帶你探索關於飛機Wi-Fi服務的神奇科學

資料來源: Colin Anderson製片公司/ Getty圖片社

在35000英尺的高空衝浪？哇哦，這固然是咱們如今所指望的飛行方式了。根據2018年全球旅行者研究(2018 Global Traveler study)所顯示， 全球94%的旅行者認爲飛機上提供網絡將提升他們的旅行體驗，而且有30%的人會在預訂機票時明確尋找提供這項功能的航班。

來源：2018年全球旅行者研究(2018 Global Traveler study)

目前，航空公司爲每位乘客提供機上食品和零售等服務的費用爲17美圓/位，空中Wi-Fi將增長4美圓/位的額外收入，到2035年，預計將爲航空公司帶來300億美圓的額外收入。

看到這些數據後，在你發現世界各地的航空公司爭相將空中Wi-Fi加入他們的便利設施列表也就不足爲奇了。可是，你有沒有好奇過，航空公司是如何將這種現代奢華享受交付給那些在海平面6英里以上而且以560英里每小時進行飛速巡航的乘客呢?

讓咱們一塊兒探索一下兩種帶領互聯網抵達高空飛機的方式：

一、空對地(ATG)系統

做爲第一個被開發出來的系統，它的工做原理相似於咱們天天已經習慣的經過手機使用的地面移動數據網絡。但與移動信號塔向下聚焦不一樣的是，爲飛機提供互聯網的信號塔是向上投射信號的。安裝在飛機腹部的天線將會接收信號，並將其發送到機載服務器。這種服務器擁有一個調制解調器，能夠將射頻信號轉換成計算機信號，反之亦然。而後經過飛機內部安裝的Wi-Fi接入點爲乘客提供網絡接入服務。飛機天線和飛行航線上的發射塔之間將進行信息交換。這些塔依次鏈接到由服務提供商運行的操做中心，這些服務提供商就相似於你家寬帶ISP的控制中心。

地面信號塔向上發射信號 來源:ThePointsGuy

Gogo的ATG-4系統由腹部下的兩個主天線、兩側天線、機載服務器和飛機內部的多個Wi-Fi路由器天線組成

上圖顯示的是Gogo公司生產的ATG-4系統，它是目前美國航空公司中安裝數量最多的ATG系統。Gogo的覆蓋範圍橫跨北美，包括200多座塔樓。

可是，ATG系統有兩個明顯的缺點:

1. 它們的工做頻率較低(800MHz)，每次飛行的峯值數據速度限制在10Mbps。相比之下，美國的固網平均網速接近100Mbps。當一架飛機上有多個用戶同時登陸網絡時，每一個用戶的登陸速度幾乎難以支持查看電子郵件，即便花費很長時間來等待。
2. 在網絡塔較少的地區，好比大面積的沙漠，或者在水體之上這種沒法搭建網絡塔的地方，這些地區的覆蓋率良莠不齊。這使得ATG系統對於國際旅行來講，是一個不受歡迎的選擇。

二、衛星系統

使用衛星的空中Wi-Fi更復雜，但也更快、更可靠。

天線是安裝在飛機頂部的，而不是在飛機腹部之下。這些天線接收來自環繞地球運行的衛星的信號。但因爲衛星和飛機都在以驚人的速度移動，並且相距遠達2.2萬英里的距離，因此天線須要不斷調整位置以接收信號。除了機載服務器和Wi-Fi接入點外，還有一個單獨的設備根據飛行位置和速度來控制天線的移動。這些衛星與地面站相連，而地面站則進一步與服務提供商創建的操做中心相連。

Gogo公司的衛星系統，包括一個衛星天線，一個機載服務器，Kandu（用來控制天線移動），Modman（用來轉換信號），以及飛機內的多個Wi-Fi接入點

衛星的空中Wi-Fi有兩個主要優點是:

1. 除了北極和南極，基於衛星的空中Wi-Fi在任何地方都是可用的。在長途飛行中，天線可能須要從新定位以鏈接到不一樣的衛星，但一般不會超過一次。這使得基於衛星的系統成爲國際旅行的首選。
2. 它工做在一個更高的頻率，容許更大的帶寬和速度。分配給衛星互聯網的兩個主要頻率是Ku-band (12-18 GHz)和Ka-band (26-40 GHz)。這兩個頻段容許每架飛機的峯值帶寬在30-100 Mbps之間，顯著高於ATG系統提供的10 Mbps。

然而，這個系統也有三個主要的缺點:

1. 與簡單的ATG系統相比，它在設備、維護和帶寬方面的成本都更加昂貴。這使得衛星服務系統在小型航空公司和區域航線航空公司中不那麼受歡迎。
2. 數據傳輸距離很是遠，所以增長了延遲。延遲是指數據在數據源和發射目標之間以毫秒爲單位進行傳送所須要的時間。雖然衛星服務系統的整體速度更快，但當點擊一個連接時，在頁面開始加載以前會有明顯的延遲，但是一旦開始加載就幾乎會當即完成。對比來講，因爲較低的延遲，ATG系統則是當即開始加載，但須要很長時間才能完成。
3. 除了設備、安裝和維護成本外，空中Wi-Fi系統的另外一個隱性成本是燃料成本。雖然這看起來微不足道，但安裝在飛機外部的天線所引發的形狀變化卻使飛機在空氣動力學上處於不利地位。這就會增長阻力，從而增長了燃料消耗。目前，服務提供商正致力於減少天線的尺寸以下降這種成本。Gogo最新的2Ku天線不到4英寸厚，產生的凸起要小得多。

