快来看看！飞机上的Wi-Fi黑科技

全文共4712字，预计学习时长14分钟

图源：it.sohu

飞机"与世隔绝" 与“快速舒适”的体验，让它迅速成为人们出行的重要交通方式之一。

但美中不足是，现代人的“命根”——手机没网没信号。这是让众多手机依赖症“患者”难以释怀的一点。

设想一下，当飞机正飞行在35000英尺的高空，你依旧可以享受着便捷的网络服务，和朋友聊天、开黑、秀高空风景。

长久以来，人们一直的梦寐以求的日子终于到来。

2018年1月16日，中国民航局也公布《机上便携式电子设备（PED）使用评估指南》，意味着飞机上WIFI服务全面启动。随后，国内各大航空公司先后跟进，开放“空中Wi-Fi”业务，乘客终于能够在飞机上发微信、刷微博。

同年，GlobalTraveler网站发布了一项相关研究。该研究显示，全世界约94%的旅客认为空中网络服务能够增强旅行体验，此外还有30%的旅客明确表示，他们在预订航班时会把空中Wi-Fi纳入考虑范围之内。

图源: 2018Global Traveler研究

目前在国外，各大航空公司通常会向每位乘客收取17美元的额外费用，用以支付航空食物和零售等服务。此外，航空Wi-Fi还需另外收取4美元的费用。因此到2035年，空中Wi-Fi服务预计将为航空公司带来增收约300亿美元。

在分析了这些数据之后，人们不难理解，为什么全世界如此多航空公司都迫不及待地想要给自己配备航空Wi-Fi服务。然而，当飞机在海拔6英里的高空以近560英里的时速高速飞行时，如何才能让乘客享受到这种近乎奢侈的现代化服务呢？

目前，飞机上的联网方式主要有两种：

地空宽带通信系统（ATG）

第一代地空宽带系统与人们使用手机上网的原理类似，都有赖于地面基站。然而不同于发送下行信号的移动通信基站，提供航空互联网的专用基站需要给飞机发射上行无线信号。然后，飞机腹部的机载天线会接收此信号，并将其传输到舱内的服务器。接着，服务器内部的调制解调器会把射频信号转换为计算机信号（反之亦然），于是乘客就能通过舱内的Wi-Fi热点来上网。通常，数据的传输主要发生在机载天线与飞行沿途的地面基站之间。同样的，这些基站也与网络服务供应商的操作中心相连接，其实这一操作中心类似于宽带服务的控制中心。

地面基站向上发射信号（图源: ThePointsGuy）

在航空互联网供应商Gogo研发的ATG-4系统中，两个主要的天线安装在机身腹部，机身两侧也各有一根天线，机舱内还配备有机载服务器以及许多Wi-Fi路由器天线

上图所示为Gogo公司研发的ATG-4地空宽带服务系统，也是目前在美国各大航空公司中应用最为广泛的航空Wi-Fi系统。目前，Gogo公司的经营规模横跨整个北美洲，已累计架设200余座地面基站。

图源：Unsplash

然而，ATG系统目前还存在两个明显缺点：

1. ATG系统的频率过低（800 MHz），并且峰值速率也只有10 Mbps。相比之下，美国本土的固网宽带平均网速则高达100 Mbps。此外，当机舱内有多位乘客同时登录时，每个人的平均网速则更低，甚至连邮件都无法查收。

2. ATG基站的覆盖范围不够广泛，比如在沙漠地带架设的地面基站非常稀少，甚至在江河湖海等水域周围根本没有架设一个基站。因此，对于国际长途旅行来说，ATG系统并不是最佳选择。

卫星通信系统

第二种方式就是通过卫星通信来实现航空Wi-Fi，这一过程虽然比ATG更复杂，但是其传输速度更快且更稳定。

与ATG系统不同的是，卫星通信系统的天线安装在飞机顶部，而非机身腹部。并且，这些天线会接收地球同步卫星发射的信号。然而，由于卫星和飞机都处于高速航行的状态，而且两者相距约22000英里，因此机载天线需要不断调整自身的位置和方向才能成功接收到信号。在整个卫星通信系统中，除了一个舱内服务器和数个Wi-Fi接入点，还有另一个特殊装置，该装置能够基于航行位置与速度来控制天线的活动。卫星与地面基站相连接，而地面基站则与网络服务供应商建立的操作中心进一步连接在一起。

