民航客艙通信的戰略選擇

當今世界，信息通信技術的發展變化牽動着人類社會運轉的每一根神經，是時代進步的重要標誌。在我國信息通信業以5G發展和互聯網應用爲主要標誌居於國際領先地位的總體態勢下，民航客艙通信成了少有的窪地。

目前全球有超過一萬架民航客機安裝了機上互聯網設備，滲透率爲39%，美國的滲透率則在70%以上。而民航局發佈的《2020年民航行業發展統計公報》顯示，中國11家航空公司213架客機客艙實現了空地互聯，僅佔國內民航機隊總規模的5%。

如何讓民航旅客在飛機客艙裡獲得與城市地面相當的通信體驗？概括起來可以有兩種技術選擇。一種是ATG（Air To Ground），即所謂空地無線通信網絡，一種宏蜂窩結構的陸基移動通信網絡，其基站沿航路架設，採用專用頻譜，受地面核心網控制並與移動通信網連接，通過機載ATG系統爲空中飛行器提供與地面網絡之間的無線通信鏈路。另一種是衛星通信（SATCOM），即利用高、中、低軌通信衛星波束，通過機載IFC（Inflight Connectivity）系統提供空中飛行器與地面網絡之間的無線通信鏈路。ATG或衛星通信系統實現空地互聯，旅客則利用客艙WiFi接入互聯網。

就客艙通信服務而言，ATG的商用較早，第一個實現全境有效覆蓋的數字寬帶網絡由當時全球最大的機上寬帶運營商Gogo公司2009年在美國建成，採用中興公司爲其定製開發的CDMA1X-DO地面系統。在歐洲也有運用ATG的歐洲航空網（EAN）部署。我國自2010年開始ATG應用的探索。2011年11月，國航在北京飛往成都的一架A320飛機上進行了機上局域網測試；2013年2月，海航在北京至西安HU7137航班上啓動空地互聯測試飛行，上下行帶寬達12Mbps；2014年4月，國航在北京至成都航線上啓用“空中寬帶”系統。中國電信集團與航科院和航廣衛星合資成立了“天翼智慧航空科技股份有限公司”，已着手建設全球首張5G ATG商用網絡，據稱採用航空移動頻率DME+電信頻率混合組網，通過地面基站、機載接收機及艙內WiFi等設備，可使每架飛機擁有200+Mbps寬帶接入能力，目前已開通北京至成都、上海、廣州三條試驗航線，2021年該網將覆蓋全國。中國移動集團上海研究院2020年11月宣佈推出中移九霄5G地空通信平臺，通過定製5G機載系統提升網絡性能，採用100MHz頻譜，實現下行峰值速率800Mbps，上行峰值速率150Mbps；定製5G基站系統單站最大覆蓋半徑300Km，移動性支持1200Km/h。但同時表示這是全球首套端到端5G地空通信試驗系統，系統建設和最終商務落地過程中還有很多問題需要解決。實際上，中移上海研究院正是中國移動全資子公司中移智行網絡科技有限公司的上級單位，該公司還是“飛聯網”聯盟發起者。

藉助衛星的客艙寬帶通信服務始於2012年Ku衛星IFC方案在美西南航空公司落地。此後更迎來了Ka高通量衛星的規模應用，以至於一批已經使用ATG系統的機隊也改弦更張，加入了衛星IFC方案的行列。在歐洲，大部分寬體機採用了衛星IFC方案，部分窄體機則加入了基於S頻段的歐洲航空網（EAN）。我國衛星IFC解決方案的起步與歐美差距不大，但限於多種原因，應用發展較慢。2014年7月，一架經過改裝的東航空客A330-200飛機往返於京滬之間，利用Ku波段衛星傳輸的信號實現了空地互聯，進入商業測試階段。報道稱每個乘客可用的最大帶寬是2Mbps，網絡下行速率可達32Mbps。隨後，東航約100架寬體機利用Ku波段衛星開通了機上互聯網，國、南、海、廈等航司的寬體機隊也有所動作，形成了目前我國機上互聯網服務的主要部分。2017年4月，我國首顆高通量Ka頻段通信衛星（HTS）發射成功，爲航空互聯網寬帶化發展提供了基礎條件。2020年7月，我國發射首顆高通量Ku頻段通信衛星亞太6D。2020年7月，安裝在青島航空QW9771航班客機上的國產首套Ka頻段高通量衛星機上互聯繫統投入商業運營，成爲中國民航互聯網寬帶化應用的新起點。2017年2月，隸屬中國聯通集團的聯通在線與悅航陽光網絡和成都海特凱融合資成立聯通航美網絡有限公司，爲客戶提供專業的天地海一體寬帶衛星互聯網和遙感大數據應用服務。

