5G-ATG机载设备CTSO草案首发

GOGO5G-ATG信号塔。郭跃随着我国航空客运市场的快速回暖和民航旅客对机上互联网连接服务的更多需求，5G空地宽带网络（5G-ATG）作为一项重要的机上互联网连接手段受到各方关注。2024年1月17日，中国民航局发布《面向航空器后舱互联网应用的5G空地宽带网络机载设备》技术标准规定（CTSO）草案（以下简称草案），并面向社会公开征求意见。这是继2023年5月工信部批准中国移动使用4.9GHz频段进行5G空地宽带网络试验后，5G空地宽带网络领域的又一重要里程碑。背景根据中国民航局2021年底数据披露，国内3856架客运飞机中仅有213架具备空中接入互联网能力，乘客的上网预期和实际体验仍有差距，这一情况与我国民用通信技术的发展水平不匹配。5G通信是我国核心优势技术，为推动5G技术与民用航空产业高质量融合发展，中国民航局于2021年4月发布《中国民航新一代航空宽带通信技术路线图》，提出“大力推进新一代航空宽带通信的应用，建设公用、专用相结合的民航5G网络，积极构建国际一流的现代化民航通信基础设施体系，助力智慧民航运输系统的建设与运行”的发展目标；同年12月，中国民航局《“十四五”民用航空发展规划》明确提出，加快扩大5G、大数据、区块链、人工智能、北斗系统等技术的民航应用。空地宽带（ATG）和卫星通信是机上互联网的两大技术路线。目前，我国民航机上互联网主要采用卫星通信方式，其主要优势是全球覆盖、受天气影响小等，但也具有组网成本高、上行带宽小、通信延迟高等缺点。2023年我国民航国内航班数占航班总数约92%，这些国内航班大多数全程在我国陆地领土和近岸海域之上飞行，所以基于地面基站的5G空地宽带网络已经能较好满足我国目前大部分航班需求。作为国内航线主力机型的空客A320和波音737系列飞机绝大部分不具备机上互联网功能，国产C919飞机当前亦不具备机上互联网功能，面向后舱乘客的机上互联网市场空间广阔。草案主要内容草案中明确“面向航空器后舱互联网应用的5G空地宽带网络机载设备”的适航安全等级为E级，即功能丧失为无安全影响失效状态。规定了机载空地宽带终端、机载有源阵列天线、机载功放单元的最低性能标准及其性能测试方法。草案对机载空地宽带终端的主要性能指标提出要求，明确5G空地宽带网络机载设备峰值吞吐量的测试方法是：通过信道仿真仪模拟飞机在距离基站高度为3.15千米、水平0千米、地速1200千米/时的飞行状态下，用户数据报协议业务UDP吞吐量满足参数要求；空地接入距离测试方法是：通过信道仿真仪模拟飞机距离基站高度10千米、水平270千米、地速1200千米/时的飞行状态下，终端可正常接入。国外情况美国GOGO公司正在建设完善一张覆盖美国全境和加拿大部分地区的5G空地宽带网络，主要面向公务航空客户。GOGO公司宣称其5G空地宽带产品预计能够提供平均25Mbps，峰值75~80Mbps的下行通信流量（GOGO采用2.4GHz频段）。从2022年开始，该公司仅用了不到一年的时间即完成了全美150座5G空地宽带地面站的改装建设工作。GOGO公司最新的LX5空地宽带机载设备硬件单套销售价格约11.5万美元，无限流量套餐月租费用5000美元（不支持视频播放），支持视频播放功能的无限流量套餐价格为10000美元。美国SmartSky公司也正在建设5G空地宽带网络系统，该公司还与霍尼韦尔公司合作，使飞机可通过SmartSky空地宽带网络接入霍尼韦尔Forge飞行效率服务系统，支持航班运作、导航数据库更新等操作。SmartSky空地宽带网络每个信号波束一次只与一架飞机通信，可提供更安全、更低延迟的通信保障。