民用飞机空地宽带互联系统由无线客舱系统和外部通信系统组成，是民用飞机实现空地互联的重要系统。通过空地宽带互联系统，提供大容量、实时的数据传输能力，可为乘客、乘务以及机务等相关人员提供丰富的应用。民用飞机空地宽带互联系统对提高乘客乘机体验、客舱管 理效率和航空公司运维效率具有重要意义。
因此，重点从无线客舱系统和外部通信系统两个方面对民用飞机空地宽带互联系统的发展现状和趋势进行分析，给出了未来的发展建议。
随着互联网、智能化以及信息化技术的发展， 加之社交方式的变化，人们对高速、宽带以及实时的信息需求越来越高，全球空中互联网发展越来越快。民用飞机空地宽带互联系统通过客舱无线网络, 经由空地宽带通信链路(如宽带卫星通信和空地宽 带通信(Air To Ground, ATG ),实现飞机与地面之间的宽带数据传输，以满足机组、乘客、空管以 及机务等相关人员对大容量、实时的数据传输需求；民用飞机空地宽带互联系统是未来实现％”化飞机的关键系统，也是民用飞机航空电子系统未来发 展的重要趋势。
本文对民用飞机空地宽带互联系统的发展现状和趋势进行论述，以供相关人员参考。
1.1定义
民用飞机空地宽带互联系统主要为乘客提供客 舱无线接入、空地互联等服务。客舱乘客和乘务的个人电脑、平板电脑等移动终端可以通过客舱无线接入点，经由空地通信系统（卫星通信、空地宽带通信 ATG等）与地面用户互通互联，实现双向数据通信功 能，主要包含无线客舱系统和空地通信系统两个部分。民用飞机空地宽带互联系统架构，如图1所示。
无线客舱也称客舱WiFi系统，是民用飞机空 地宽带互联系统的一部分。民用飞机空地宽带互联系统包括舱内及舱外链路。宽带卫通和ATG通信等解决的是舱外链路问题，而真正面对航空乘客则是舱内链路——无线客舱系统。
不管采用哪种舱外链路提供客舱互联网，网络信号到达客舱后，都必 须通过无线客舱系统送达乘客和乘务员的电子终端。
另外，在舱外链路暂时不可用或无法实施时， 仅依靠无线客舱系统也能向乘客提供有限的娱乐服 务。此种方式是当前许多条件受限的航空公司的选 择。所以，无线客舱系统犹如电信界的最后一公里, 其性能和稳定性至关重要。
无线客舱系统通常主要由机载服务器、无线接 入点和客舱管理终端组成，系统架构如图2所示。
(1)机载服务器，具备客舱服务及娱乐和路 由转发/控制两部分功能，其中客舱服务及娱乐功 能可根据构型的不同选配；
(2 )机载无线接入点(Wireless Acess Point, WAP ),具备无线/有线转换和用户鉴权管理等功能。
2008年11月，维珍航空(Virgin America )首 次在一架A320客机上推出了客舱无线服务,无线客 舱系统由此迅速发展。
民航资源网发布的《航空市 场趋势报告》显示，目前全球已经有82家航司提供机上WiFi服务。全球43%的有效座位里程(Available Seat Miles, ASM )提供WiFi上网。美国航企按ASM 提供WiFi上网的比例至少达86%。
相比国外，我国的客舱WiFi系统还处于起步 阶段。随着交通运输部2017年第29号令中国民航局《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规 则》第五次修订版本囲和《机上便携式电子设备(Portable Electronic Devices, PED )使用评估指南》区的发布，各大航空公司开放了机上便携式电子设备, 全面推动了客舱WiFi系统的发展。
目前，国内各 航空公司均掀起了加装WiFi系统的浪潮，以提高 乘客的客座率，为乘客带来舒适的乘机体验。目前, 客舱WiFi系统的厂家主要有G0G0、松下和泰雷兹, 国内主要厂家有中电科航空电子有限公司、多尼卡、 飞天联合以及世纪空联等。
空地通信系统主要提供飞机与地面之间的数据 传输服务，支持空地之间的各种数据通信应用。无 线客舱系统和空地通信系统之间通过机载服务器进行管理和连接。
当前，空地数据传输技术主要包括 宽带卫星通信和空地宽带通信ATG两种实现方式，系统架构如图3所示。
机载客舱WiFi系统等业务数据通过机载宽带 卫星通信系统发送给卫星，由卫星转发到附近的关口站落地，再通过地面光纤网发送给运营中心，由 运营中心接入地面公共网络或航空公司。
