产业观察：航空Wi-Fi群雄逐鹿，Ka能否一枝独秀？
作者 | 谢鹰
本文刊登于《卫星与网络》杂志2017年4月刊
重点速读
Ku技术成熟，但成本高昂；ATG技术成熟，但尚有政策瓶颈需突破；Ku HTS是未来时；Ka卫星虽已发射，但离机载设备商用仍有距离，同时也面临全球漫游问题；LEO尚有诸多不确定性。综合以上信息，航空互联网的技术选择随着时间推移更加扑朔迷离。
航空Wi-Fi群雄逐鹿 Ka能否一枝独秀
天地互联技术竞争态势分析
4月12日17时，长征三号乙型火箭将我国首颗高通量通信卫星实践十三号（中星16号）卫星顺利发射升空，中国从此迈入Ka高速宽带卫星时代，业内长期热议的航空Wi-Fi、列车Wi-Fi等卫星宽带应用也将从理论研究进入实际操作层面。笔者作为在这一行业潜心多年的资深业者，在中国第一颗Ka卫星升空之际，希望通过对目前几种主要航空Wi-Fi技术的梳理和比较，对天地互联技术的竞争态势进行简要分析，探讨在Ka背景下航天Wi-Fi的发展策略。
Ka卫星肇始于美国Viasat 2011年10月发射的Viasat-1，当时这颗卫星容量就超过了美国上空卫星宽带资源的总和，也是迄今为止单星容量最大（140Gbps）的卫星，从而开启了Ka宽带卫星快速发展的序幕。从美国地面宽带接入发力，到2015年进入航空互联网竞争，Viasat一路过关斩将，顺利拿下捷蓝航空、维珍航空、美国航空，使ATG霸主GoGo、Ku运营商GEE承受了巨大压力。Viasat卫星虽然很厉害，但其毕竟只覆盖于美国本土，在亚太区域尚未形成覆盖，中国的航空公司只能望而兴叹。
Ka卫星技术的成熟，使Inmarsat也从语音、低速数据应用，向卫星宽带演进，第五代海事卫星GXpress就是Ka卫星解决方案，不过Inmarsat仍然循规蹈矩，单颗卫星带宽只有4.5Gbps，但相比第四代海事卫星也已是数十倍的增加了。Inmarsat联合泰勒斯、霍尼韦尔发力航空互联网市场，但目前尚未在中国落地，据说专门服务于中国的第五颗GXpress卫星今年将会升空，可以想见，届时中国或许将出现Ku、Ka的混战局面。
此次发射的实践十三号卫星是中国发射的首颗Ka可商用卫星，虽然只有26个波束，尚未能覆盖中国全境，但其示范效应却是非常巨大的，毕竟20Gbps容量超过了中国上空现有可用容量的总和，未来还可能发射高达100Gbps乃至数百Gbps的Ka卫星，因为Ka频率相比Ku要丰富得多，横亘在航空互联网商用推广上卫星运营成本高昂的问题，呈现大幅下降的趋势和可能。
Ka卫星的优势是非常突出的，但在实际应用中也存在短板，首先是机载设备尚不成熟。从目前来看，此类机载设备基本还停留在概念阶段，尚没有可装机的成熟产品，可能一年以后才会出现能够装机的机载设备。其次是由于Ka卫星覆盖还不完善，初期采用Ka/Ku双模天线便显得十分必要。
相比Ka卫星的咄咄逼人，Ku卫星也不甘于毫无抵抗的俯首称臣，借助Ku卫星新老更替的契机，一些Ku卫星运营商，纷纷打起了Ku HTS的主意，也就是在发射老星替代卫星时，预留一部分频率，用于Ku HTS卫星，以此大大增加Ku卫星容量，直面Ka卫星的竞争压力。
在亚太上空比较典型的代表是亚太6号卫星，这颗2005年发射的卫星拥有12个Ku转发器，还有两年就将达到寿命终点，2018年将发射亚太6C卫星替代现有卫星。在卫星设计时，6C并未将亚太6号频率用完，预留了部分频率同轨位发射亚太6D卫星，该卫星采用Ku HTS技术，其带宽能力号称也能达到15-30Gbps。