几点认识草案通信性能指标要求高，国内通信领域技术能力强。相比国外运营商公开的性能参数，中国民航局草案对5G空地宽带性能的指标要求颇高，中国民航局编制说明中明确表示“由于没有相关标准作为参考，标准中的主要来源主要为国内相关工业方的技术指标”，国内民用通信领域技术领先优势可见一斑。技术标准规定是针对新增机载设备的最低性能标准和附加要求，制定较高的技术标准规定有益于依托我国5G通信领域的发展优势实现空地宽带网络领域的“弯道超车”，亦有助于该技术未来拓展更多的应用方式，但高标准必定带来高门槛，一定程度上不利于相关设备行业的充分发展竞争。5G空地宽带与机载卫星通信相比具有低成本和通信延迟优势。虽然以星链为代表的低轨卫星星座的快速发展很大程度弥补了地球同步轨道卫星通信延迟高、带宽小、成本高的短板，但5G空地宽带网络技术相比卫星通信技术低网络延迟和低布站成本的优势依然明显。仍如以草案规定的终端最大接入距离下限270千米计算，我国理论上仅需40余座地面站即可实现国土范围内空中5G信号覆盖；再考虑到覆盖范围内飞机流量、信号强度、建设成本等因素，有机构初步测算满足国内民航后舱联网需求约需地面基站1000座。5G通信低延迟的优势也不容忽视。“当华尔街精英不得不在万米高空参加视频会议时，卫星通信带来的高网络延迟会使得对话交流变得极不流畅。”低通信延迟不仅可以为乘客带来更好的通话体验，还可以提升高性能云服务器的接入连接速度，以支持未来更加智能和自动化的四维空中交通管理需求。应充分发挥5G空地宽带网络在前舱的应用潜力。具有高带宽、低延迟优势的5G空地宽带网络未来或将进一步拓展互联航电系统的功能边界，例如，通过地对空网络实现更实时全面的飞行监控、更准确清晰的空管调度指令收发、更细致的飞行航路规划，甚至是实现地面监控和辅助下的单飞行员驾驶等功能，可能带来民航运营模式的变革。当前，为了解决航空器的信息孤岛问题，满足前舱飞行员对飞行全过程中天气等影响因素更加实时和准确的感知能力需求，越来越多的航电厂商正在将互联化的概念引入综合驾驶舱系统。例如，霍尼韦尔公司推出了“颂歌”（Anthem）“始终在线的云连接”（always-oncloud-connected）综合驾驶舱系统，佳明公司推出Connext互联驾驶舱航电系统，泰雷兹推出FlytX综合驾驶舱系统等。对于GOGO公司面向的小中型公务飞机客户而言，前舱后舱的概念甚是模糊，GOGO公司同样将为前舱飞行员提供电子飞行包实时更新作为卖点之一。中国民航局在草案编制说明中指出“该标准确定仅用于航空器后舱互联网应用，暂不涉及空中交通管制、驾驶舱数据链、飞机状态监测等功能”，即意味着该标准并不适用于其他与飞行安全和操作相关的应用场景。随着技术的不断进步和发展，相关试验数据的积累以及国产设备的进步，未来的5G-ATG机载设备可能会具有更高的性能和更广泛的应用范围，将会逐步涉及驾驶舱数据链，并与当前空中交通管制系统融合，届时将编制完善面向航空器前舱数据传输的5G-ATG机载设备技术标准规定”。考虑到霍尼韦尔“颂歌”云连接驾驶舱系统预计将于2025年完成取证，霍尼韦尔和泰雷兹互联飞行管理系统预计将在2026年在空客A320等型号装机。“互联飞机”“互联航电系统”等概念已成为新一代航电产品重要发展趋势，为紧跟相关产品发展态势，我国应结合国内5G通信技术优势，有序加快后舱5G空地宽带网络设备研制和装机应用进程；同时，利用相关经验，充分挖掘5G空地宽带网络在前舱的应用潜力，持续推动“5G+航空”高质量发展。（本文作者单位系中国航空工业发展研究中心）