公务机卫星通信系统的选型考虑

宋歌

摘 要：公务机卫星通信系统作为未来通信发展的主要方向，提供了高覆盖率的语音和数据通信能力，为公务机客户实现了优越的飞行体验和客舱互联网体验。文章介绍了公务机在设计时对选择不同形式的卫星通信系统所需考虑的问题。

关键词：公务机 卫星通信 海事卫星 铱星 Ka/Ku

中图分类号：TN927 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（b）-0011-02

卫星通信系统在现代民用飞机技术发展中的地位逐渐提升，卫星通信从早期的语音通信，逐步到现在的数据通信，以及客舱的网络数据通信，未来卫星通信系统在新航行系统中将会发挥更重要的作用。

公务机作为一种省时、高效、安全、隐私性强、彰显尊贵的特种民用飞机，卫星通信所带来的便利性和安全性便成为一种公务机必备的机载系统。

1 卫星通信系统介绍

卫星通信系统是以卫星作为中继站转发微波信号，其主要目的是实现对地面的“无缝隙”覆盖，是基于地面和卫星进行数据和语音的空地传输。比起高频和甚高频通信系统，卫星通信可以传输更高质量的数据和语音记录。

卫星通信在民用航空应用中主要划分为驾驶舱（前舱）通信和客舱（后舱）通信。前者属于安全业务通信，需要高度完整性和快速响应。而后舱通信主要指机上乘客通信，机上乘客通过卫星或地面基站方式接入互联网或与地面人员进行语音通信，主要包括航空运营人的私人通信和公众通信。此类通信属非安全通信，所用电台为非制式电台。传统的甚高频通信范围只限于视距范围内，不能满足大型客机远程信息传输的需要。因此，需要依靠超视距传输的高频通信来实现。高频通信受到电离层不稳定因素影响，通信可靠性会一定程度地降低。

2 多种卫星通信系统的特点

目前ICAO认为能够为航班提供前舱和后舱安全通信的卫星通信系统有国际海事卫星Inmarsat、美国铱星Iridium，能够为后舱提供通信的卫星通信系统有Ku波段的商业卫星以及未来的Ka波段卫星。另外，国际上根据通信的实际需求，也衍生出了类似ATG的通信模式。

2.1 海事卫星通信特点

早期民用飞机主要通过使用L波段的海事卫星完成，海事卫星与航空地球站之间采用C频段，卫星与机载站之间采用L频段。它可以提供3个通信频道Aero-H+Classic、SwiftBroadband（SBB）和ACARS。

ACARS是通过VHF采用电传的方式实现了空地聯通，主要用于传输OOOI报告（OOOI代表推出廊桥、离地、落地、靠住廊桥4个状态），主要有两个标准：ARINC633标准信息，ARINC618用户自定义信息，后来1994年又发展出VHF数据链，提高了传输速率，目前VDL Mode2可以达到10.5kbps。特别是跨越大洋航路的需要，ACARS又加入了卫星链路，即Classic Aero是基于海事卫星通信的链路，速率为9.6kbps。

海事卫星公司也于2005年在它的四代星上提供基于3G的空中宽带业务，称为SBB，带宽为432kbps（上下行一致）。

2.2 铱星通信特点

铱星系统的通信传播方式首先是空中星与星之间的传播，之后是空地和陆地的传播，所以不存在覆盖的盲区，且系统不依赖于任何其他的通信系统进行话音通信服务，而仅通过星星、星地间的信息传输实现端到端的语音通信，是目前唯一真正实现全球通信覆盖的卫星通信系统。

铱星电话全球卫星服务无论在偏远地区或地面有线、无线网络受限制的地区都可以进行通话。但是其数据传输速率仅有2.4kpbs，因此除通话外，只能传送简短的电子邮件和慢速的传真。

2.3 Ku波段卫星

Ku波段频率高，一般在11.7～12.2GHz之间，不易受微波辐射干扰，Ku波段下行转发器发射功率大（大约在100W以上），能量集中，方便接收。但是Ku波段的雨衰耗较大，如果安装调试时没有考虑雨衰现象，接收机会出现噪波输出（模拟信号）或中断输出（数字信号）。通俗地说，Ku波段卫星在数据通信的速率上要远远大于海事卫星和铱星。

