在国产C919大飞机上用5G上网！这到底是一种怎样的技术？
来源:物联网智库发布时间:2023-05-111974浏览
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资料来源：网优雇佣军等
作者：Alex
物联网智库 整理发布
导读
工信部已于近期批复了中国移动利用4.9GHz部分5G频率资源在国内有关省份开展5G ATG（5G地空通信技术）技术验证的申请。
中国5G网络覆盖之广令人惊叹——在海拔6500米的珠峰上、一望无垠的大海上、荒无人烟的戈壁滩，即便这些已经人迹罕至的地方，也能够见到5G的身影。但是，有一个地方你可能难以想象，那便是飞机上。
飞机上网一直是“老生常谈”的话题，然而兜兜转转了这么多年，很多乘坐过飞机的人至今都没有体验过真正的“空中上网”。每当空乘人员礼貌地提醒，“尊敬的乘客您好，感谢您乘坐xxx航班，飞机即将起飞，请您系好安全带，收起小桌板，调直座椅靠背，打开遮光板，请将您的手机和其他电子设备调成飞行模式或关机……”，这时所有人都清楚，在接下来的旅途中自己要暂时进入“世外桃源”模式了。
当然，有多少打工人也因为飞机不能上网而在暗搓搓的窃喜，毕竟那可是打工人的“最后一片净土”。
图片来源：工信部不过随着近期一则消息的流出，飞机上不能上网这件事可能也将成为历史。根据工信部网站5月5日消息，工信部已于近期批复了中国移动利用4.9GHz部分5G频率资源在国内有关省份开展5G ATG（5G地空通信技术）技术验证的申请。
这意味着，以前无法实现上网自由的飞机也将跟随地面同步进入5G时代，以后乘坐飞机出行的乘客再也不会在飞行途中“失联”了，也能够像在地面一样随时“网上冲浪”。当然，打工人的“最后一片净土”也就没有了，下了飞机之后，打开手机第一眼看到的不再是狂轰乱炸的电话和微信，毕竟飞机上也能上网办公了。
ATG进入5G时代
ATG全称为Air To Groud，其原理是通过运营商在地面上沿着飞机主要航线或在特定空域部署一定数量（覆盖全国主要航线1000站以内即可完成）的飞机专用通讯基站，然后把信号发射至高空，经过ATG基站覆盖范围的飞机便能利用安装在腹舱内的ATG接收器接收地面无线信号，实现地空通信。
图片来源：网优雇佣军不过需要说明的是，虽然地面基站可以与飞机直接进行信息传输，但坐在舱内的乘客则是通过CPE（Customer Premise Equipment）机载通信设备将基站信号转为Wi-Fi信号来实现空中上网，就如同在家使用Wi-Fi一样。
ATG作为主要机载Wi-Fi技术之一，并非什么新概念。在全球，ATG是主流市场陆上航线地空通信的主要手段，如美国就是全球最早商用3G ATG网络的市场。在我国，2018年12月，中国商飞就已首次圆满实现在ARJ21飞机103驾机上对ATG地空宽带通信系统的测试测飞。2021年9月1日，国家无线电办公室印发《关于加强地空移动通信（ATG）业务无线电管理有关事宜的通知》，进一步为ATG的商业化运营做好了准备。
今时不同以往的是，工信部本次批复为5G ATG，基于5G公众移动通信技术所实现。由于此前ATG技术并不成熟，加之蜂窝网络体验效果一般，因此并未在地空通信中掀起太大的风浪，而5G的加持则将有望彻底改变外界对ATG的看法。
根据《科创日报》得到的消息，中国移动的5G ATG方案可以为每架飞机提供420Mbps峰值下载速率和66Mbps峰值的上行速率，最大覆盖半径达300千米。这一速度简直比地面上的4G都要“丝滑”，连接距离让2G都“望尘莫及”。而之所以有如此革命性的成果，就不得不提5G ATG所基于的5G主要技术特征了。
比如工信部的文件中提到，5G ATG将使用波束赋形天线，这可是5G的杀手锏之一。波束赋形按照字面意思解释，就是“赋予波束一定的形状”，而“波”就是电磁波的意思。我们常见的光也是一种电磁波，不妨举个通俗一点的例子，以灯泡作为一个光源，它所发出来的光通常都是没有方向性的，只能不断向四周耗散；另外把手电筒作为一个光源，可以看到手电筒可以把光集中辐射到一个方向上，能量更加聚焦，因此照得也更远。
图片来源：无线深海而波束赋形正是运用了这一原理，通过让基站把电磁波信号聚焦成几支电磁波束，专门指向各个飞机发射，就能够有效避免能量的浪费，从而让信号传递得更远，并且飞机收到的信号也更加强。