当然相比年轻、频率丰富的Ka卫星，Ku HTS卫星受限于频率因素，容量增大的空间有限，但Ku最大的优势在于它面向成熟的Ku机载天线市场，Ku天线目前有松下航电、GEE、Aerosat、Tecom、GoGo等多家成熟的机载设备可供选择，只需将Ku机载天线部分部件进行替换升级就可以支持Ku HTS。这也让一部分选择了Ku解决方案的航空公司吃了颗定心丸——未来带宽容量是有保障的，尽管现在只有少得可怜的几百Mbps，但随着Ku HTS卫星的应用，还有十几Gbps的空间可与Ka的大容量在一段时间内保持竞争的均势。
不管是Ku还是Ka卫星，由于都是同步轨道（GEO）卫星，需要高增益的定向天线、天线伺服系统和天线尺寸，这个解决方案的改装成本相比其他方案都会高很多，有没有更优的解决方案呢？
20年前摩托罗拉错误决策上马的铱星通信系统，成为摩托罗拉倒闭的一个重要因素，但在公众市场铩羽而归的铱星通信系统，转战到航空等行业市场，居然生存了下来，目前正在向第二代铱星系统发展。中低轨（LEO）卫星开始让投资人产生遐想。当然20年前的铱星通信系统面向语音通信设计，基本不具备上网功能（只有9.6kbps上网能力），第二代铱星系统上网能力尽管提升了许多，但仍停留在1Mbps量级，基本无法在航空互联网中立足。
但应用LEO卫星解决航空互联网的构想从未停止，随着小卫星工业化、规模化生产，火箭发射循环使用（SpaceX）的日趋成熟,2015年美国创业公司OneWeb发出豪言，将发射720颗卫星构建面向全球宽带覆盖的LEO卫星网络，2017年初在获得日本软银第二轮投资后，号称要将卫星扩展到2000颗（分布于不同中低轨位），由于OneWeb卫星轨位在1200公里，相比GEO 3万多公里的轨道，其天线复杂度要远低于GEO。目前OneWeb已获得维珍航空、高通、软银等大资本青睐，预计2019年开始商业发射，2020年投入商用，OneWeb也与柯林斯签署了合作协议，由柯林斯提供机载天线开发。
OneWeb的卫星互联网“星座”计划
除OneWeb之外，还有Google的180颗LEO卫星计划（但据说Google已放弃了该计划）等，中国也有LEO星座计划，同时从铱星在中国的使用来看，OneWeb即使成功地进行商用，在中国能否落地仍是未知数，所以针对OneWeb的宏大构想，我们还是要审慎看待。
当然除了LEO解决方案，还有无人机解决方案，平流层气球方案，笔者觉得这些方案过于前沿，距离商业应用还有很长的路要走，这里就不再赘述。
ATG焕发青春
借助成熟通信网络仍具生命力ATG技术是航空互联网2009年在美国发展的最大动力，美国航空互联网主流仍然采用的是ATG技术，但当时的ATG网络采用的是3G的CDMA1XEVDO技术，而现在公众通信领域CDMA1X技术已是昨日黄花，由于GoGo只有3MHz频率，导致ATG仍然维持在3G状态，不断受到卫星业新的解决方案的挑战。GoGo只能拼命寻找新频率来升级ATG网络，但似乎GoGo ATG next G仍然在路上。
欧洲航空互联网市场一直不温不火，Inmarsat联合德国电信、泰勒斯、空客等在欧洲构建EAN（4G版的ATG）网络，采用Inmarsat拥有的S波段2*15MHz频率，预计2017年底建成，2018年投入商用，届时Inmarsat将在欧洲上空形成ATG+Ka解决方案。
我国自2012年以来，也有一些企业投入到4G ATG试验中，成功的在通用航空视频回传，民航飞机改装ATG，实现了部分航线实验飞行，但目前主要面临频率许可等难题。
