飛機上終於能開著手機連Wi-Fi了 它背後的技術原理是什麼?

　　寫在前面

　　在所有旅行方式中，飛機可能是最讓人有 " 與世隔絕 " 感的一種。除了要在天上飛很久以外，吃了難吃的飛機餐，上廁所也要排長隊，耳朵也受氣壓的影響，跟塞了棉花似的。除了這些，最不能忍受的就是不能玩手機。

　　尤其是一些大忙人或者重度網癮患者，幾個小時的航程，不能發微信，不能刷微博，不能……，簡直如同坐牢一樣煎熬，如坐針氈。

　　為什麼飛機上不能開手機呢？

　　原因是因為現有手機通信是所謂移動通信體制，發射信號需要有基站，但現在飛機機艙內尚未配備。如果不關閉手機或接打電話，需要手機用最大功率尋找基站，這容易導致個別工作異常的手機產生對飛機有害的幹擾信號。

　　飛機上通信導航系統要接收數百公裡以外的信號，系統靈敏度特別高，即使是十分細微的幹擾也會對飛行安全產生極大的影響。

　　你們有沒有注意到，當手機信號不好的時候，耗電特別快，就是因為它一直在用最大功率尋找基站所消耗掉的。

　　解禁

　　然而，就在 2017 年的 9 月份，中國民航總局通過了新條例，允許各家航空公司自行制定 " 機上通信器材管理條例 "。

　　1 月 18 日凌晨 00：16，東航 MU553 航班，從上海浦東飛往巴黎，成為國內民航首個全程 " 空中開手機 " 航班！而入南方航空、廈門航空、山東航空、春秋航空等也都陸續宣布允許乘客在飛機上使用手機。雖然手機是能開機了，但必須設置為 " 飛行模式 "，手機的飛行模式終於可以派上用場了，那既然是飛行模式，又如何刷朋友圈呢？那就要進入本文的重點了 " 空中 Wi-Fi"。

　　空中 Wi-Fi

　　目前飛機上所支持的手機通信業務主要是基於 Wi-Fi 連接的數據業務，有部分航班已經提供機上 Wi-Fi。

　　通常採用兩種方式：

　　一是通過機載通信設備連接地面的 ATG（空對地）基站；

　　二是通過機載通信設備，轉接 Ka/Ku 頻段衛星，再連接到地面通信網絡（重點介紹）。

　　衛星頻段

　　衛星通信使用到的頻段有很多，最常用的頻段是 C（4-8GHz）和 Ku（12-18GHz）頻段，Ka（26.5-40GHz）頻段是後起之秀。C 頻段用於衛星固定業務，通常 6/4GHz 表示為上下行頻率；Ku 頻段用於衛星固定業務及直播衛星業務，最常使用 12-14GHz（14/12GHz）。

　　C 頻段

　　C 頻段是頻率從 4.0- 8.0GHz 的一段頻帶，作為通信衛星下行傳輸信號的頻段。使用比較早，頻率低，增益也低，天線口徑較大（通常 1.8 米以上）。雖然相對其它頻段遭受地面微波等幹擾的機率大些，但其雨衰遠小於 Ku 頻段，更遠遠小於 Ka 頻段。更適於對通信質量有嚴格要求的業務 , 比如電視、廣播等。

　　暴雨情況下，C 頻段最大雨衰一般在 1dB 左右，即信號功率衰減不會超過 1.5 倍，而 Ku 頻段則會超過 100 倍以上，信號會被暴雨衰減殆盡。

　　Ku 頻段

　　Ku 頻段下行從 10.7 到 12.75GHz，上行從 12.75 到 18.1GHz。Ku 波段衛星單轉發器功率一般比較大，多採用賦形波束覆蓋，衛星 EIRP 較大，加上 Ku 波段接收天線效率高於 C 波段接收天線，因此接收 Ku 波段衛星節目的天線口徑遠小於 C 波段，Ku 頻段頻率高、增益也高，天線尺寸較小，便於安裝，從而可有效地降低接收成本，方便個體接收。

　　Ka 波段

　　Ka 波段的頻率範圍為 26.5~40GHz。Ka 波段最重要的一個特點是頻帶較寬，因此，Ka 頻段衛星通信系統可為高速衛星通信、千兆比特級寬帶數字傳輸、高清晰度電視（HDTV）、衛星新聞採集（SNG）、VSAT 業務、直接到戶（DTH）業務及個人衛星等新業務提供條件。

　　Ka 波段的缺點是雨衰較大，對器件和工藝的要求較高。在 Ka 波段頻率下，用戶終端的天線尺寸主要不是受制於天線增益，而是受制於抑制其他系統幹擾的能力。

　　C 和 Ku 頻段的頻率工作範圍相對有限，且目前赤道上空有限的地球同步衛星軌位幾乎已被各國佔滿，C 和 Ku 頻段的衛星軌位十分緊張，這兩個頻段內的頻率也被大量使用。而 Ka 頻段的頻率工作範圍要大數倍，有廣泛的應用前景。由此看來，如果說 C 和 Ku 頻段像兩條擁堵不堪的小路，Ka 頻段則如同暢通無阻的高速公路。

　　如果將信息比作乘客，載波比作汽車，頻段就像通信兩端之間的公路。頻段的範圍就相當於公路的寬度，直接影響到信息傳輸的速度和數量。

　　能上網了，打電話還遠嗎？

　　實際上，飛機上是可以打衛星電話的，但因收費昂貴，因此無法普及。

　　在 4G 移動通信系統中，話音業務也正在逐步 IP 化，變成一種低時延的數據業務，例如 VoLTE 技術（即用數據通道傳輸語音）正在普及。可以預見，如果有較好的商業前景，隨著 5G 移動通信在未來 5-10 年的普及，機上數據通信速率的大幅度提高，在飛機上打電話也應當會成為現實。

　　在飛機上打電話，需要在飛機上裝很多相應的設備，最關鍵的是要有一個飛機到地面的電信級的網絡設備，額外建立一個全國性的移動通信網絡，成本很高。

　　從技術上解決飛機上低成本打電話，還有很多技術難題需要解決，我們繼續期待吧。　　

責任編輯：韓希宇