虽然上述批复仅用于验证，但验证的下一步就是应用。可以说，5G来了，ATG也就来了。根据公开消息，本次批复，中国移动将率先联合中国飞行试验研究院开展国产大飞机试飞数据宽带传输验证，试点的飞机机型包括中国商飞的ARJ21和C919。未来政策上放关，将作为预装配置随飞机一起出厂。
通信产业玩家已摩拳擦掌
本次的“幸运儿”无疑是中国移动，但实际上，国内电信运营商、电信通信设备商早已是“摩拳擦掌、跃跃欲试”。
中国移动
在拿到本次批复之前， 中国移动早在2020年便推出了中移九霄5G地空通信平台。通过定制5G机载系统，中移九霄5G地空通信平台提升了网络性能，采用100MHz频谱，实现下行峰值速率800Mbps，上行峰值速率150Mbps；定制5G基站系统，单站最大覆盖半径300Km，支持偏远和近海航线场景覆盖，支持1200Km/h的移动性。
2021年，在第五届“COMAC国际科技创新周”活动上，中国移动再次提前透露，在技术层面，国内5G频率中中国移动4.9G频段在使用性质、业务类型、许可权限上已均满足工信部相关要求。另外会议现场还展示了中国移动在5G ATG方面与生态合作伙伴共同研发的技术成果、5G地空通信（ATG）相关业务产品，包含5G ATG 机载天线、5G ATG 机载CPE、5G ATG 定制BBU、ATG 定制AAU等。
中国电信
2020年底，中国电信就已开通北京至成都、上海、广州三条ATG试验航线。
2021年5月底，中国电信再次公开表示，将投入电信频率100MHz资源，融合航空移动频率10MHz，采用混合组网方式，结合天翼云资源为中国民航定制5G ATG空地云专网。计划实现全国航线的网络覆盖，机载设备同步完成适航。网络建成后，单架飞机峰值带宽将高达1Gbps。
中国联通
早在2017年，中国联通就宣布旗下全资子公司联通宽带在线有限公司，航美在线网络科技有限公司与成都海特高新子公司海特凯融航空科技有限公司，共同成立联通航美网络有限公司，入局开发中国航空市场，为中国联通机载通信业务提供产品集成、业务平台研发、客户服务等技术支撑工作。
中兴通讯
2005年，中兴通讯便进入ATG领域，拥有3G/4G ATG规模商用经验，为知名ATG服务提供商美国Gogo公司承建了全球最早、规模最大的3G ATG网络。
其业界首创的地面网络与空中ATG网络同频技术，可节省运营商无线频谱资源，实现频谱有效复用；定制化的地面和机载天线、beamforming技术、波束跟踪技术等，可满足乘客互联网与航空公司的信息交互。凭借其地面通信技术积累，中兴通讯攻克特殊场景应用、特定区域覆盖、地面网络干扰隔离等一系列难题。
图片来源：鲜枣课堂2020年8月，在第二届中国民航互联飞机大会上，中兴通讯推出了业界首个5G ATG解决方案，可支持1200km/小时的超高飞行速度以及300km的超广覆盖半径。
ATG未来可期
虽然产业链很积极，大家看了也乐呵，但不得不说的是，按照飞机上网这么多年的缓慢推进节奏，5G ATG也一定是一件需要耐心的事情。根据2020年的数据，中国民航飞机可联网率约为5%，而作为对比，美国为83%，全球联网比例49%，可见未来中国还有很长的路要走。
而且，即便ATG在未来突破了商业模式、改装成本、政策法规的限制，也一定不是“空中上网”的唯一技术。事实上，目前飞机上网主要的方式就有两种，除了ATG之外，还有一种卫星通信方案，更直接一点，后者才是目前飞机上网的主流形式。卫星通信方式是将卫星天线安装在飞机顶部，机舱内加装通信卫星的转发器，并在机舱内部署Wi-Fi接入点。
图片来源：民航发展规划研究院两种方案相比较，各有优缺点，因此并不能简单总结谁会取代谁。比如，相比卫星通信的方式，ATG在成本、网络质量等方面占有绝对的优势，另外ATG技术可以随着基站的升级而升级，卫星通信想要升级就困难太多了。但是ATG在网络覆盖上也有明显的劣势，那便是无法覆盖地球上占比更多的海洋，或无法部署基站的偏远沙漠或地形复杂的山地。
不过在我国，根据《中国民航统计公报》显示，2019年国内航班占我国可计总规模超过80%。国内航班的航线主要在陆地和近海，因此ATG方法将来一定大有发展。
参考资料：1.《想在万米高空实现“上网自由”，为什么这么难？》，科普中央厨房2.《终于，网络上天了》，网优雇佣军3.《5G怎样实现波束赋形》，无线深海
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