基于LTE的ATG技术已经相当成熟，它的出现使一直飞速发展的平面移动通信网走向立体化，不仅民用航空、通用航空，就连无人机都将受益匪浅，大家试想，在未来立体网络下，百度、高德很可能变成3D三维导航，同时低廉的网络运营费用和便捷的飞机改装，也是各种卫星解决方案难以比拟的优势。ATG商用网络在亚欧大陆的实现也是具有现实性的。
由此，我们可以简单梳理一下欧美航空互联网的发展历程和发展态势：
ATG脱颖而出，迅速占领美国主流市场传统Ku卫星解决方案出现，与ATG升级版ATG-4（EV-DO RB版本，3G增强版本）解决方案同台竞争Ka横空出世，GoGo推出2Ku应对（2Ku介绍可参见关于机载卫星通信：频率、天线、发展趋势，你想知道的都在这儿！），Ka、Ku/2Ku、ATG-4形成混战局面。
展望未来，情况更加扑朔迷离，一方面美国ATG next G一直在努力，欧洲EAN悄然部署，很快进入商用；另一方面OneWeb LEO方案异军突起，欧美航空互联网竞争将更加白热化，谁能成为最后王者，一切还未可知。
中国航空互联网市场，一直处于不温不火的状态，原来只有ATG实验网，2014年以后传统Ku实验网得到大力推崇，随着前几天实践十三号的升空，Ka解决方案成为聚焦的热点，当然中国版LEO方案也一直在酝酿，Ku HTS 很快也会商用，几种技术之间的PK更加令人眼花缭乱，谁将最后胜出，众说纷纭，并无定论。笔者在此对上述几种技术的主要指标进行了比较（见下表）：
从上表来看，Ku技术成熟，但成本高昂；ATG技术成熟，但尚有政策瓶颈需突破；Ku HTS是未来时；Ka卫星虽已发射，但离机载设备商用仍有距离，同时也面临全球漫游问题；LEO尚有诸多不确定性。综合以上信息，航空互联网的技术选择随着时间推移更加扑朔迷离。但可以预见，随着2018年Ka机载设备的成熟和Ku HTS的卫星升空，一些航空公司的Wi-Fi战略将逐步清晰。
随着民航竞争、提高服务质量等需求，航空互联网的需求越来越迫切，航空Wi-Fi已经进入成熟阶段，将逐渐成为飞机基本配置，成为飞机传统IFE系统的替代者，体现出IFE无线化趋势。但天地互联技术随着技术发展，路径开始多样化，未来到底会以哪种技术作为主导，尚无定论，冷静关注显得尤为关键。
但可以明确的是，既然Wi-Fi是传统IFE的革命，在IFE无线化趋势中，可以先着手构建航空Wi-Fi开放的局域网平台，自营或者向社会开放航空Wi-Fi平台运营，积累航空互联网运营经验，待天地互联技术路线图清晰之后，再打通天地链路。两步走的策略不失为航空公司在Wi-Fi战略上进退裕如的上策。
在航空Wi-Fi局域网阶段，更多的需要关注飞机改装问题，选用集成化程度高的航空Wi-Fi解决方案，缩短改装工时，应避免将基础平台部署与未来运营进行强关联和捆绑，在航空Wi-Fi部署过程中，选择专业化航电设备和MRO单位，航空公司打造的航空Wi-Fi平台，可以自营或者面向社会招募平台运营商，由运营商向航空公司承诺服务，并支付平台使用费用。
作者介绍
谢鹰
老鹰漫谈坛主
深圳市多尼卡电子副总裁
20年的通信行业经验（通信规划、通信设计、技术研究、政策咨询、网络运行维护、客户服务、网络安全），见证了中国移动通信的兴起；2014进入航空互联网（跨界），3年以上电子制造，ATG运营，卫星运营和互联网业务运营经验。
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