國產(chǎn)機載Ka衛(wèi)星天線解決方案淺析

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背景

航空互聯(lián)網(wǎng)熱潮下，國內(nèi)越來越多的企業(yè)投身于這個領(lǐng)域掘金，有積累了十多年的企業(yè)，也有入行僅數(shù)年的新銳公司，部分國產(chǎn)航電陸續(xù)突破了FAA、EASA、CAAC三大適航門檻，產(chǎn)品也由IFE系統(tǒng)中的視頻播放系統(tǒng)、音頻播放系統(tǒng)，拓展到客艙Wi-Fi系統(tǒng)。

國產(chǎn)航電企業(yè)的產(chǎn)品體系經(jīng)歷了零部件到簡單系統(tǒng)的跨越，但這些創(chuàng)新，大多集中在飛機客艙內(nèi)部，基本不涉及飛機機體結(jié)構(gòu)的變化。隨著空中接入互聯(lián)網(wǎng)的需求的日漸迫切，一些國內(nèi)航電企業(yè)開始涉足更復(fù)雜的機載衛(wèi)星天線的系統(tǒng)集成工作。

筆者寫過多篇文章討論機載Ku與Ka衛(wèi)星解決方案，并認為機載Ka方案是大勢所趨，加上國外已有多種成熟Ku解決方案，國產(chǎn)Ku方案動力略顯不足；而Ka解決方案國外也僅發(fā)展了數(shù)年，國內(nèi)外差距有限，本文將重點探討國產(chǎn)Ka解決方案的進展情況。

ARINC-791規(guī)范淺析

說到做產(chǎn)品，一定離不開標準規(guī)范，為了規(guī)范指導(dǎo)Ku衛(wèi)星天線和Ka衛(wèi)星天線機載航電產(chǎn)品開發(fā)和適航改裝，美國航空電子ARINC標準下特別制定了ARINC-791標準，該標準作為一個全球行業(yè)公認的參考指引標準，可以作為衛(wèi)星天線開發(fā)者重要的參考依據(jù)。

該標準分為兩個部分：

第1部分：提供了Ku頻段和Ka頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)的概述，定義了天線子系統(tǒng)，包含OAE（外部天線單元）、KANDU(Ku或Ka天線控制單元)、KRFU(Ku或Ka射頻單元)等三個部件，以及ModMan（調(diào)制解調(diào)器）部件，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，相關(guān)接口，安裝固定等相關(guān)要求。

第2部分：提供了衛(wèi)星系統(tǒng)的接口定義。包含天線子系統(tǒng)內(nèi)接口定義，特別是ModMan與天線子系統(tǒng)之間的接口定義，包含OpenAMIP、SNMP等協(xié)議要求。

參照ARINC-791標準，國內(nèi)企業(yè)研發(fā)的Ka衛(wèi)星天線就具備了與海內(nèi)外相關(guān)航空產(chǎn)品的互通性，避免遭遇通用性門檻。

海外Ka天線設(shè)備現(xiàn)狀

與擁有上億量級用戶的地面移動通信行業(yè)相比，衛(wèi)星行業(yè)是一個較小眾的垂直市場，因此這個行業(yè)沒有形成統(tǒng)一的標準，各廠家通信協(xié)議封閉，雖然采用類似的技術(shù)，但在協(xié)議互通性上，無法做到像移動通信那樣遵守一個開放統(tǒng)一的空口標準，因此在商業(yè)衛(wèi)星領(lǐng)域，主要市場基本被國外傳統(tǒng)大企業(yè)所占據(jù)，有Huges、Viasat、Idirect、Gilat、Comtec、Newtec等國外廠家。

Ka寬帶衛(wèi)星業(yè)務(wù)也是近年來，隨著寬帶需求迅猛發(fā)展及技術(shù)的突破，而出現(xiàn)的新生事物，目前在航空互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，Ku衛(wèi)星天線技術(shù)仍然占據(jù)主流，隨著Ku衛(wèi)星資源利用率越來越高，一些新興的進入者開始在Ka衛(wèi)星資源上彎道超車。比較典型的案例就是美國的Viasat，其作為一家擁有Ka衛(wèi)星資源的運營商，面對基本被瓜分完畢的美國航空互聯(lián)網(wǎng)市場，通過Ka解決方案近乎完美的用戶體驗，一舉打破了GoGo、松下航電、全球鷹三足鼎立的格局，在美國新增市場和一些剩余市場攻城略地，也在航空互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域刮起了Ka的旋風(fēng)。

Inmarsat在第三代海事衛(wèi)星、第四代海事衛(wèi)星上成功實現(xiàn)了語音電話和窄帶數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)規(guī)模應(yīng)用。面對日益高漲的客艙互聯(lián)網(wǎng)寬帶需求，Inmarsat在第五代海事衛(wèi)星方案上，選擇了Ka頻段，機載天線設(shè)備與霍尼韋爾合作（Jetwave產(chǎn)品），推出了GlobalXpress服務(wù)，成功在美國以外的歐洲市場、亞太、中東市場迅速發(fā)展壯大。

目前海外較為成熟的Ka解決方案為以上兩種。目前，此兩種方案或因為地面網(wǎng)絡(luò)原因，或因為政策許可問題都無法直接在國內(nèi)應(yīng)用。

