5G-ATG機載設備CTSO草案首發

GOGO5G-ATG信號塔。郭躍　　隨着我國航空客運市場的快速回暖和民航旅客對機上互聯網連接服務的更多需求，5G空地寬帶網絡（5G-ATG）作為一項重要的機上互聯網連接手段受到各方關注。2024年1月17日，中國民航局發佈《面向航空器后艙互聯網應用的5G空地寬帶網絡機載設備》技術標準規定（CTSO）草案（以下簡稱草案），並面向社會公開徵求意見。這是繼2023年5月工信部批准中國移動使用4.9GHz頻段進行5G空地寬帶網絡試驗后，5G空地寬帶網絡領域的又一重要里程碑。背景　　根據中國民航局2021年底數據披露，國內3856架客運飛機中僅有213架具備空中接入互聯網能力，乘客的上網預期和實際體驗仍有差距，這一情況與我國民用通信技術的發展水平不匹配。5G通信是我國核心優勢技術，為推動5G技術與民用航空產業高質量融合發展，中國民航局於2021年4月發佈《中國民航新一代航空寬帶通信技術路線圖》，提出「大力推進新一代航空寬帶通信的應用，建設公用、專用相結合的民航5G網絡，積極構建國際一流的現代化民航通信基礎設施體系，助力智慧民航運輸系統的建設與運行」的發展目標；同年12月，中國民航局《「十四五」民用航空發展規劃》明確提出，加快擴大5G、大數據、區塊鏈、人工智能、北斗系統等技術的民航應用。　　空地寬帶（ATG）和衞星通信是機上互聯網的兩大技術路線。目前，我國民航機上互聯網主要採用衞星通信方式，其主要優勢是全球覆蓋、受天氣影響小等，但也具有組網成本高、上行帶寬小、通信延迟高等缺點。2023年我國民航國內航班數佔航班總數約92%，這些國內航班大多數全程在我國陸地領土和近岸海域之上飛行，所以基於地面基站的5G空地寬帶網絡已經能較好滿足我國目前大部分航班需求。作為國內航線主力機型的空客A320和波音737系列飛機絕大部分不具備機上互聯網功能，國產C919飛機當前亦不具備機上互聯網功能，面向后艙乘客的機上互聯網市場空間廣闊。草案主要內容　　草案中明確「面向航空器后艙互聯網應用的5G空地寬帶網絡機載設備」的適航安全等級為E級，即功能喪失為無安全影響失效狀態。規定了機載空地寬帶終端、機載有源陣列天線、機載功放單元的最低性能標準及其性能測試方法。　　草案對機載空地寬帶終端的主要性能指標提出要求，明確5G空地寬帶網絡機載設備峰值吞吐量的測試方法是：通過信道仿真儀模擬飛機在距離基站高度為3.15千米、水平0千米、地速1200千米/時的飛行狀態下，用戶數據報協議業務UDP吞吐量滿足參數要求；空地接入距離測試方法是：通過信道仿真儀模擬飛機距離基站高度10千米、水平270千米、地速1200千米/時的飛行狀態下，終端可正常接入。國外情況　　美國GOGO公司正在建設完善一張覆蓋美國全境和加拿大部分地區的5G空地寬帶網絡，主要面向公務航空客户。GOGO公司宣稱其5G空地寬帶產品預計能夠提供平均25Mbps，峰值75~80Mbps的下行通信流量（GOGO採用2.4GHz頻段）。從2022年開始，該公司僅用了不到一年的時間即完成了全美150座5G空地寬帶地面站的改裝建設工作。GOGO公司最新的LX5空地寬帶機載設備硬件單套銷售價格約11.5萬美元，無限流量套餐月租費用5000美元（不支持視頻播放），支持視頻播放功能的無限流量套餐價格為10000美元。　　美國SmartSky公司也正在建設5G空地寬帶網絡系統，該公司還與霍尼韋爾公司合作，使飛機可通過SmartSky空地寬帶網絡接入霍尼韋爾Forge飛行效率服務系統，支持航班運作、導航數據庫更新等操作。SmartSky空地寬帶網絡每個信號波束一次只與一架飛機通信，可提供更安全、更低延迟的通信保障。