2.4 ATG通信

ATG即地面基站向空中发射信号模式。这种通信方式主要是为了降低机上互联网上网费用所开发的技术。通过在航路中架设地面基站，通过机载设备和地面基站的数据通信，实现机上互联网访问能力，其使用成本与卫星通信上网费用相比大幅降低。目前ATG通信主要在美国部分区域推广。但是其缺点也较为明显，地面基站的架设受地形和天气条件限制较多，尤其不能实现越洋飞行，并且航路覆盖范围也相对受限。

3 公务机卫星通信系统在国内的选型考虑

公务机的运行特点是：航线的不确定性，对使用成本的不敏感性，可用商载有限，对通信质量和效率有较高要求。所以公务机在选用卫星通信系统时，要充分考虑其与普通民用飞机的差异性。

对于铱星而言：铱星的机载系统重量和体积较小，通信覆盖率高，对公务机运行而言，可以节省更多的机身重量，提高通信的质量和连续性。但是其语音通信质量较高，其数据通信速率极低，无法承担客舱上网的功能。另外，由于铱星在中国境内的使用受到一定的限制，所以铱星对于公务机来说，并不是最佳的选择。

对于海事卫星而言：若选用传统Aero-H+ Classic或者ACARS频道进行通信，对于前舱语音通信或者报文这类低速率的数据通信而言，是足够的，但是无法满足客舱通信的要求。故采用多通道SBB系统的海事卫星，不仅可以满足前舱通信的要求，而且可以使用最高达432kbps的上网速率，能够满足基本的网络使用需求，比如邮件发送、微信、图片传输等。不过其上网费用较高，一般为5美元/M。

对于KU波段卫星而言：由于其基于IP的通信模式，KU波段卫星无法支持前舱通信，但是其后舱能够实现更高的上网速率（最高50M），基本实现了与传统宽带相同的上网体验，但是其缺点是KU波段机载设施的体积和重量较大，对公务机的设计重量会造成一定的负面影响。同时KU波段卫星受雨衰影响较大，对上网的质量造成一定的不确定影响。

对于ATG而言：公务机的航线与民用大型客机不同，民用大型客机的航线相对固定，采用ATG技术可以实现降低成本，提高上网速率的目标。但是公务机的飞行航线以客户需求为主，ATG无法实现完全覆盖，故公务机的客舱通信有效时间无法得到保证，所以不适用于公务机。同时，中国境内ATG的发展还处于前期拓展阶段，地面基站十分稀缺，因此国内使用ATG方式通信不具有普遍性。

对于KA卫星而言：其实下一代卫星通信技术，目前其是否能进入前舱使用存在疑问，若ICAO允许KA卫星信号前舱使用，同时KA也能提供较高的上网速率，可能会是未来公务机选用的较为理想的卫星通信系统。

4 未来发展

一套小型的卫星通信系统，就可以完成前舱和后舱的所有功能，这就是未来公务机卫星通信系统的所需要的特点。这就要求前、后舱数据应该严格进行物理隔离，需要一个多通道、具有独立物理隔离的系统，ARINC781附件8定义了需要严格隔离的数据，主要是要把驾驶舱涉及安全的数据隔离，目前多通道SBB是一个相对理想的选择；如果需要为后舱选择更高速率的系统，那么就可能需要安装双套卫星系统了（如SBB与Ka/Ku的结合），显然，对于公务机这种小型飞机，安装两套卫星通信系统会极大增加飞机的空机重量。

因此，未来若能够将L波段，KA/KU波段的天线进行多频段融合，开发一体化集成的卫星通信系统，使公务机能够采用较小的卫星通信设备，即可实现前舱的安全通信和后舱的高速网络访问。另外，基于IP通道数据链通信技术，若能够安全将前后舱数据进行有效的隔离，公务机未来也许仅采用KA或者KU波段的卫星通信系统，也可以实现前后舱的通信功能。

参考文献

[1] 闵士权.中国卫星通信现状和展望[J].中国航天，2002年09期.

[2] 刘金权.浅谈卫星通信的概况及发展[J].黑龙江科技信息，2013年04期.endprint