ATG（地空通信），真的能成功吗？

本文介绍了ATG（地空通信）是什么，怎么实现。

到底什么是ATG？

我们先来回顾一下，到底什么是ATG。

ATG，就是Air To Ground，空对地通信，也叫地空通信。

ATG是一种非常特殊的通信技术，专门为天上的飞机提供服务。

简单来说，就是沿着飞机的航线，设置大量的地面基站。基站的天线朝向天空，为飞机提供移动通信信号覆盖，以此实现飞机的互联网连接。

ATG（地空通信）

如今这个信息时代，大家时时刻刻都离不开手机，离不开互联网。但是，每当我们坐飞机出行，就会面临在飞机上无法上网的难题。

根据数据显示，民航旅客的单次航班平均飞行时长约为2.5小时。对很多人来说，这2.5小时不能上网，不能收发微信，不能刷剧，就很难熬。

一些商务人士，网络连接需求更加迫切。他们需要时刻保持“在线”，以免错过重要的邮件和消息。

根据国际海事卫星组织（Inmarsat）调查显示，空中上网已成为继机票价格、航班时刻后影响旅客选择的第三大因素。飞行时间超过4小时后，旅客上网意愿接近100%。

除了乘客之外，网络连接服务对于飞行员、空乘等机组人员也是非常有用的。

飞机分为前舱和后舱。乘客、空姐所处的区域，是后舱。飞行员所处的驾驶室区域，就是前舱。

飞机驾驶舱（前舱）

ATG可以帮助传输前舱的重要数据，例如飞行数据、舱内视频数据、飞机位置和姿态数据、飞机健康监控数据等。机组成员佩戴无线健康手环，也可以通过ATG，将身体状态数据同步给地面。

ATG还可以支持一种叫电子飞行包（EFB）的应用，以文字、照片、语音、视频等方式与地面实现即时通讯，实时查询航路、机场雷达回波图及各类气象资料等，帮助机组人员进行决策。

大家都听说过黑匣子。这个东西一般只能在事故发生后进行查询，但有了基于ATG的实时网络连接，飞机的很多动态数据，都可以随时被地面所掌握。这个功能的重要性，不言而喻。

ATG还可以在紧急情况下用于远程协助。例如有乘客突发疾病，地面人员可以及时获得准确的病状影像信息，空乘也可以获得地面的指导。

ATG有哪些技术优势？

目前来看，想要让飞机具备互联网连接，一共只有两种方式。

一种是通过卫星。在飞机上安装卫星通信装置，与卫星建立通信链路，实现上网。

这种方式的缺点很明显。

首先，是网速慢。

Ku低通量卫星单机带宽只有200Mbps，Ku/Ka高通量卫星是150Mbps。看上去好像还行，但实际上，受各种因素影响，体验速率往往达不到这个水平。

其次，是通信时延大。

高轨（36000km）、中轨（8000km）卫星离地面距离很远，空口时延高达270ms以上。低轨（几百km）稍微近一点，最理想的情况也有30ms。加上一些卫星与地面站的回传处理，时延就会更大，乘客上网体验会不太好。

第三，是价格贵。

卫星通信，涉及到卫星的研制、发射、运营及维护等环节，成本非常高，摊到用户头上，上网费用肯定不低。而且，卫星通信还涉及到卫星使用寿命问题。

中高轨15年，低轨5-8年，成本就更高了。

另一种方式，就是ATG。相比卫星通信，ATG更具优势：

首先，ATG速度更快。

ATG采用蜂窝移动通信5G技术，单机宽带可达420Mbps。

其次，ATG时延更低。

飞机的飞行高度一般在1万米左右，这个距离远远小于卫星高度，所以通信时延会比卫星更低（空口时延大约20ms）。

第三，ATG价格成本更低。

在网络侧，基站肯定比卫星便宜。ATG站址可以利用现有5G基站站址、传输和核心网资源。

ATG基站要单独买。根据测算，只需要1000个专用5G-ATG基站，就可以实现全国的航线覆盖。对运营商来说，这并不难做到。

在飞机侧，飞机需要改造才能支持卫星通信或ATG通信。根据有关机构的测算，在单机改造成本上，ATG大约是100-250万一架，卫星通信是300-400万一架，这又拉开了成本差距。

ATG有一点不如卫星，那就是覆盖能力：

卫星是全球全域覆盖，而ATG必须要有基站。海上是没有办法建设基站的。所以，对于国际航班（跨海比较多），ATG往往用不了，只能依靠卫星。

话说回来，国内航班的航线，90%都是在陆地上空。只有少部分场景，位于近海区域。所以，采用ATG，能够满足绝大部分国内航班的上网需求。

ATG的技术架构是怎样的？

ATG整个架构并不算复杂，主要分为地面部分和机上部分。

以5G-ATG为例，如下图所示：

地面首先是要有航线沿线的5G-ATG基站（略有不同），然后通过传输设备（和公网相同），连接到5G核心网（和公网相同，可单独设置）。

最后，乘客使用的互联网业务，连到Internet。前舱业务等，通过专线，连接到航空公司等平台。

机上部分，比较特别，涉及很多改造工作。

首先，要加装专门的天线，一般安装在机腹位置（卫星通信天线会安装在机背位置）。

然后，连接到CPE。再连接到机舱内的Wi-Fi装置，或前舱的专用网络设备。

ATG机上部分（图片来自网络）

从系统架构的角度来说，好像并不是很复杂。

ATG的主要技术挑战在飞机和基站之间的无线连接部分。

民航飞机的飞行速率一般是800千米/小时左右，最高可达1200千米/小时。飞行高度前面说过了，平流层飞行一般在1万米高空。

这么远的距离，这么快的速度，加上天气等因素的影响，想要保证网络连接的高速稳定，难度极大。

针对超高速移动带来的多普勒频移，需要通过算法设计和参数优化，进行补偿，尽可能降低频偏。

ATG系统的基站覆盖半径也比普通基站大得多。因为如果覆盖半径小，飞机飞得快，就会频繁发生小区切换，影响用户上网体验。

目前，通过采用特殊的帧结构、调整空口无线参数，中兴通讯的5G-ATG基站可以实现最大300km的小区覆盖半径，覆盖高度也可以达到13000米。

再有就是差异化的QoS保障。

飞机上的上网业务有很多，有的重要，有的不重要，需要通过设置不同的QCI业务优先级，对重点业务（飞行数据、控制数据等）进行保障。

第四就是天线。天线对信号的影响很大。采用相控阵天线，可以提升信号的指向性，增强信号收发效果，抑制干扰。

值得一提的是，国外很多ATG用的是专门的频段，且速率低，所以对天线要求不那么高。现在国内搞5G-ATG的话，基本上都是64T64R的定制化Massive MIMO天线，具备更强的波束赋形和波束跟踪能力。

航空飞行最重要的就是安全。

虽然ATG的技术不算很复杂，但落地不容易。在飞机上进行改造，绝对不像我们自己家随便走个线那么简单。哪怕安装一个很小的东西，都涉及非常复杂的研究和论证工作，还要层层审批。

ATG系统改造，只能通过飞机制造企业来完成，周期很长，手续很多。没有拿到民航局的适航证，改造就是非法的。

地面部分的改造，一般由电信运营商来完成，相对简单一些。但也涉及频谱资源分配、信号干扰抑制等复杂细节。