空中Wi—Fi——“飞行”“上网”两不误

李会超

著名的马斯洛需求理论将人类的需求从低到高按层次分为：生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我实现需求。现代人在最低的生理需求下又添加了一个“网络需求”。虽说这只是个玩笑，但也反映了人们对电子设备及网络的依赖在日益增加。随着无线网络的不断普及，Wi-Fi的覆盖范围已经从家庭、办公室逐渐扩展到了各类公共场所，甚至天空中。国外有些航空公司已经允许乘客在飞机上使用便携式电子设备，并为其提供空中Wi-Fi，如阿联酋航空、卡塔尔航空、全日空等。2017年10月我国发布了第五次修订的《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》，其中放宽了对于飞机使用便携式电子设备的管理，允许航空公司对便携式电子设备的影响进行评估，制定相应的管理政策。这样看来，未来，乘客有望在飞机上使用便携式电子设备啦！下面，我们来探寻一下机上Wi-Fi的奥秘，看看这个神奇信号是如何跟随我们直升云霄的！

Wi-Fi是一种短距离高速无线数据传输技术，主要用于无线上网。它可以为手机、平板电脑、笔记本电脑等便携设备提供一條看不见的网线，使它们能够通过无线信号接入互联网。我们知道Wi-Fi信号来自无线路由器，而无线路由器必须通过一定方式与互联网相连才能产生有效的网络信号。我们家中使用的无线路由器是通过网线与网络通信运营商提供的网络相连的，而万米高空上的飞机显然不能拖拽着一条网线飞行。所以，技术人员另寻他路，通过无线电信号帮助民航飞机连上了互联网，而这种无线电信号主要来自地面基站和卫星。

我们的手机在接打电话、使用数据流量上网时，需要通过网络通信运营商布置在各个地方的基站来收发无线电信号。在城市里，基站可能布置在高层建筑的楼顶上或者隐藏在办公楼、居民楼内部的角落中。而在远离城市的地方，基站则一般架设在高大的铁塔上。最早的机上Wi-Fi服务就是通过在地面上架设特殊基站来实现的。这种基站接收、发射信号的能力比一般的手机基站更强，能够向万米高空发射无线电信号。这种模式一般简称为ATG模式（Air to Ground地面基站模式）。在大部分手机使用3G网络的时代，美国Gogo公司就开始尝试使用ATG模式，美国的全美航空、联合航空等都是Gogo公司的客户。这种方式虽然看起来比较容易实现，但缺点也是显而易见的。首先，整架飞机获得的带宽太低，在3G时代带宽为3Mbps，在4G时代也不过lOMbps。这样的带宽供给一位乘客使用可能刚好合适，但要供整架飞机上几十甚至几百位用户同时上网，网速就相当慢了。其次，基站需要架设在陆地上，因此只能服务在陆地上空飞行的飞机。对于在大洋上空飞行的洲际航线来说，这种方式也就无能为力了。

你们知道为什么我们坐在家里就能看到全国甚至全世界的电视节目吗？这都要感谢身处太空的通信卫星，正因为有它们转发电视节目信号，我们才能足不出户看到来自世界各地的电视节目。与收看电视节目一样，我们能够在飞机上接收Wi-Fi信号，也要感谢通信卫星！我们知道同样一种乐器，可以发出不同的音调，这是因为发声的频率决定着音调的高低。无线电在传输时，也存在“音调”的不同，也就是频率的差异。通信业根据无线电频率的不同，将它们划分为不同的波段，而不同波段的信号传输信息的本领也有差别。飞机通过卫星连接互联网，最早使用的是L波段。目前，海事卫星电话还在使用L波段卫星通信。不过，这个波段能提供的带宽很低，每架飞机仅能获得0.4M的带宽，且通信价格比较昂贵。因此，在阿联酋航空、新加坡航空做过一些尝试后，再没有其他航空公司使用这个波段。

Ku波段是目前使用最广的卫星通信波段，我们日常观看的电视信号一般就是通过这个波段传输的。目前，Ku波段卫星通信是实现机上Wi-Fi的主流方案，大多数航空公司都选择Ku波段卫星实现空中上网。使用Ku波段连网时，每架飞机可以获得20～40M的带宽，成本也降低到了航空公司可以接受的程度。目前，国外有多家网络通信运营商为民航飞机提供使用Ku波段接入互联网的服务，国内外一些航空公司已经开启这方面的服务。

虽然前两种波段已经帮助人类实现空中上网，但人类对网速的追求是永无止境的。为了在万米高空实现高速上网，人们又发掘了一种新波段——Ka波段。与Ku波段相比，Ka波段可以利用更宽的频段，配合多波束、频率复用等新技术，可以使一架飞机的网络带宽飙升至400Mbps。同时，使用Ka波段的新一代通信卫星容量更高，一颗卫星可以同时服务的飞机数量较之前的通信方式成倍提升，这为降低机上Wi-Fi的使用成本提供了可能。此外，虽然厚厚的云层或阴雨天气可能会使Ka波段的信号减弱，但飞机一般飞行在云层之上，所以不会受此影响。国外从2015年开始进行Ka波段的通信试验，一家机上Wi-Fi服务商还中标了美国政府的项目，为“空军一号”总统专机和其他高官的政府行政专机安装相关设备，使乘客可以在飞行过程中使用Ka波段信号上网。

2017年4月12日，我国成功发射了实践十三号卫星。这颗卫星的一项重要任务就是进行我国自己的Ka波段通信试验。作为一颗进行初步试验的卫星，实践十三号卫星的通信容量就已经达到了20Gbps，超过了我国以往所有通信卫星的通信容量总合。在未来5～ 10年内，我国将发射20多颗Ka波段通信卫星，建立起空中高速通信网络，单颗卫星的最大通信容量将超过lOOGbps。此外，和卫星同时发射的还有“动中通”（移动中的卫星地面站通信系统）。这项技术可以让飞机上的卫星天线在快速飞行的过程中，始终对准天空中的对地静止卫星，从而获得最佳的通信效果。除了服务民航飞机外，Ka波段的通信技术还可以应用于高铁列车，让选择铁路出行的旅客能够在旅途中获得更好的网络服务。

2018年1月18日，中国东方航空首次正式开放机上Wi-Fi，成为国内第一个“欢迎开机”的航空公司。因现阶段Ka波段技术较新、卫星较少，而Ku波段技术更为成熟，故中国东方航空优先选择了更为稳定的Ku波段。不过，随着Ka波段通信卫星的不断增加和完善，相信空中“冲浪”的速度将会越来越快。

Mbps是什么

M是英文Mega的简写，意思是百万或兆；b是英文bit的简写，是表示信息的最小单位，译为比特；p是英文per的简写，是“每”的意思；s是英文second的简写，意思是秒。所以Mbps被叫作“兆比特每秒”，表示数据传输的速率，反映的是终端设备之间的信息处理能力。

G就是英文Giga的简写，意思是十亿或千兆。所以Gbps被叫作“千兆比特每秒”或“吉比特每秒”，也是表示数据传输速度的单位。