Gogo研发的卫星通信系统包括一个卫星天线，一个舱内服务器，用于控制天线活动的Kandu，用于转换信号的Modman，以及许多Wi-Fi接入点

这种基于卫星的航空互联网主要有两大优势：

1. 覆盖范围广，随时随地都能接收到信号（除了南北极）。在长途航行过程中，为了能连接到另一个卫星，机载天线需要调整自身位置，通常最多只需调整一次即可。因此对于国际航班来说，卫星通信系统绝对是不二选择。

2. 卫星通信由于其频率较高，因此带宽和速率也会相应提高。目前，两大主要的卫星网络频率分别是Ku频段（12–18 GHz）和Ka频段（26–40 GHz）。这两个频段能带来的峰值带宽在30 Mbps至100 Mbps之间，显然高于ATG的10 Mbps。

然而，目前卫星通信系统还存在三个明显的缺点：

1. 与简单的ATG系统相比，卫星通信系统成本更高，包括其装配、维护以及宽带费用。因此，对于那些小型航空公司和运营区域航线的航空公司来说，卫星通信显然很不划算。

2. 由于数据传输的距离非常远，因此会带来高延迟。延迟指的是数据从源头传输到目的地所耗费的时间，通常只有几毫秒。虽然卫星网络的总体速率更快，但是当人们点击一个链接后，需要等很久页面才会开始加载。但是一旦开始加载，那么其加载速度还是非常快的。相比之下，由于ATG系统的低延迟，因此人们在点击后它会立即开始加载，但是加载的时间非常漫长。这张信息图表向我们展示了数据传输的惊人距离（近45000英里）。

3. 除了装配维护的费用，航空Wi-Fi系统的另一项潜在花费就是燃油费。这听起来似乎有点小题大做，但是要知道，飞机外部安装的天线会改变机身的形状，从而进一步影响机身的空气动力学效应。简言之，天线会增加机身的空气阻力，因此油耗也会随之增加。目前，各大供应商都在致力于减小天线的体积，从而降低成本。Gogo公司最新研发的2Ku天线厚度不足4英寸，因此安装在机身时凸起部分也要小的多。

目前，卫星通信系统的主要供应商包括：

1. 目前，Gogo公司正利用国际海事卫星组织Inmarsat旗下的卫星系统来提供Ka频段卫星网络，并且依赖国际卫星供应商Intelsat和SES旗下的卫星系统来提供Ku频段卫星网络。Gogo公司最新研发的2Ku系统从原来的一根天线增加至两根，一根上行线，一根下行线。并且Gogo公司承诺，每个机舱的网速最高可达100Mbps，每位乘客平均可使用15 Mbps。于是，全世界各大航空公司都在忙着安装旅客最期待的系统之一，即视频流服务。目前，许多航空公司都在使用Gogo公司研发的系统，比如阿拉斯加航空（Alaska Airlines）、美国航空（American Airlines）、美国达美航空（Delta Airlines）、美国联合航空（United Airlines）、维珍美国航空（Virgin America Airlines）、国泰航空（Cathay Pacific）、英国航空（British Airways）以及日本航空（Japan Airlines）。

2. 2013年以来，美国卫迅公司ViaSat长期同捷蓝航空（JetBlue）进行合作，为其提供高速率的Ka频段卫星网络。目前，捷蓝航空提供的FkyFi服务不仅网速行业领先，而且价格也非常亲民。此外，捷蓝航空还给乘客提供20 Mbps以下的免费Wi-Fi服务。