当前，宽带卫星通信系统主要包括Ka波段卫星通信系统和Ku波段卫星通信系统。典型的Ka/Ku机载卫 星通信系统主要由调制解调器(Modem Manager, MODMAN )、Ka/Ku 射频单元(Ku/Ka-band Radio Frequency Unit, KRFU )、Ka/Ku 网络数据单元(Ku/ Ka-band Aircraft Networking Data Unit, KANDU )、 机载卫通天线以及天线罩等组成。
2018年11月珠海航展期间，中电科航空电子有限公司发布了最新 型的机载卫通系统原理样机，其机载端机将传统的 KRFU和KANDU整合，采用多模式模块化设计， 兼容多种卫星网络，整个系统仅由两个现场可更换 单元构成；机载天线采用命相控阵林和无机械伺服系统术，具有剖面低、重量轻、尺寸小的特点，是 中国国产第一款民用航空机载相控阵宽带卫通天线。
Ka波段是当前国际主流的高通量卫星频段， 通信带宽可达到50 Mb/s; Ku是传统的卫星使用频段，通信带宽可达到30 Mb/s。
目前，美国、加拿大、 欧洲、泰国、日本、阿联酋以及澳大利亚等国家和 地区均在大力发展高通量HTS卫星通信系统。海事卫星Inmarsat-5和美国卫讯Viasat是全球HTS通信卫星的典型代表。海事卫星Inmarsat-5是世界上第一个实现全球覆盖的Ka宽带卫星系统，美国卫讯 Viasat拥有迄今为止世界上单颗容量最大的Ka卫星。
但是，目前第五代海事卫星尚未取得国内合法 运营许可，正在积极开展卫通落地工作囤。亚太卫 星拥有多颗亚太系列Ku卫星，是目前空地宽带卫星通信的主力。利用亚太6号卫星升级替换机会，预计2019年下半年将发射亚太6D Ku高通量卫星, 容量50 GB,覆盖日韩、东南亚以及中国等国家和地区。
国内多家航空公司如国航、东航以及海航等, 安装了基于Ku卫星的空地互联系统。
我国于2017年4月12日发射了自主Ka宽带 卫星——实践十三号，即中星十六。这是我国首颗高通量通信卫星。相比于中国现有的Ku卫星，中星十六真正意义上实现了卫星通信宽带应用，最高通信总容量可达20 Gb/s,超过了之前我国所有研制 的通信卫星容量的总和，填补了我国在该领域的技术空白。
中星16目前可覆盖除了北部少数区域外 的国土绝大部分和东南沿海；与近期发射的中星18 共同组成一个全面可覆盖中国、东亚以及南亚等国 家和地区的卫星通信网络。
Ka波段卫星通信系统带宽高，运营成本低， 且机载天线的尺寸小。Ku波段卫星通信系统技术 成本低、覆盖范围高，对抗雨衰方面具有先天优势。在卫通机载设备方面，目前国内还没有可直接应用 于民用干、支线机的自主研制的卫星通信设备。
空地通信的本质是采用宏蜂窝的陆基通信网络 进行数据通信。机载客舱WiFi系统等业务数据通 过机载ATG通信系统，采用LTE技术直接与飞行 航路上铺设的地面蜂窝基站建立通信链路，实现与 地面用户的通信。机载部分包含ATG端机及天线， 地面部分包括地面基站、核心网络和地面移动用户。ATG通信带宽可达到30 - 60 Mb/s。
目前，美国 已经建立起完整的ATG空地通信网络，是全球唯 一投入运营的ATG网络，其技术核心为CDMA中 的数据通信部分。
工作频率是2006年从美国联邦 通信委员会(Federal Communications Commission, FCC )和美国联邦航空管理局(Federal Aviation Administration, FAA)购买的 800 MHz,上/下行可用频谱带宽只有3 MHz,目前正在升级换代。
GOGO公司推出了新一代的基于2.4 GHz频率的ATG通信 系统，能够提供更高的带宽和可靠性，理论峰值速率可达到100 Mb/s。欧洲目前已完成了 300个ATG 基站部署，预计很快投入商用。中国自2010年起 开始ATG的试验飞行，但目前频率还未正式确定。
