淺談機上衛星互聯網終端：天線與數據機

最新 01-27

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星「實踐十三號」在軌交付，正式投入使用，將納入「中星」衛星系列，命名為「中星十六號」衛星，標誌著我國正式步入Ka高通量衛星商用運營時代。

就在上周，東方航空、海南航空率先宣布可空中開機，隨後共13家航空公司加入「手機解禁」行列，網站及社交媒體掀起對機上手機開放的討論熱潮，航空互聯網一下子被社會輿論推到了風口浪尖，連一向「高冷」的各種衛星技術都得到熱議。

結合此次「實踐十三號」投入使用，本文將對航空互聯網所涉及的衛星及終端設備技術發展進行詳細解讀，以飼讀者。

一、「實踐十三號」（「中星十六號」）閃亮登場

根據官方資料，實踐十三號衛星創造了我國及世界通信衛星多個「首次」，標誌著我國衛星通信進入高通量衛星時代。

首次在我國通信衛星上應用Ka頻段寬頻技術。通信總容量達20Gbps，超過了我國已研製發射的通信衛星容量總和；

首次在國際上開展高軌衛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星上工程化應用地球敏感器、Ka頻段寬頻接收機等國產化產品，實現了衛星關鍵核心單機的自主可控；

首次在我國衛星上配置電推進分系統來完成全壽命期的軌道位置定點工作，推動我國衛星平台技術全面跨入電推進時代。

我國高通量衛星覆蓋示意圖

未來有如此多的衛星資源保障，航空互聯網的前景具有相當廣闊的想像空間！機上要實現上網，除了衛星還涉及什麼產業鏈環節？下面筆者從衛星的兩個最關鍵部分——機載衛星天線和機載衛星調整解調器，跟大家聊聊機載衛星系統。

二、機載衛星天線技術發展

機載衛星天線技術有三種形態，各有特點。

（一）傳統機械衛星天線

此類天線是航空互聯網目前應用的主流天線技術。

優點：技術成熟，成本較低，在高緯度地區的效果優於後面兩種天線；

缺點：低緯度地區效果欠佳，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。

國內技術水平：已基本與國際水平相當，國產產品性價比優勢明顯。

（二）單向電調衛星天線

此類天線是美國航空互聯網服務提供商GoGo公司主力推廣的天線，現階段採用的是2Ku天線，未來2Ka天線也即將面世裝機。

優點：機械部件減少一半，僅有水平面有電機，雷達罩輪廓低，高度只有傳統機械天線雷達罩的一半；左右，低緯度地區效果兩倍於傳統天線，未來可以兼容中低軌道星座；

缺點：高緯度地區由於投射面積小，效果可能劣於傳統天線，兩幅天線，重量略大於傳統天線，成本略高於傳統天線。

國內技術水平：相比國外還有些差距，目前國內正在研發此類型天線，國外已有成熟裝機產品。

（三）全電調衛星天線

此類天線仍處於原型機階段，有廠家宣稱2019年將推出商用產品。

優點：沒有機械部件，雷達罩可以與天線一體，輪廓小於10cm，可以與飛機機身進行共形設計，未來可以兼容中低軌道星座；

缺點：成本高昂，現階段暫不具備大規模商用條件，預計2020年以後成本可以達到商用條件；

國內技術水平：相比國外還一定的差距，國際上已有原型產品，但國內尚沒有完成民品原型的開發。

以上三種天線形態，既可以做Ku天線，也可以做Ka天線。不過從發展的眼光看，Ka衛星一定是未來的大趨勢；但由於Ku HTS的出現，Ku也不會走向消亡，在全球跨洋衛星市場，Ku相當長時間內，仍會是市場的主流。但在區域衛星市場（例如國內），Ka豐富的頻率資源、充裕的衛星容量很可能使之成為航空公司的首選。當然選擇了Ku的航空公司也不必太悲觀，Ku HTS的出現，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、衛星調整解調設備詳解

相對於龐大的移動通信市場，衛星市場是一個小眾市場，所以衛星通信領域沒有像移動通信領域那樣，先有行業統一標準，才有下設備和網路，相關的協議標準都是開放的。衛星領域的調製解調各廠家均採用了私有協議，導致衛星主站和衛星終端的數據機選擇必須匹配。

此前，在非高通量衛星時代，衛星運營商的模式如同賣管道，用戶基於管道通路可以自行建立主站，並選擇匹配的終端開展業務，數據機的選擇比較自由。經過了長時間的市場發展及競爭，全球形成了一些知名的數據機提供商，如IDirect、Hughes、Viasat、Gilat等，很遺憾，其中基本沒有中國企業的身影，只有在政府專網中才有國產數據機的一席之地。

到了高通量衛星時代，由於衛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，衛星運營商必須有所作為。針對衛星移動業務，運營模式已經無法像過去那樣「賣管道」了，而是必須連兩端的龍頭也一併提供匹配產品。以此次投入商用的「中星十六號」為例，採用的地面段網路由Gilat提供，因此航空公司選用Gilat的機載數據機即可在已運行的「中星十六號」網路中直接使用。

考慮到航空公司和機載業務服務提供商可能希望使用其它地面段網路，當然也可以在「中星十六號」系統下建設第二套或者第三套由不同設備廠商提供的地面網路，但建設一套完整的高通量地面網路需要龐大的資金投入和專業團隊實施運維，因此，像傳統衛星時代那樣可以隨意選擇地面網路及數據機的時代已經過去了。

下表說明了全球主要航空互聯網服務提供商對數據機的選擇情況：

註：GoGo、松下與GEE目前已升級採用新一代數據機，Inmarsat、Viasat仍沿用第一代產品。

未來，擁有中國自主知識產權的高通量寬頻衛星系統將直接為國家「一帶一路」戰略服務。

結束語

航空互聯網從美國ATG（3G）起步，到傳統Ku天線、傳統Ka天線，再到單向電調2Ku天線；未來是否會有單向電調2Ka天線，或是一步發展到全電調Ku或Ka天線，均未可知。不過可以預見的是，隨著機上「手機禁令」的解除，航空互聯網切切實實迎來了飛速發展的契機。「中星十六號」的商用標誌著Ka高通量衛星正式啟動商業服務，今天中國的傳統衛星行業已經今非昔比，相信未來不僅僅是民族航電，高通量寬頻衛星系統的應用也將創造中國「超級工程」的輝煌。

作者介紹

謝鷹