民航机载WiFi产业链展望调研投资分析报告.docx

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民航机载WiFi产业链展望调研投资分析报告

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民航机载通信服务，联通最后一个信息孤岛

机载通信系统介绍

民航机载通信系统是指机上乘客或机组人员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的系统。

机载通信一般包括前舱（驾驶舱）通信和后舱通信两部分。

前舱通信属于安全业务通信，需要高度完整性和快速响应。

而后舱通信主要指在飞机上安装WI-FI接入点（AP）以及机载服务器等设备向机舱内的终端乘客提供WI-FI无线数据上网等服务。

卫星或地面站和飞机之间采用航空专用频段，不会影响飞机正常飞行。

机舱内采用Wi-Fi接入，采用的频段和功率均经过论证、测试，不会影响飞机正常飞行。

图1：

民航机载通信系统后舱通信示意图

机载通信主要应用在运行控制、机务维修、地面服务、客舱互联网服务等几个方面。

其中，运行控制、机务维修、地面服务属于驾驶舱通信范畴。

表2：

民航机载通信的具体应用

随着移动通信和卫星通信等技术的发展，在民航客机行为旅客提供语音和数据移动通信业务在技术上已日趋成熟。

像ATG、海事卫星、中低轨卫星、热气球、无人机等，这些针对航空互联网接入技术新开发的技术，都只是解决了飞机的地空互联的问题，真正能解决航空乘客需求的是机载Wi-Fi。

机载Wi-Fi系统构成

机载Wi-Fi系统由三个部分构成：

机载硬件设备、通信连接技术以及地面站和其他支持工作。

机载硬件设备主要由客舱服务器、天线和天线罩以及舱内网络构成。

其中客舱服务器主要负责天线与客舱无线网络之间的连接和关闭任务；天线安装在飞机

外部用来发送和接受数据；天线罩一般采用空气动力学设计，用来覆盖和保护卫星通信天线；舱内网络设备则是创建了客舱内WI-FI网络的室内设备，例如无线接入点、射频转换器等等。

除了硬件本身，这些设备的安装、维护、网络管理和油耗等也是机载通信系统在飞机上实现功能的重要因素。

目前机载Wi-Fi可实现的技术有ATG（Air-To-Ground）和卫星通信两大类。

其中ATG技术需在地面建立大量的中继基站，向在不同高度层中飞行的飞机提供

宽带无线数据传输通道，但在跨洋飞行中不具备可行性；卫星传输技术得益于卫星较高的覆盖率以及供应商选择的多样性具备较高的可行性，目前主要的发展趋势为Ku波段卫星和Ka波段卫星。