幾點認識　　草案通信性能指標要求高，國內通信領域技術能力強。相比國外運營商公開的性能參數，中國民航局草案對5G空地寬帶性能的指標要求頗高，中國民航局編制説明中明確表示「由於沒有相關標準作為參考，標準中的主要來源主要為國內相關工業方的技術指標」，國內民用通信領域技術領先優勢可見一斑。　　技術標準規定是針對新增機載設備的最低性能標準和附加要求，制定較高的技術標準規定有益於依託我國5G通信領域的發展優勢實現空地寬帶網絡領域的「彎道超車」，亦有助於該技術未來拓展更多的應用方式，但高標準必定帶來高門檻，一定程度上不利於相關設備行業的充分發展競爭。　　5G空地寬帶與機載衞星通信相比具有低成本和通信延迟優勢。雖然以星鏈為代表的低軌衞星星座的快速發展很大程度彌補了地球同步軌道衞星通信延迟高、帶寬小、成本高的短板，但5G空地寬帶網絡技術相比衞星通信技術低網絡延迟和低布站成本的優勢依然明顯。仍如以草案規定的終端最大接入距離下限270千米計算，我國理論上僅需 40余座地面站即可實現國土範圍內空中5G信號覆蓋；再考慮到覆蓋範圍內飛機流量、信號強度、建設成本等因素，有機構初步測算滿足國內民航后艙聯網需求約需地面基站1000座。　　5G通信低延迟的優勢也不容忽視。「當華爾街精英不得不在萬米高空參加視頻會議時，衞星通信帶來的高網絡延迟會使得對話交流變得極不流暢。」低通信延迟不僅可以為乘客帶來更好的通話體驗，還可以提升高性能雲服務器的接入連接速度，以支持未來更加智能和自動化的四維空中交通管理需求。　　應充分發揮5G空地寬帶網絡在前艙的應用潛力。具有高帶寬、低延迟優勢的5G空地寬帶網絡未來或將進一步拓展互聯航電系統的功能邊界，例如，通過地對空網絡實現更實時全面的飛行監控、更準確清晰的空管調度指令收發、更細緻的飛行航路規劃，甚至是實現地面監控和輔助下的單飛行員駕駛等功能，可能帶來民航運營模式的變革。　　當前，爲了解決航空器的信息孤島問題，滿足前艙飛行員對飛行全過程中天氣等影響因素更加實時和準確的感知能力需求，越來越多的航電廠商正在將互聯化的概念引入綜合駕駛艙系統。例如，霍尼韋爾公司推出了「頌歌」（Anthem）「始終在線的雲連接」（always-on cloud-connected）綜合駕駛艙系統，佳明公司推出Connext互聯駕駛艙航電系統，泰雷茲推出FlytX綜合駕駛艙系統等。對於GOGO公司面向的小中型公務飛機客户而言，前艙后艙的概念甚是模糊，GOGO公司同樣將為前艙飛行員提供電子飛行包實時更新作為賣點之一。　　中國民航局在草案編制説明中指出「該標準確定僅用於航空器后艙互聯網應用，暫不涉及空中交通管制、駕駛艙數據鏈、飛機狀態監測等功能」，即意味着該標準並不適用於其他與飛行安全和操作相關的應用場景。隨着技術的不斷進步和發展，相關試驗數據的積累以及國產設備的進步，未來的5G-ATG機載設備可能會具有更高的性能和更廣泛的應用範圍，將會逐步涉及駕駛艙數據鏈，並與當前空中交通管制系統融合，屆時將編制完善面向航空器前艙數據傳輸的5G-ATG機載設備技術標準規定」。考慮到霍尼韋爾「頌歌」雲連接駕駛艙系統預計將於2025年完成取證，霍尼韋爾和泰雷茲互聯飛行管理系統預計將在2026年在空客A320等型號裝機。「互聯飛機」「互聯航電系統」等概念已成為新一代航電產品重要發展趨勢，為緊跟相關產品發展態勢，我國應結合國內5G通信技術優勢，有序加快后艙5G空地寬帶網絡設備研製和裝機應用進程；同時，利用相關經驗，充分挖掘5G空地寬帶網絡在前艙的應用潛力，持續推動「5G+航空」高質量發展。（本文作者單位系中國航空工業發展研究中心）