空中Wi—Fi——“飛行”“上網(wǎng)”兩不誤

李會(huì)超

著名的馬斯洛需求理論將人類的需求從低到高按層次分為：生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我實(shí)現(xiàn)需求?，F(xiàn)代人在最低的生理需求下又添加了一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)需求”。雖說這只是個(gè)玩笑，但也反映了人們對(duì)電子設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的依賴在日益增加。隨著無線網(wǎng)絡(luò)的不斷普及，Wi-Fi的覆蓋范圍已經(jīng)從家庭、辦公室逐漸擴(kuò)展到了各類公共場所，甚至天空中。國外有些航空公司已經(jīng)允許乘客在飛機(jī)上使用便攜式電子設(shè)備，并為其提供空中Wi-Fi，如阿聯(lián)酋航空、卡塔爾航空、全日空等。2017年10月我國發(fā)布了第五次修訂的《大型飛機(jī)公共航空運(yùn)輸承運(yùn)人運(yùn)行合格審定規(guī)則》，其中放寬了對(duì)于飛機(jī)使用便攜式電子設(shè)備的管理，允許航空公司對(duì)便攜式電子設(shè)備的影響進(jìn)行評(píng)估，制定相應(yīng)的管理政策。這樣看來，未來，乘客有望在飛機(jī)上使用便攜式電子設(shè)備啦！下面，我們來探尋一下機(jī)上Wi-Fi的奧秘，看看這個(gè)神奇信號(hào)是如何跟隨我們直升云霄的！

Wi-Fi是一種短距離高速無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，主要用于無線上網(wǎng)。它可以為手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等便攜設(shè)備提供一條看不見的網(wǎng)線，使它們能夠通過無線信號(hào)接入互聯(lián)網(wǎng)。我們知道Wi-Fi信號(hào)來自無線路由器，而無線路由器必須通過一定方式與互聯(lián)網(wǎng)相連才能產(chǎn)生有效的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。我們家中使用的無線路由器是通過網(wǎng)線與網(wǎng)絡(luò)通信運(yùn)營商提供的網(wǎng)絡(luò)相連的，而萬米高空上的飛機(jī)顯然不能拖拽著一條網(wǎng)線飛行。所以，技術(shù)人員另尋他路，通過無線電信號(hào)幫助民航飛機(jī)連上了互聯(lián)網(wǎng)，而這種無線電信號(hào)主要來自地面基站和衛(wèi)星。

我們的手機(jī)在接打電話、使用數(shù)據(jù)流量上網(wǎng)時(shí)，需要通過網(wǎng)絡(luò)通信運(yùn)營商布置在各個(gè)地方的基站來收發(fā)無線電信號(hào)。在城市里，基站可能布置在高層建筑的樓頂上或者隱藏在辦公樓、居民樓內(nèi)部的角落中。而在遠(yuǎn)離城市的地方，基站則一般架設(shè)在高大的鐵塔上。最早的機(jī)上Wi-Fi服務(wù)就是通過在地面上架設(shè)特殊基站來實(shí)現(xiàn)的。這種基站接收、發(fā)射信號(hào)的能力比一般的手機(jī)基站更強(qiáng)，能夠向萬米高空發(fā)射無線電信號(hào)。這種模式一般簡稱為ATG模式（Air to Ground地面基站模式）。在大部分手機(jī)使用3G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代，美國Gogo公司就開始嘗試使用ATG模式，美國的全美航空、聯(lián)合航空等都是Gogo公司的客戶。這種方式雖然看起來比較容易實(shí)現(xiàn)，但缺點(diǎn)也是顯而易見的。首先，整架飛機(jī)獲得的帶寬太低，在3G時(shí)代帶寬為3Mbps，在4G時(shí)代也不過lOMbps。這樣的帶寬供給一位乘客使用可能剛好合適，但要供整架飛機(jī)上幾十甚至幾百位用戶同時(shí)上網(wǎng)，網(wǎng)速就相當(dāng)慢了。其次，基站需要架設(shè)在陸地上，因此只能服務(wù)在陸地上空飛行的飛機(jī)。對(duì)于在大洋上空飛行的洲際航線來說，這種方式也就無能為力了。

你們知道為什么我們坐在家里就能看到全國甚至全世界的電視節(jié)目嗎？這都要感謝身處太空的通信衛(wèi)星，正因?yàn)橛兴鼈冝D(zhuǎn)發(fā)電視節(jié)目信號(hào)，我們才能足不出戶看到來自世界各地的電視節(jié)目。與收看電視節(jié)目一樣，我們能夠在飛機(jī)上接收Wi-Fi信號(hào)，也要感謝通信衛(wèi)星！我們知道同樣一種樂器，可以發(fā)出不同的音調(diào)，這是因?yàn)榘l(fā)聲的頻率決定著音調(diào)的高低。無線電在傳輸時(shí)，也存在“音調(diào)”的不同，也就是頻率的差異。通信業(yè)根據(jù)無線電頻率的不同，將它們劃分為不同的波段，而不同波段的信號(hào)傳輸信息的本領(lǐng)也有差別。飛機(jī)通過衛(wèi)星連接互聯(lián)網(wǎng)，最早使用的是L波段。目前，海事衛(wèi)星電話還在使用L波段衛(wèi)星通信。不過，這個(gè)波段能提供的帶寬很低，每架飛機(jī)僅能獲得0.4M的帶寬，且通信價(jià)格比較昂貴。因此，在阿聯(lián)酋航空、新加坡航空做過一些嘗試后，再?zèng)]有其他航空公司使用這個(gè)波段。