國產(chǎn)Ka天線解決方案

國內(nèi)首顆Ka寬帶衛(wèi)星中星16號，2017年4月發(fā)射升空，2018年投入商業(yè)運營。機載通信市場被認為是Ka寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)的重要應(yīng)用板塊，但機載Ka衛(wèi)星天線一直是制約Ka衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在航空市場商用的關(guān)鍵因素之一。

曾幾何時，衛(wèi)星天線設(shè)備成為了國外設(shè)備廠家的自留地，鮮有國內(nèi)廠家介入。舉個例子，上世紀90年代，中國電信的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)大建設(shè)期間，筆者當時所供職的郵電部設(shè)計院專門設(shè)置了兩個衛(wèi)星設(shè)計室，同事們最疲于應(yīng)付的就是出國考察清一色的歐美廠家。也因此，衛(wèi)星成為昂貴的代名詞。

2000年后，我國陸地移動通信行業(yè)取得快速發(fā)展，海洋通信需求也迫切起來，國內(nèi)陸續(xù)涌現(xiàn)了一大批衛(wèi)星集成制造企業(yè)，開始在海洋衛(wèi)星通信領(lǐng)域掘金。彼時，公務(wù)船、客輪、游輪、貨運船、乃至漁船寬帶通信需求突然爆發(fā)，剛開始歐美衛(wèi)星設(shè)備廠家仍舊擺出高高在上的姿態(tài)；但國內(nèi)衛(wèi)星集成制造企業(yè)相繼推出了物美價廉的衛(wèi)星終端產(chǎn)品，甚至把衛(wèi)星設(shè)備的價格打到數(shù)萬人民幣一套；而歐美企業(yè)高昂的成本，使其產(chǎn)品最終難以在中國市場立足。目前在海洋衛(wèi)星通信終端領(lǐng)域，歐美完整的解決方案基本退出了中國市場。

當然，衛(wèi)星通信中核心的調(diào)制解調(diào)器市場，仍被歐美廠家把持，只有一些專網(wǎng)或者保密通信單位采用了我國自主研發(fā)的調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)品。

現(xiàn)階段，國內(nèi)衛(wèi)星終端制造產(chǎn)業(yè)已形成一定規(guī)模，涌現(xiàn)了大批優(yōu)秀的衛(wèi)星終端制造企業(yè)，也陸續(xù)有企業(yè)開始涉足機載衛(wèi)星終端設(shè)備的制造，諸如成都的GlobalWay和西安的SATPRO，國產(chǎn)Ka衛(wèi)星解決方案產(chǎn)業(yè)環(huán)境業(yè)已成熟。

有了下游的Ka天線廠家，加上與地面配套的ModMan和配套的Ka天線罩，國產(chǎn)Ka天線硬件解決方案就完備了，加上國產(chǎn)Wi-Fi設(shè)備，由航電設(shè)備廠家負責(zé)集成與適航取證，打造基于中星16號的Ka衛(wèi)星天線解決方案，就顯得順理成章。國內(nèi)目前已有幾家企業(yè)在做這樣的嘗試，不過各自選擇的路徑不盡相同，有些企業(yè)選擇了Ku/Ka雙頻天線，有些企業(yè)選擇了Ka天線。

筆者愚見，采用Ka天線將是大趨所勢，畢竟雙頻天線本質(zhì)上是兩套系統(tǒng)，一套工作，另一套閑置，兩套系統(tǒng)的增重，運營切換繁瑣、系統(tǒng)復(fù)雜、維護成本高等問題導(dǎo)致在實際應(yīng)用中困難重重。Viasat就是典型的案例，作為航空互聯(lián)網(wǎng)的后來者，Viasat的Ka方案只有區(qū)域覆蓋，面對Ku全球覆蓋的優(yōu)勢，Viasat只好下決心完成了Ku/Ka雙頻衛(wèi)星天線的開發(fā)和適航取證。但由于增重明顯、組網(wǎng)切換等諸多問題，歐美的航空公司并不認可Ku/Ka雙頻天線，Viasat最終放棄了Ku/Ka雙頻天線方案，轉(zhuǎn)而全力推動Ka衛(wèi)星的覆蓋范圍，大力發(fā)展Ka單頻天線?？梢哉f，Ku/Ka雙頻天線方案目前在國際上尚沒有成功案例。

觀點

隨著人民對美好生活的不斷追求與落后的客艙娛樂服務(wù)的矛盾日益突出，強調(diào)客戶體驗的航空互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)已箭在弦上，無論是客艙娛樂系統(tǒng)升級改造，還是空中接入互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)，都成為航空公司未來品牌和服務(wù)競爭的重點，客艙娛樂系統(tǒng)升級改造或航空互聯(lián)網(wǎng)改造與升級必將成為航空運輸業(yè)未來3-4年的行業(yè)焦點，國產(chǎn)Ka解決方案的出現(xiàn)無疑將極大促進此項工作推動落地執(zhí)行，使得航空公司有更多的選擇機會。

我國由航空大國向航空強國邁進，強大的航空制造能力是基礎(chǔ)。航空互聯(lián)網(wǎng)作為滿足客艙娛樂通信需求的主要手段，具有設(shè)備等級要求相對較低及開放的特性，完全可以作為我國航空電子制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的彎道超車機會。在空間信息應(yīng)用與服務(wù)成為國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的大背景下，借助我國移動互聯(lián)網(wǎng)和通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢，結(jié)合我國航空制造產(chǎn)業(yè)積累的寶貴經(jīng)驗，我們有理由相信，國產(chǎn)機載Ka衛(wèi)星天線解決方案必將擁有更加燦爛的明天！