新飞行模式 空中Wi-Fi是如何实现的？

　　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。

　　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35786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。但是，成也萧何败萧何，目前赤道上空有限的地球同步卫星轨位几乎已被占满，Ku频段的卫星轨位十分紧张，频段内的频率也被大量使用，逐渐变成了一条拥堵不堪的小路。通常意义上，Ku频段卫星数据通信能够提供50MB带宽，但由于在实际服务中会产生损耗，它能提供的最大带宽为32MB，仅可以允许机上100~200个人同时聊微信、刷微博，或是20~30个人同时观看网络视频。

　　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”。

　　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4GLTE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CDMAEVDO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4GLTE。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。

　　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。

　　文/王玉坤

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