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行業(yè)新聞
淺談機上衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)終端：天線與調(diào)制解調(diào)器
2018-01-26 / 閱讀次數(shù)：2384
1月23日，國防科工局、國家航天局對外正式宣布，我國首顆高通量通信衛(wèi)星“實踐十三號”在軌交付，正式投入使用，將納入“中星”衛(wèi)星系列，命名為“中星十六號”衛(wèi)星，標(biāo)志著我國正式步入Ka高通量衛(wèi)星商用運營時代。
就在上周，東方航空、海南航空率先宣布可空中開機，隨后共13家航空公司加入“手機解禁”行列，網(wǎng)站及社交媒體掀起對機上手機開放的討論熱潮，航空互聯(lián)網(wǎng)一下子被社會輿論推到了風(fēng)口浪尖，連一向“高冷”的各種衛(wèi)星技術(shù)都得到熱議。
結(jié)合此次“實踐十三號”投入使用，本文將對航空互聯(lián)網(wǎng)所涉及的衛(wèi)星及終端設(shè)備技術(shù)發(fā)展進行詳細(xì)解讀，以飼讀者。
一、“實踐十三號”（“中星十六號”）閃亮登場
根據(jù)官方資料，實踐十三號衛(wèi)星創(chuàng)造了我國及世界通信衛(wèi)星多個“首次”，標(biāo)志著我國衛(wèi)星通信進入高通量衛(wèi)星時代。
● 首次在我國通信衛(wèi)星上應(yīng)用Ka頻段寬帶技術(shù)。通信總?cè)萘窟_20Gbps，超過了我國已研制發(fā)射的通信衛(wèi)星容量總和；
● 首次在國際上開展高軌衛(wèi)星與地面的雙向激光通信試驗，速率最高達到5Gbps；
● 首次在我國高軌長壽命通信衛(wèi)星上工程化應(yīng)用地球敏感器、Ka頻段寬帶接收機等國產(chǎn)化產(chǎn)品，實現(xiàn)了衛(wèi)星關(guān)鍵核心單機的自主可控；
● 首次在我國衛(wèi)星上配置電推進分系統(tǒng)來完成全壽命期的軌道位置定點工作，推動我國衛(wèi)星平臺技術(shù)全面跨入電推進時代。
我國高通量衛(wèi)星覆蓋示意圖
“中星十八號”衛(wèi)星擬于2019年初發(fā)射，屆時我國將擁有覆蓋中國全境的Ka系統(tǒng)，容量高達30G（“中星十六號”20G、“中星十八號”10G），加上未來計劃發(fā)射的東方紅五號平臺高通量衛(wèi)星，預(yù)計到2020年，形成可覆蓋中國全境以及亞太地區(qū)，容量接近200Gbps的通信能力。
未來有如此多的衛(wèi)星資源保障，航空互聯(lián)網(wǎng)的前景具有相當(dāng)廣闊的想象空間！機上要實現(xiàn)上網(wǎng)，除了衛(wèi)星還涉及什么產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)？下面筆者從衛(wèi)星的兩個最關(guān)鍵部分——機載衛(wèi)星天線和機載衛(wèi)星調(diào)整解調(diào)器，跟大家聊聊機載衛(wèi)星系統(tǒng)。
二、機載衛(wèi)星天線技術(shù)發(fā)展
機載衛(wèi)星天線技術(shù)有三種形態(tài)，各有特點。
（一）傳統(tǒng)機械衛(wèi)星天線
此類天線是航空互聯(lián)網(wǎng)目前應(yīng)用的主流天線技術(shù)。
優(yōu)點：技術(shù)成熟，成本較低，在高緯度地區(qū)的效果優(yōu)于后面兩種天線；
缺點：低緯度地區(qū)效果欠佳，機械部件較多，維護要求高，可靠性略差，需要雷達罩，同時雷達罩輪廓高度超過30cm，未來無法兼容中低軌道星座。
國內(nèi)技術(shù)水平：已基本與國際水平相當(dāng)，國產(chǎn)產(chǎn)品性價比優(yōu)勢明顯。
（二）單向電調(diào)衛(wèi)星天線
此類天線是美國航空互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商GoGo公司主力推廣的天線，現(xiàn)階段采用的是2Ku天線，未來2Ka天線也即將面世裝機。
優(yōu)點：機械部件減少一半，僅有水平面有電機，雷達罩輪廓低，高度只有傳統(tǒng)機械天線雷達罩的一半；左右，低緯度地區(qū)效果兩倍于傳統(tǒng)天線，未來可以兼容中低軌道星座；
缺點：高緯度地區(qū)由于投射面積小，效果可能劣于傳統(tǒng)天線，兩幅天線，重量略大于傳統(tǒng)天線，成本略高于傳統(tǒng)天線。
國內(nèi)技術(shù)水平：相比國外還有些差距，目前國內(nèi)正在研發(fā)此類型天線，國外已有成熟裝機產(chǎn)品。
（三）全電調(diào)衛(wèi)星天線
此類天線仍處于原型機階段，有廠家宣稱2019年將推出商用產(chǎn)品。
優(yōu)點：沒有機械部件，雷達罩可以與天線一體，輪廓小于10cm，可以與飛機機身進行共形設(shè)計，未來可以兼容中低軌道星座；
缺點：成本高昂，現(xiàn)階段暫不具備大規(guī)模商用條件，預(yù)計2020年以后成本可以達到商用條件；