2018年8月，民航局正式批复中国民航科学技术研究院建设和推广地空宽带通信系统，并指配了航空专用无线电频率(地对空为1 038 ± 2.5 MHz, 空对地为973 ± 2.5 MHz ),用于在民航运行监控、 旅客服务和空防安全、客舱互联网接入服务等方面的推广，频率使用有效期截止到2023年7月17日[5]o 2018年12月7日，在工信部、民航局指导下，由民航、 通航、无人机以及机场等航空领域35家单位共同 发起的飞联网联盟正式成立。
中国移动、中国商飞、 华为以及中兴等大型企业正聚力发展基于4G/5G技 术的ATG,共同推动航空互联网发展。基于4G/5G 技术的ATG技术具有带宽大、时延小以及价格低 等优势，在解决客舱娱乐服务需求中具有很大的灵活性。中国民航计划在2022年前通过4G/5G技术 100%实现民航客机后舱宽带互联业务服务。
缺点：传输速率相对较低，时延大，改装和运 营成本较高。
优点：传输速率较高，时延较小，改装和运营 成本较低回。
缺点：覆盖范围有限，仅限于陆地ATG基站 有效覆盖范围。
信息通信技术的网络架构在朝着扁平化、模块化和IP化的方向发展，各种传输技术体制走向融合, 目的是不断提高数据传输速率和可靠性，降低传输时延，实现全面覆盖的信息通信网络。
空地宽带通 信系统作为全球信息通信网络的一部分，紧跟信息 通信技术的发展趋势。结合当前相关应用方案和研 究成果分析可知，它的技术发展主要有如下几个重要的发展方向。
无线通信技术发生了翻天覆地的变化。蜂窝通 信技术已经从2G、3G、4G发展到5G,卫星通信从几十Kb/s的传输速率发展到几十Mb/s的传输速率, 无线局域网从IEEE 802.11b发展到802.1 lac,后 续还会继续演进到802.llad, 802.11aj,从几Mb/s 的速率发展到几百Mb/s甚至几Gb/s的传输速率。
因此，随着无线通信技术的发展，空地通信系统必 然朝着宽带化方向发展。
目前，由于Ku频段卫星的轨位和频率资源日 趋饱和，卫星通信的频率正从L频段、S频段以及 Ku频段向Ka频段宽带通信演进。Ka频段宽带卫 星通信已成为国内外未来的主流发展方向，因此基 于Ka频段点波束覆盖的高通量卫星由于其可用频 带宽、通信容量大等优点，将逐渐成为未来发展的 方向，且目前我国中星16发射成功，中国区域内 Ka宽带卫通蓬勃发展。
但是，ATG系统也在向5G 通信技术进行升级，且由于ATG系统高带宽、低 时延和低改装成本，未来也将会与卫通系统并存，从而出现多样化的空地数据链路系统，以满足旅客 日益增长的空中多媒体娱乐与互联通信需求。
随着空地通信技术的进步，传输速率越来越高, 适应不同应用场景的技术体制越来越多，空地宽带 通信在旅客服务领域和飞行服务领域的应用将得到 大幅提升。
除了现在为乘客提供娱乐服务和上网服务外，未来空地宽带通信系统也将拓展到民用飞机 健康管理、航空公司运营、大数据空地传输以及空 地网络互联互通等应用领域,满足乘客、机组、机务、空管以及航空公司等的不同应用需求。
随着互联网技术的发展，民用航空大数据空地 高速实时传输和网络互联是未来的发展趋势。民用 飞机空地宽带互联系统在提升乘客乘机体验、提高 航空公司运营效率、保障航空器飞行安全等方面具 有重要意义。
我国民用飞机空地宽带互联系统还处 于初步阶段，尤其是机载宽带卫通系统、ATG系统 研发以及空地通信系统的应用方面还处于探索期。
我国应加快开展基于中星十六卫星系统的机载Ka 卫星通信设备及天线研发，加快基于5G的ATG地 面系统建设、机载系统及设备研发，并充分捕获航 空公司、旅客等用户的应用需求，推动空地通信系 统应用的研发和推广，早日实现机上互联网+。
赵庆贺(1985—),女，硕士研究生，工程师，撑研究方向为民用飞机航电系统；
毛新胜(1986—),男，硕士研究生，工程师，主要瞰方向为民用飞机卫星系统；
庞 珂(1993—),女，硕士研究生,工程师，主要研究方向为民用飞机客舱及信息系统。
选自《通信技术》2019年第十期
大国关系与网络空间战略稳定
深入分析网络空间国际治理机制
中欧网络安全法律原则与体系比较
运营商网络云化重构思路浅析
原文始发于微信公众号（信息安全与通信保密杂志社）：民机空地宽带互联系统发展现状及趋势
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