淺談機(jī)上衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)終端：天線與調(diào)制解調(diào)器

1月23日，國(guó)防科工局、國(guó)家航天局對(duì)外正式宣布，我國(guó)首顆高通量通信衛(wèi)星“實(shí)踐十三號(hào)”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(hào)”衛(wèi)星，標(biāo)志著我國(guó)正式步入Ka高通量衛(wèi)星商用運(yùn)營(yíng)時(shí)代。

就在上周，東方航空、海南航空率先宣布可空中開(kāi)機(jī)，隨后共13家航空公司加入“手機(jī)解禁”行列，網(wǎng)站及社交媒體掀起對(duì)機(jī)上手機(jī)開(kāi)放的討論熱潮，航空互聯(lián)網(wǎng)一下子被社會(huì)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(shí)踐十三號(hào)”投入使用，本文將對(duì)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(jìn)行詳細(xì)解讀，以飼讀者。

根據(jù)官方資料，實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星創(chuàng)造了我國(guó)及世界通信衛(wèi)星多個(gè)“首次”，標(biāo)志著我國(guó)衛(wèi)星通信進(jìn)入高通量衛(wèi)星時(shí)代。

我國(guó)高通量衛(wèi)星覆蓋示意圖

“中星十八號(hào)”衛(wèi)星擬于2019年初發(fā)射，屆時(shí)我國(guó)將擁有覆蓋中國(guó)全境的Ka系統(tǒng)，容量高達(dá)30G（“中星十六號(hào)”20G、“中星十八號(hào)”10G），加上未來(lái)計(jì)劃發(fā)射的東方紅五號(hào)平臺(tái)高通量衛(wèi)星，預(yù)計(jì)到2020年，形成可覆蓋中國(guó)全境以及亞太地區(qū)，容量接近200Gbps的通信能力。

未來(lái)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(jī)上要實(shí)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(gè)最關(guān)鍵部分——機(jī)載衛(wèi)星天線和機(jī)載衛(wèi)星調(diào)整解調(diào)器，跟大家聊聊機(jī)載衛(wèi)星系統(tǒng)。

機(jī)載衛(wèi)星天線技術(shù)有三種形態(tài)，各有特點(diǎn)。

（一）傳統(tǒng)機(jī)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)。

（二）單向電調(diào)衛(wèi)星天線

此類天線是美國(guó)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(lái)2Ka天線也即將面世裝機(jī)。

（三）全電調(diào)衛(wèi)星天線

此類天線仍處于原型機(jī)階段，有廠家宣稱2019年將推出商用產(chǎn)品。

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(guò)從發(fā)展的眼光看，Ka衛(wèi)星一定是未來(lái)的大趨勢(shì)；但由于Ku HTS的出現(xiàn)，Ku也不會(huì)走向消亡，在全球跨洋衛(wèi)星市場(chǎng)，Ku相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，仍會(huì)是市場(chǎng)的主流。但在區(qū)域衛(wèi)星市場(chǎng)（例如國(guó)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(duì)Ku造成的競(jìng)爭(zhēng)壓力，Ku HTS的未來(lái)也不容小覷。

相對(duì)于龐大的移動(dòng)通信市場(chǎng)，衛(wèi)星市場(chǎng)是一個(gè)小眾市場(chǎng)，所以衛(wèi)星通信領(lǐng)域沒(méi)有像移動(dòng)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(kāi)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(shí)代，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)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(kāi)展業(yè)務(wù)，調(diào)制解調(diào)器的選擇比較自由。經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的市場(chǎng)發(fā)展及競(jìng)爭(zhēng)，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(méi)有中國(guó)企業(yè)的身影，只有在政府專網(wǎng)中才有國(guó)產(chǎn)調(diào)制解調(diào)器的一席之地。

到了高通量衛(wèi)星時(shí)代，由于衛(wèi)星波束不再是一個(gè)大波束，而是由許多點(diǎn)波束組成，為了解決波束切換問(wèn)題，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商必須有所作為。針對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)，運(yùn)營(yíng)模式已經(jīng)無(wú)法像過(guò)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(hào)”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(jī)載調(diào)制解調(diào)器即可在已運(yùn)行的“中星十六號(hào)”網(wǎng)絡(luò)中直接使用。

考慮到航空公司和機(jī)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(hào)”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(tuán)隊(duì)實(shí)施運(yùn)維，因此，像傳統(tǒng)衛(wèi)星時(shí)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(shí)代已經(jīng)過(guò)去了。

下表說(shuō)明了全球主要航空互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商對(duì)調(diào)制解調(diào)器的選擇情況：

注：GoGo、松下與GEE目前已升級(jí)采用新一代調(diào)制解調(diào)器，Inmarsat、Viasat仍沿用第一代產(chǎn)品。

未來(lái)，擁有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高通量寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)將直接為國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略服務(wù)。

航空互聯(lián)網(wǎng)從美國(guó)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(lái)是否會(huì)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(guò)可以預(yù)見(jiàn)的是，隨著機(jī)上“手機(jī)禁令”的解除，航空互聯(lián)網(wǎng)切切實(shí)實(shí)迎來(lái)了飛速發(fā)展的契機(jī)?！爸行鞘?hào)”的商用標(biāo)志著Ka高通量衛(wèi)星正式啟動(dòng)商業(yè)服務(wù)，今天中國(guó)的傳統(tǒng)衛(wèi)星行業(yè)已經(jīng)今非昔比，相信未來(lái)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(guó)“超級(jí)工程”的輝煌。

作者介紹

謝 鷹

老鷹漫談壇主

深圳市多尼卡電子副總裁

20年的通信行業(yè)經(jīng)驗(yàn)（通信規(guī)劃、通信設(shè)計(jì)、技術(shù)研究、政策咨詢、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)、客戶服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)安全），見(jiàn)證了中國(guó)移動(dòng)通信的興起；2014進(jìn)入航空互聯(lián)網(wǎng)（跨界），3年以上電子制造，ATG運(yùn)營(yíng)，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。