飞机上终于能开着手机连 Wi-Fi 了，它背后的技术原理是什么？
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作者简介：互扯程序，某互联网公司 P8 级专家攻城狮，曾参与过央视全台网的研发工作。目前正在做车联网项目的云平台的架构设计与研发工作。平时喜欢打球游泳，偶尔发表一些技术文章，有个公众号叫「互扯程序」。
写在前面
在所有旅行方式中，飞机可能是最让人有“与世隔绝”感的一种。除了要在天上飞很久以外，吃了难吃的飞机餐，上厕所也要排长队，耳朵也受气压的影响，跟塞了棉花似的。除了这些，最不能忍受的就是不能玩手机。
尤其是一些大忙人或者重度网瘾患者，几个小时的航程，不能发微信，不能刷微博，不能……，简直如同坐牢一样煎熬，如坐针毡。
为什么飞机上不能开手机呢？
原因是因为现有手机通信是所谓移动通信体制，发射信号需要有基站，但现在飞机机舱内尚未配备。如果不关闭手机或接打电话，需要手机用最大功率寻找基站，这容易导致个别工作异常的手机产生对飞机有害的干扰信号。
飞机上通信导航系统要接收数百公里以外的信号，系统灵敏度特别高，即使是十分细微的干扰也会对飞行安全产生极大的影响。
你们有没有注意到，当手机信号不好的时候，耗电特别快，就是因为它一直在用最大功率寻找基站所消耗掉的。
解禁
然而，就在 2017 年的 9 月份，中国民航总局通过了新条例，允许各家航空公司自行制定“机上通信器材管理条例”。
1 月 18 日凌晨 00：16，东航 MU553 航班，从上海浦东飞往巴黎，成为国内民航首个全程“空中开手机”航班！而入南方航空、厦门航空、山东航空、春秋航空等也都陆续宣布允许乘客在飞机上使用手机。虽然手机是能开机了，但必须设置为“飞行模式”，手机的飞行模式终于可以派上用场了，那既然是飞行模式，又如何刷朋友圈呢？那就要进入本文的重点了“空中 Wi-Fi”。
空中 Wi-Fi
目前飞机上所支持的手机通信业务主要是基于 Wi-Fi 连接的数据业务，有部分航班已经提供机上 Wi-Fi。
通常采用两种方式：
一是通过机载通信设备连接地面的 ATG（空对地）基站；
二是通过机载通信设备，转接 Ka/Ku 频段卫星，再连接到地面通信网络（重点介绍）。
卫星频段
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，Ka（26.5-40GHz）频段是后起之秀。C 频段用于卫星固定业务，通常 6/4GHz 表示为上下行频率；Ku 频段用于卫星固定业务及直播卫星业务，最常使用 12-14GHz（14/12GHz）。
C 频段
C 频段是频率从 4.0- 8.0GHz 的一段频带，作为通信卫星下行传输信号的频段。使用比较早，频率低，增益也低，天线口径较大（通常 1.8 米以上）。虽然相对其它频段遭受地面微波等干扰的几率大些，但其雨衰远小于 Ku 频段，更远远小于 Ka 频段。更适于对通信质量有严格要求的业务,比如电视、广播等。
暴雨情况下，C 频段最大雨衰一般在 1dB 左右，即信号功率衰减不会超过 1.5 倍，而 Ku 频段则会超过 100 倍以上，信号会被暴雨衰减殆尽。
Ku 频段
Ku 频段下行从 10.7 到 12.75GHz，上行从 12.75 到 18.1GHz。Ku 波段卫星单转发器功率一般比较大，多采用赋形波束覆盖，卫星 EIRP 较大，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 波段卫星节目的天线口径远小于 C 波段，Ku 频段频率高、增益也高，天线尺寸较小，便于安装，从而可有效地降低接收成本，方便个体接收。
Ka 波段
Ka 波段的频率范围为 26.5~40GHz。Ka 波段最重要的一个特点是频带较宽，因此，Ka 频段卫星通信系统可为高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输、高清晰度电视（HDTV）、卫星新闻采集（SNG）、VSAT 业务、直接到户（DTH）业务及个人卫星等新业务提供条件。
Ka 波段的缺点是雨衰较大，对器件和工艺的要求较高。在 Ka 波段频率下，用户终端的天线尺寸主要不是受制于天线增益，而是受制于抑制其他系统干扰的能力。
C 和 Ku 频段的频率工作范围相对有限，且目前赤道上空有限的地球同步卫星轨位几乎已被各国占满，C 和 Ku 频段的卫星轨位十分紧张，这两个频段内的频率也被大量使用。而 Ka 频段的频率工作范围要大数倍，有广泛的应用前景。由此看来，如果说 C 和 Ku 频段像两条拥堵不堪的小路，Ka 频段则如同畅通无阻的高速公路。
如果将信息比作乘客，载波比作汽车，频段就像通信两端之间的公路。频段的范围就相当于公路的宽度，直接影响到信息传输的速度和数量。
能上网了，打电话还远吗？
实际上，飞机上是可以打卫星电话的，但因收费昂贵，因此无法普及。
在 4G 移动通信系统中，话音业务也正在逐步 IP 化，变成一种低时延的数据业务，例如 VoLTE 技术（即用数据通道传输语音）正在普及。可以预见，如果有较好的商业前景，随着 5G 移动通信在未来 5-10 年的普及，机上数据通信速率的大幅度提高，在飞机上打电话也应当会成为现实。
在飞机上打电话，需要在飞机上装很多相应的设备，最关键的是要有一个飞机到地面的电信级的网络设备，额外建立一个全国性的移动通信网络，成本很高。
从技术上解决飞机上低成本打电话，还有很多技术难题需要解决，我们继续期待吧。
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