國內(nèi)技術(shù)水平：相比國外還一定的差距，國際上已有原型產(chǎn)品，但國內(nèi)尚沒有完成民品原型的開發(fā)。
以上三種天線形態(tài)，既可以做Ku天線，也可以做Ka天線。不過從發(fā)展的眼光看，Ka衛(wèi)星一定是未來的大趨勢；但由于Ku HTS的出現(xiàn)，Ku也不會走向消亡，在全球跨洋衛(wèi)星市場，Ku相當(dāng)長時間內(nèi)，仍會是市場的主流。但在區(qū)域衛(wèi)星市場（例如國內(nèi)），Ka豐富的頻率資源、充裕的衛(wèi)星容量很可能使之成為航空公司的首選。當(dāng)然選擇了Ku的航空公司也不必太悲觀，Ku HTS的出現(xiàn)，將極大地緩解Ka對Ku造成的競爭壓力，Ku HTS的未來也不容小覷。
三、衛(wèi)星調(diào)整解調(diào)設(shè)備詳解
相對于龐大的移動通信市場，衛(wèi)星市場是一個小眾市場，所以衛(wèi)星通信領(lǐng)域沒有像移動通信領(lǐng)域那樣，先有行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，才有下設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)都是開放的。衛(wèi)星領(lǐng)域的調(diào)制解調(diào)各廠家均采用了私有協(xié)議，導(dǎo)致衛(wèi)星主站和衛(wèi)星終端的調(diào)制解調(diào)器選擇必須匹配。
此前，在非高通量衛(wèi)星時代，衛(wèi)星運營商的模式如同賣管道，用戶基于管道通路可以自行建立主站，并選擇匹配的終端開展業(yè)務(wù)，調(diào)制解調(diào)器的選擇比較自由。經(jīng)過了長時間的市場發(fā)展及競爭，全球形成了一些知名的調(diào)制解調(diào)器提供商，如IDirect、Hughes、Viasat、Gilat等，很遺憾，其中基本沒有中國企業(yè)的身影，只有在政府專網(wǎng)中才有國產(chǎn)調(diào)制解調(diào)器的一席之地。
到了高通量衛(wèi)星時代，由于衛(wèi)星波束不再是一個大波束，而是由許多點波束組成，為了解決波束切換問題，衛(wèi)星運營商必須有所作為。針對衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)，運營模式已經(jīng)無法像過去那樣“賣管道”了，而是必須連兩端的龍頭也一并提供匹配產(chǎn)品。以此次投入商用的“中星十六號”為例，采用的地面段網(wǎng)絡(luò)由Gilat提供，因此航空公司選用Gilat的機載調(diào)制解調(diào)器即可在已運行的“中星十六號”網(wǎng)絡(luò)中直接使用。
考慮到航空公司和機載業(yè)務(wù)服務(wù)提供商可能希望使用其它地面段網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)然也可以在“中星十六號”系統(tǒng)下建設(shè)第二套或者第三套由不同設(shè)備廠商提供的地面網(wǎng)絡(luò)，但建設(shè)一套完整的高通量地面網(wǎng)絡(luò)需要龐大的資金投入和專業(yè)團隊實施運維，因此，像傳統(tǒng)衛(wèi)星時代那樣可以隨意選擇地面網(wǎng)絡(luò)及調(diào)制解調(diào)器的時代已經(jīng)過去了。
下表說明了全球主要航空互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商對調(diào)制解調(diào)器的選擇情況：
序號
航空互聯(lián)網(wǎng)運營商
調(diào)制解調(diào)器選擇
第一代
新一代
1
GoGo
Idirect
Gilat
2
松下
Idirect
Newtech
3
GEE
Hughes
Hughes
4
Inmarsat
Idirect
5
Viasat
Viasat
注：GoGo、松下與GEE目前已升級采用新一代調(diào)制解調(diào)器，Inmarsat、Viasat仍沿用第一代產(chǎn)品。
結(jié)束語
c航空互聯(lián)網(wǎng)從美國ATG（3G）起步，到傳統(tǒng)Ku天線、傳統(tǒng)Ka天線，再到單向電調(diào)2Ku天線；未來是否會有單向電調(diào)2Ka天線，或是一步發(fā)展到全電調(diào)Ku或Ka天線，均未可知。不過可以預(yù)見的是，隨著機上“手機禁令”的解除，航空互聯(lián)網(wǎng)切切實實迎來了飛速發(fā)展的契機?！爸行鞘枴钡纳逃脴?biāo)志著Ka高通量衛(wèi)星正式啟動商業(yè)服務(wù)，今天中國的傳統(tǒng)衛(wèi)星行業(yè)已經(jīng)今非昔比，相信未來不僅僅是民族航電，高通量寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)的應(yīng)用也將創(chuàng)造中國“超級工程”的輝煌。
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