Ku波段是目前使用最廣的衛(wèi)星通信波段，我們?nèi)粘Ｓ^看的電視信號(hào)一般就是通過這個(gè)波段傳輸?shù)?。目前，Ku波段衛(wèi)星通信是實(shí)現(xiàn)機(jī)上Wi-Fi的主流方案，大多數(shù)航空公司都選擇Ku波段衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)空中上網(wǎng)。使用Ku波段連網(wǎng)時(shí)，每架飛機(jī)可以獲得20～40M的帶寬，成本也降低到了航空公司可以接受的程度。目前，國外有多家網(wǎng)絡(luò)通信運(yùn)營商為民航飛機(jī)提供使用Ku波段接入互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)，國內(nèi)外一些航空公司已經(jīng)開啟這方面的服務(wù)。

雖然前兩種波段已經(jīng)幫助人類實(shí)現(xiàn)空中上網(wǎng)，但人類對(duì)網(wǎng)速的追求是永無止境的。為了在萬米高空實(shí)現(xiàn)高速上網(wǎng)，人們又發(fā)掘了一種新波段——Ka波段。與Ku波段相比，Ka波段可以利用更寬的頻段，配合多波束、頻率復(fù)用等新技術(shù)，可以使一架飛機(jī)的網(wǎng)絡(luò)帶寬飆升至400Mbps。同時(shí)，使用Ka波段的新一代通信衛(wèi)星容量更高，一顆衛(wèi)星可以同時(shí)服務(wù)的飛機(jī)數(shù)量較之前的通信方式成倍提升，這為降低機(jī)上Wi-Fi的使用成本提供了可能。此外，雖然厚厚的云層或陰雨天氣可能會(huì)使Ka波段的信號(hào)減弱，但飛機(jī)一般飛行在云層之上，所以不會(huì)受此影響。國外從2015年開始進(jìn)行Ka波段的通信試驗(yàn)，一家機(jī)上Wi-Fi服務(wù)商還中標(biāo)了美國政府的項(xiàng)目，為“空軍一號(hào)”總統(tǒng)專機(jī)和其他高官的政府行政專機(jī)安裝相關(guān)設(shè)備，使乘客可以在飛行過程中使用Ka波段信號(hào)上網(wǎng)。

2017年4月12日，我國成功發(fā)射了實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星的一項(xiàng)重要任務(wù)就是進(jìn)行我國自己的Ka波段通信試驗(yàn)。作為一顆進(jìn)行初步試驗(yàn)的衛(wèi)星，實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星的通信容量就已經(jīng)達(dá)到了20Gbps，超過了我國以往所有通信衛(wèi)星的通信容量總合。在未來5～ 10年內(nèi)，我國將發(fā)射20多顆Ka波段通信衛(wèi)星，建立起空中高速通信網(wǎng)絡(luò)，單顆衛(wèi)星的最大通信容量將超過lOOGbps。此外，和衛(wèi)星同時(shí)發(fā)射的還有“動(dòng)中通”（移動(dòng)中的衛(wèi)星地面站通信系統(tǒng)）。這項(xiàng)技術(shù)可以讓飛機(jī)上的衛(wèi)星天線在快速飛行的過程中，始終對(duì)準(zhǔn)天空中的對(duì)地靜止衛(wèi)星，從而獲得最佳的通信效果。除了服務(wù)民航飛機(jī)外，Ka波段的通信技術(shù)還可以應(yīng)用于高鐵列車，讓選擇鐵路出行的旅客能夠在旅途中獲得更好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

2018年1月18日，中國東方航空首次正式開放機(jī)上Wi-Fi，成為國內(nèi)第一個(gè)“歡迎開機(jī)”的航空公司。因現(xiàn)階段Ka波段技術(shù)較新、衛(wèi)星較少，而Ku波段技術(shù)更為成熟，故中國東方航空優(yōu)先選擇了更為穩(wěn)定的Ku波段。不過，隨著Ka波段通信衛(wèi)星的不斷增加和完善，相信空中“沖浪”的速度將會(huì)越來越快。

Mbps是什么

M是英文Mega的簡寫，意思是百萬或兆；b是英文bit的簡寫，是表示信息的最小單位，譯為比特；p是英文per的簡寫，是“每”的意思；s是英文second的簡寫，意思是秒。所以Mbps被叫作“兆比特每秒”，表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，反映的是終端設(shè)備之間的信息處理能力。

G就是英文Giga的簡寫，意思是十億或千兆。所以Gbps被叫作“千兆比特每秒”或“吉比特每秒”，也是表示數(shù)據(jù)傳輸速度的單位。