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空中Wi—Fi——“飛行”“上網(wǎng)”兩不誤

2018-05-14 08:56:23李會超
百科探秘·航空航天 2018年3期
關(guān)鍵詞:通信衛(wèi)星機上電子設(shè)備

李會超

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、尊重需求和自我實現(xiàn)需求?,F(xiàn)代人在最低的生理需求下又添加了一個“網(wǎng)絡(luò)需求”。雖說這只是個玩笑,但也反映了人們對電子設(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《大型飛機公共航空運輸承運人運行合格審定規(guī)則》,其中放寬了對于飛機使用便攜式電子設(shè)備的管理,允許航空公司對便攜式電子設(shè)備的影響進行評估,制定相應(yīng)的管理政策。這樣看來,未來,乘客有望在飛機上使用便攜式電子設(shè)備啦!下面,我們來探尋一下機上Wi-Fi的奧秘,看看這個神奇信號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、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接入互聯(lián)網(wǎng)。我們知道Wi-Fi信號來自無線路由器,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。我們家中使用的無線路由器是通過網(wǎng)線與網(wǎng)絡(luò)通信運營商提供的網(wǎng)絡(luò)相連的,而萬米高空上的飛機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,通過無線電信號幫助民航飛機連上了互聯(lián)網(wǎng),而這種無線電信號主要來自地面基站和衛(wèi)星。

我們的手機在接打電話、使用數(shù)據(jù)流量上網(wǎng)時,需要通過網(wǎng)絡(luò)通信運營商布置在各個地方的基站來收發(fā)無線電信號。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。最早的機上Wi-Fi服務(wù)就是通過在地面上架設(shè)特殊基站來實現(xiàn)的。這種基站接收、發(fā)射信號的能力比一般的手機基站更強,能夠向萬米高空發(fā)射無線電信號。這種模式一般簡稱為ATG模式(Air to Ground地面基站模式)。在大部分手機使用3G網(wǎng)絡(luò)的時代,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現(xiàn),但缺點也是顯而易見的。首先,整架飛機獲得的帶寬太低,在3G時代帶寬為3Mbps,在4G時代也不過lOMbps。這樣的帶寬供給一位乘客使用可能剛好合適,但要供整架飛機上幾十甚至幾百位用戶同時上網(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。對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,正因為有它們轉(zhuǎn)發(fā)電視節(jié)目信號,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,我們能夠在飛機上接收Wi-Fi信號,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),這是因為發(fā)聲的頻率決定著音調(diào)的高低。無線電在傳輸時,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,而不同波段的信號傳輸信息的本領(lǐng)也有差別。飛機通過衛(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,這個波段能提供的帶寬很低,每架飛機僅能獲得0.4M的帶寬,且通信價格比較昂貴。因此,在阿聯(lián)酋航空、新加坡航空做過一些嘗試后,再沒有其他航空公司使用這個波段。

Ku波段是目前使用最廣的衛(wèi)星通信波段,我們?nèi)粘S^看的電視信號一般就是通過這個波段傳輸?shù)?。目前,Ku波段衛(wèi)星通信是實現(xiàn)機上Wi-Fi的主流方案,大多數(shù)航空公司都選擇Ku波段衛(wèi)星實現(xiàn)空中上網(wǎng)。使用Ku波段連網(wǎng)時,每架飛機可以獲得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)通信運營商為民航飛機提供使用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)幫助人類實現(xiàn)空中上網(wǎng),但人類對網(wǎng)速的追求是永無止境的。為了在萬米高空實現(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),可以使一架飛機的網(wǎng)絡(luò)帶寬飆升至400Mbps。同時,使用Ka波段的新一代通信衛(wèi)星容量更高,一顆衛(wèi)星可以同時服務(wù)的飛機數(shù)量較之前的通信方式成倍提升,這為降低機上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使Ka波段的信號減弱,但飛機一般飛行在云層之上,所以不會受此影響。國外從2015年開始進行Ka波段的通信試驗,一家機上Wi-Fi服務(wù)商還中標(biāo)了美國政府的項目,為“空軍一號”總統(tǒng)專機和其他高官的政府行政專機安裝相關(guān)設(shè)備,使乘客可以在飛行過程中使用Ka波段信號上網(wǎng)。

2017年4月12日,我國成功發(fā)射了實踐十三號衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星的一項重要任務(wù)就是進行我國自己的Ka波段通信試驗。作為一顆進行初步試驗的衛(wèi)星,實踐十三號衛(wèi)星的通信容量就已經(jīng)達到了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)星同時發(fā)射的還有“動中通”(移動中的衛(wèi)星地面站通信系統(tǒng))。這項技術(shù)可以讓飛機上的衛(wèi)星天線在快速飛行的過程中,始終對準(zhǔn)天空中的對地靜止衛(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上Wi-Fi,成為國內(nèi)第一個“歡迎開機”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。

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