2020年12月，中國電信集團、東航集團和上海均瑤集團宣告成立空地互聯網絡科技股份有限公司，旨在合力打造“航空互聯網綜合解決方案供應商”。2021年4月，國資委發佈公告，正式組建中國衛星網絡集團公司，將促使我國衛星通信的發展進入快車道，直追世界先進水平，更加有利於基於衛星的寬帶機上互聯網服務。

總體來看，民航客艙通信需求集中體現在與地面相當的寬帶機上互聯網服務上。隨着信息技術的創新發展，無論是ATG還是衛星IFC方式，都在不斷迭代演進，克服自身缺陷，貼近數字化、網絡化、智能化，提升服務質量和服務水平。政府主管部門、航空公司、基礎電信運營商、系統集成商、服務提供商和航電設備製造商爲此付出了艱辛努力。兩種方式在航空互聯網發展中誰佔上風，哪一種更可持續，已經不再是簡單的、靜態的技術選擇。

從發展的眼光看，ATG利用具備軟件化、雲化、服務化特徵的5G移動通信技術實施系統升級，實現低時延、高可靠、大帶寬的服務需求，值得期待。但機載系統能力與地面網絡的匹配水平，以及一直困擾運營單位的頻譜資源可能讓期望值大打折扣。雖然相控陣天線可以使情況有所改善，但成本代價和成熟度的障礙又使其目前無法直接投入商用。同時，由於是陸地基站組網，對國際航路尤其是海洋的覆蓋也是ATG技術的短板，後疫情時代窄體機飛國際航線和跨海航路的比例加大，佔比甚至超過30%，就決定了該方案不可能充分滿足機上互聯網對所有航線全程可用的需要。但也正因爲是陸地基站組網，投資及產權管理邏輯清晰，基礎電信運營商自認爲責無旁貸。陸地移動通信相對低廉的總體資費水平則是航空旅客可以分享的紅利。

衛星通信有對地球表面無障礙覆蓋的明顯優勢，具有多點波束、頻率複用及高波束增益特性的高通量（HTS）衛星的出現及其快速技術迭代，使單星容量有望高達1000Gbps，從而有效破除或緩解以往L波段和Ku波段的帶寬瓶頸。過去機載IFC設備及機載WiFi設備被歐美企業壟斷，導致飛機改裝成本明顯高於ATG方案，但目前國內企業自主研發的上述系統軟硬件均已具備商用條件，已成功運營近1年的青島航空高通量衛星互聯飛機就是採用全套國產機載IFC航電設備，今後成本問題將得到改善。除目前應用的同步軌道（GEO）衛星外，國內外蓬勃興起的低軌道（LEO）、面向全球覆蓋部署的衛星星座，有可能伴隨一系列新技術的集羣涌現而成爲未來6G實現地空天一體化無縫連接的主要新生力量，當然也會給航空互聯網的進步帶來極大的想象空間。伴隨衛星資源的不斷豐富及網絡融合的深化，還有望化解衛星通信資費偏高的困惑。

如上所述，一方面是航空互聯網有關各方業已付出的努力，一方面是相關技術的迭代變化，一直瞄準觸發在即的我國航空互聯網超常規迅速發展的歷史機遇。面對時不我待的市場窗口期，可以考慮儘快推進部署航空互聯網，搶佔行業先機。鑑於目前在軌的中星16和亞太6D兩顆高通量衛星的通信總容量已達20+50Gbps，2022年還將發射100Gbps容量的中星26，這三顆星將覆蓋包括中國全境在內的亞太大部分地區，再加上可利用的國外高通量衛星資源，採用衛星通信方式只要集中精力完成適航的機載互聯網系統安裝即可，而ATG方式在此之外先要建設覆蓋全國的地面網絡，涉及到時間和成本問題，並且不支持跨國和跨海航線。這是決策時要注意的。

