才是未来趋势。国际上,虽然也有航空公司免费提供,但是大多航空公司都收取服务费。各国航空公司空中WiFi收费模式主要有按航段、流量、使用时间、设备数量和内容点播以及24小时共享模式收费,也有包年和包月的计费方式。

当然,羊毛不一定需要出在羊身上,除了直接向乘客收取高昂费用外,运营商和航空公司也可能考虑在空中Wi-Fi中接入广告,或是与电商平台合作,开拓空中购物消费模式,这将是一片新的蓝海。

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关键词: 空中Wi-Fi

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