3. “欧洲航空网络（EAN）”是一项由Inmarsat与德国电信Deutsche Telekom联合开发的航空网络服务。此外，Inmarsat还运营着全球唯一一个Ka频段卫星网络服务——GX Aviation。目前，EAN已经开始为欧洲各大航空公司提供空中互联网服务。该服务同时使用了基于卫星的下行链路和ATG系统的上行链路，从而为乘客提供高速率、低延迟、更可靠的互联网服务。因此，这一服务系统也被叫做GTO（Ground to Orbit）系统。Inmarsat一边管理着天上的卫星，另一边德国电信公司Deutsche Telekom已经在地面架设了300多个LTE基站，遍布欧盟各个国家。此外它们还声称，EAN服务的网速比现今所有其它的航空Wi-Fi都要快。

除了以上这些，当然还有许多其它的航空互联网供应商。想要了解具体信息，可以浏览旅游网站eDreams，上面还列举了很多提供航空Wi-Fi服务的航空公司。

图源：Unsplash

航空Wi-Fi的费用问题

1. 一部分供应商（比如Gogo公司）会自行定价、管理客户体验并获得收入，然后航空公司再从中分去一部分利润。

2. 还有一些航空公司会直接获得收入，然后再给供应商支付一定宽带费用。

除了少数几家航空公司会提供免费Wi-Fi之外，实际上大多数航空公司都将此视为一个为自己创收的机会，而不仅仅是给乘客的福利。的确，航空公司为乘客提供空中Wi-Fi的成本高昂。但是，有的航空公司之所以选择先自行承担一部分费用，因为它们深知，如果航空公司承担了Wi-Fi服务的初期费用，那么乘客会更愿意选择这家航空公司，并订阅其服务。即使真正订阅该项服务的乘客很少，但是由于后期的订阅费非常高，每次航班15至20美元，办一张年卡需要600美元，所以即使仅凭这些收入也足以让航空公司和供应商捞回本钱。

除此之外，还有一些航空公司，比如捷蓝航空，它们真的会给乘客提供完全免费的Wi-Fi服务。其实，它们这样做只是为了让自己从竞争激烈的市场中脱颖而出。另外，还有许多航空公司会给商务舱的乘客提供免费Wi-Fi试用期，从而维护好客户忠实度。最后，还有一些航空公司会与赞助商合作，在航空互联网上为他们刊登广告，从而降低自己的成本。

为了节省宽带费用，有的航空公司会安装图像音频压缩过滤器，从而有效降低数据传输量。

如果航空公司需要安装ATG系统，通常一天之内即可完成安装，即使是安装卫星通信系统也仅需几天时间。

图源：enet

展望未来

未来的航空Wi-Fi不仅速度更快，而且更加可靠。未来，通过使用一种依赖点波束而非宽波束的新型天线技术，高通量卫星（HTS）将能够更加高效地利用给定的卫星频率。通常，传统的卫星主要使用宽波束，因为一根宽波束的覆盖范围可以大至一整个国家。然而这种方式有一个明显的缺点，即在这一范围内的所有航班都必须共享一个带宽。相比之下，利用点波束的高通量卫星则可以集中在一架航班上。与此同时，卫星可以发射许多点波束，从而给每架航班都带来高带宽网络。目前，Gogo公司正致力于研发5G网络服务，预计将于2021年为美国及加拿大装备了ATG系统的飞机带来5G互联网服务。

随着卫星和天线技术的更新换代，以及越来越多的供应商参与竞争，人们将能够在35000英尺的高空享受到畅通无阻的网络体验，与在家里别无二致。

然而，福兮祸所伏，因为这也意味着人们再也不能把“飞行模式”作为自己不回邮件的借口了。

也许未来，手机会渐渐把“飞行模式“取消，是时候该想想其它不回邮件的借口了。

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