在沒有足夠運營案例擁躉的情況下，兩種技術方案的實施者都難以證明自己完全正確。由此看來，理想的選擇似乎是ATG和衛星通信在技術標準上相互靠攏，達成面向航空器端口的一致，航空器機載IFC系統也向一套設備同時滿足兩種信源要求的方向演進。事實上，無論這種設想是否合理，都存在時間、成本、裝機衝突等問題。且不說研發和適航取證，機載設備裝機後往往需要穩定使用5-10年，我們只能依託現有的成熟適航產品先幹起來。當然，現實情況可能演化成兩種技術同時存在，發揮各自的長項，在協同與競爭中發展。這多少有點兒類似於當年的GSM與CDMA，到3G時期實現了兩種技術的融合。這裡還有一個重要因素，在數字化、網絡化、智能化的科技與產業變革浪潮中，民航客艙通信的進步不可能是孤立的，它僅僅是智慧民航建設中航空電子的一個細分領域。我們在考慮其技術應用時，還要顧及與機載IFC相關聯的前後艙其他應用場景。聯想到汽車電子的發展歷程，從汽車音響開始，向汽車的各部分滲透，直到當今汽車的概念都因此發生了逆轉，由簡單的交通工具演化成爲移動互聯終端，其實質是汽車中電子技術及裝備的比重不斷加大。航空電子會不會以相似的路徑發展，我們無法確定，但其發展前景遠大，應有所思考、有所準備。

發展民航客艙通信的另一方面是投資與運營模式的選擇，目前在國內還沒有看到比較成熟或穩定的機制。就投資而論，從產權清晰、有利於統一規劃、統一管理的角度考慮，顯然是機載設備由航空公司投資最爲簡單，至於具體的資金來源則有靈活的空間，但前提是航司主導。如同衛星資源由衛星運營商主導投資一樣，ATG方式下的地面網絡應由基礎電信運營商主導投資。

航空互聯網的運營可以理解爲陸地移動通信網業務的延伸，基礎電信運營商從不甘心只做管道的基本願望出發，應組建專門隊伍專司航空互聯網的運營。爲此，要與航空公司積極協作，參與投資及系統研發或設備選型，確定服務及盈利模式，承接運維及經營服務。由於飛機改裝的特殊性，在當前技術水平下，一種技術方案和一種型號的設備一旦爲一架飛機所採用，就具備了天然壟斷性，不方便騰出空間安裝兩套同類設備，除非騰籠換鳥。如果採用ATG技術，要從航空公司全局出發，統籌航路通信信號覆蓋問題，衛星方案則無此擔憂。對航空公司而言，在原體制下運營航空互聯網也未嘗不可，比如營銷、電商、客艙等部門負責客艙網絡使用及運營，機務、信息部門整體負責設備及系統保障運維。組建機上互聯網事業部或專業公司、外包合作等模式也都有案例可循。

航空互聯網作爲一種與民航客運直接關聯的附加服務，其效用是多方面的。從趨勢看，它將很快成爲民航運輸服務的標配，如果哪個航班沒有這一項，會直接影響航班上座率。尤其是近期，搶佔先機，早上快上民航旅客感受良好的航空互聯網服務，可能會成爲改變民航運輸市場格局一個顯著因素。航空互聯網主要使用旅客自帶的信息終端，可以在一定程度上取代客艙椅背娛樂系統。由於機上互聯網服務具有特定的針對性，將促使運營單位充分利用這一特點改進服務格局、開發新業務。航空互聯網服務產生的直接經濟效益則取決於運營模式。依旅客的願望，最好是免費，但這種方式只有當其投資及運維開支被包裹在某個大系統中時纔可能實現，例如電信運營商的資費套餐或航空公司的機票新艙位。另一種方式是機票附加定額收費，與乘機旅客是否上網無關，但上網的連續性較好。第三種方式是乘機後直接繳費上網。可區分享受上網速率分檔取費或單檔取費。取費標準應考慮關聯因素科學測算。這裡，運營主體的屬性地位十分重要。無論如何，誰投資誰受益是不會變的。

中國民航業已跨入多領域民航強國建設新階段。航空互聯網作爲數字化轉型的重要標誌，必將在航空公司和各有關方面的共同努力下，取得令世人矚目的新成就。（作者：黃文玉）