衛星定位系統提供Wi-Fi的主要供應商有:

1. Gogo利用國際海事衛星組織(Inmarsat)擁有的衛星，提供基於Ka波段的衛星鏈接；利用國際通訊衛星組織(Intelsat)和SES的衛星，提供基於Ku波段的鏈接。該公司最新也是最好的產品是2Ku系統，該系統使用兩個天線而不是一個（一個用於上行，一個用於下行）有望使每架飛機的網速達到100兆/秒，每一個用戶的網速達到15兆/秒。世界各地的航空公司正在迅速採用一種系統，該系統能夠實現乘客最渴望的功能之一——視頻流。目前使用Gogo系統的航空公司包括阿拉斯加航空、美國航空、達美航空、聯合航空、維珍美國航空、國泰航空、英國航空和日本航空。
2. 自2013年以來，ViaSat一直爲捷藍航空(JetBlue)在美國的航班提供更快的Ka波段互聯網服務。目前，捷藍航空的FlyFi在速度和價格上處於行業領先地位。這家航空公司免費提供高達20Mbps的Wi-Fi。
3. 歐洲航空網絡(EAN)與國際海事衛星組織(Inmarsat)和德國電信(Deutsche Telekom)
   是合做夥伴關係，前者還運營着全球惟一的ka波段衛星服務GX Aviation。歐洲航空網絡已開始爲歐洲航空公司提供空中Wi-Fi服務。這項服務同時使用兩種技術，一種基於衛星的下行系統和一種ATG系統的上行系統，以提供更快(更低的延遲)和更可靠的鏈接。這個系統也被稱爲地面到軌道(GTO)。國際海事衛星組織擁有這些衛星，而德國電信在歐盟各地安裝了300多座LTE基站。歐洲航空網絡宣稱其空中Wi-Fi速度比目前全部的空中Wi-Fi系統都要快。

並不只僅只有上述提到的供應商。旅遊網站eDreams列出了一份提供空中Wi-Fi服務的航空公司名單。

三、空中Wi-Fi的價格問題

1. 一些服務提供商(如Gogo)設訂價格，處理客戶體驗，以此來得到收入，與航空公司進行分紅。
2. 一些航空公司得到收入，並向服務提供商支付所使用帶寬的批發價。

除了少數幾家提供免費Wi-Fi接入服務的航空公司外，大多數人認爲這是一個創收機會，而不只僅是一項福利。儘管在空中提供互聯網服務的成本無疑是很高的，但航空公司知道他們的商務客戶(由僱主買單的客戶)將會訂購這項服務，所以在提供這種便利的同時也增長了本身的利潤。儘管只有少數乘客選擇這項服務，但高昂的價格讓航空公司和互聯網服務提供商可以支付費用(每張機票的價格在15美圓至20美圓之間，或者每一年600美圓)。

捷藍航空(JetBlue)等一些航空公司本身掏錢，向乘客免費提供空中Wi-Fi服務，以此在競爭激烈的市場中脫穎而出；許多航空公司還爲他們的貴賓客戶提供免費接入，以保持客戶的忠誠度；而其餘航空公司則找到一家企業贊助商來承擔費用，做爲在網絡上爲其投放廣告的回報。

航空公司還經過使用減小數據消耗的圖像音頻壓縮過濾器來節省帶寬成本。

航空公司可以在一晚上之間安裝ATG系統，而衛星系統只需幾天時間

四、放眼將來

空中Wi-Fi的將來，看起來是會變的更快、更可靠。高通量衛星將更有效地利用給定的衛星頻率，並採用一種新的天線技術，這種技術依賴於點波束而不是寬波束。什麼是寬波束呢？傳統的衛星使用寬波束，僅用一束光就能覆蓋一個國家那麼大的區域。可是這樣作的一個明顯的缺點是，在這個波束內的全部飛行必須共享帶寬。有了點波束，HTS衛星能夠聚焦在一架飛機上，而衛星能夠廣播多個這樣的點波束，使每架飛機的帶寬大大提升。Gogo目前也在努力在2021年以前爲美國和加拿大的ATG飛機提供5G服務。

隨着更好的衛星、更好的天線和更多的服務提供商不斷加入，咱們很快就會像在家裏同樣享受高空中的自由衝浪。

遺憾的是，這也意味着你不再能以坐飛機爲藉口不回覆郵件了，haha~

原文連接：https://onezero.medium.com/wh...

歡迎點擊「京東雲」瞭解更多精彩內容

以上信息來源於網絡，由「京東雲開發者社區」公衆號編輯整理，不表明京東雲立場。