目前我国的卫星主要为Ku波段卫星，带宽资源不足以满足中等机队规模的使用，Ka卫星技术为真正的宽带卫星，一颗卫星拥有的带宽容量是Ku卫星的百倍。

地面站和其他支持端包括地面基站、地面站运营管理和数据中心系统。

机载Wi-Fi服务的主要解决方案

基于技术角度，目前机载Wi-Fi服务主要有两大解决方案：

地空宽带（ATG）

无线通信系统和机载卫星通信系统。

地空宽带（ATG）无线通信系统

地空宽带（ATG）无线通信系统采用定制的无线收发设备，沿飞行航路或特定空域架设地面基站和对空天线，形成地空通信链路。

在机舱内，机载ATG设备

向乘客提供无线局域网数据业务，用户可通过WI-FI与之建立连接。

而在机舱外，实现地面基站与机载ATG设备建立数据链路。

最终将乘客与地面互联网连接到一起，实现上网服务。

地空宽带通信所提供的通信带宽可达数十兆甚至数百兆比特每秒。

地面用户手机信号是基于运营商通信基站上的发射天线获取，通常发射方式为横向，且有一定覆盖范围限制。

而“地空宽带”则是指天线发射为垂直方向，

且距离较长，所以可直达万米高空。

另外，地空宽带通信系统和飞机自身的飞行驾驶航行系统在物理层面上是独立的，并不会影响飞行安全。

地空宽带无线通信系统架构：

机载移动台系统、地面基站系统、核心网络系统。

地面基站沿飞行航线或在指定空域内部署，各个地面站通过网络连接构成一个专用网络，并能通过网关与其它地面通信系统（如：

GSM、CDMA、4G、PSTN、

Internet）连接。

机载移动收发电台与地面基站建立宽带无线链路，地面核心网

络提供机上业务落地后的路由选择。

图2：

地空宽带无线通信系统架构

机载卫星通信系统

卫星通信系统，基本由空间卫星系统、地面控制服务主站、移动交换系统以及用户终端等组成，用户终端发起的信息通过无线信号传递给在轨卫星、转接到

地面主站，由地面主站解码后，移动交换系统根据信息的目的地址将呼叫信息送至本网或他网的被叫用户，实现卫星通信。

卫星通信主要应于远距离地面及海洋通信等，可以提供话音、数据和视频图像等实时通信业务服务。

目前卫星通信的频率划分主要有L、S、C、Ku和Ka频段。

表3：

卫星通信不同频率对比

机载卫星通信系统由三部分组成，分别是空间段、地面段、以及机载段。

机载段，指的是位于飞机上的通信设备，包括机外天线、天线控制单元、高功放、调制解调器以及舱内无线接入设备。

其中，驾驶舱部分主要包括卫星收发

机、天线和控制系统。

机载卫星设备（AES）是卫星通信系统的空中部分，安

装于飞机上，和飞机的通信系统相连接。

地面段，主要指地面上负责发送和接收卫星信号以及对卫星网络进行管理的地面设施，通常称为地面站，包括天线、射频、主站Hub以及网管系统和网络运营中心（NOC）等设备/设施。

地面基站（GES）是卫星通信系统的地面部分，

和地面的通信网络相连。

空间段指的是通信卫星网络，提供地面基站（GES）和机载设备（AES）之间

的连接。

目前覆盖我国传统Ku卫星的只有中星6A、10、11、12，亚洲5、6、

7，亚太5、6、7、9等几颗可用卫星。

12日19时04分，我国首颗高通量通信卫星——实践十三号卫星由长征三号B运载火箭在西昌卫星发射中心发射升空，这也是我国首次基于Ka频段多波束宽带通信系统的全新通信卫星。

图3：

机载卫星通信系统架构

机载卫星设备主要由4大部件组成，分别是卫星数据组件（SDU）、SDU构型组件（SCM）、低噪放大器和天线双工器（LNA/DIP）和高增益天线（HGA）。

SDU是机载卫星系统的中央控制器。

LNA/DIP可以实现该系统只利用一个天线同时发射和接收数据，同时增加卫星信号增益。

HGA能够接收和发射卫星射频信号。

飞机其他系统通过机载卫星系统提供的接口与之相连。

图4：

机载卫星设备构成

随着大容量、高频段、点波束及复用技术的发展，卫星通信在机载通信服务中的比重逐渐增加。

表4：

机载通信服务两大解决方案特点比较

国际主流机载卫星通信系统

国际上主要的机载卫星通信系统包括海事卫星通信系统（Inmarsat）、铱星移动通信系统（Iridium）、ViaSat宽带卫星系统。

海事卫星通信系统先前是用于海上救援的无线电联络通信卫星，随着第四代海事卫星的出现，其技术和应用范围都有了质上的飞跃，现在已成为世界上唯一能为海、陆、空三大领域提供全球、全时、全天候公众通信和遇险安全通信服务的结构。

第四代海事卫星系统由亚太区域卫星、欧非区域卫星和美洲区域卫星三颗星组成，实现了全球覆盖（除了南北两极）。

Inmarsat（国际海事卫星组织）成立于1979年，是唯一的全球海上、空中和陆地商用及遇险安全卫星移动通信服务的提供者。

截止现在，Inmarsat已经完成了1~5代卫星的发射，并在全球运营。

表5：

Inmarsat卫星的发展

Inmarsat公司最新的GlobalXpress全球无线宽带网络的构建始于2010年。

GlobalXpress网络的空间段包括3颗位于地球同步轨道的第五代Inmarsat卫星（Inmarsat-5）。

铱星移动通信系统由79颗低轨道卫星组成（其中13颗为备份用星），66颗低轨卫星分布在6个极平面上，每个平面分别有一个在轨备用星。

在极平面上的11颗工作卫星如电话网络中的各个节点一样，进行数据交换。

铱星的下一代卫星系统IridiumNext于2015年发射，同时保留现有的66颗卫星。

铱星公司意在今后20年内与波音公司合作发射128颗铱星，从而将整个铱星系统使用寿命延长到2030年，并大大加宽系统通讯带宽，使数据通讯实现基于IP的点对点传输。

表6：

铱星系统和海事卫星系统的比较结果

通过比较可以发现，铱星充分解决了海事卫星、ACARS在极地不覆盖无法通信的不足，是海事卫星及ACARS通信的完美补充。

ViaSat宽带卫星系统是美国Viasat有限公司率先推出的基于Exede空中宽带服务的创新的、高容量的Ka波段卫星系统，其服务质量和速度均超过其他航空公司目前在机舱的同类服务。

美国卫讯Exede空中服务计划项目计划在2016年之前完成近400架民航飞机Ka终端的装备，其中Ka机载终端的性能是保证该项目顺利实施的关键。

美国捷蓝航空和美联航已经正式推出该服务，相关安装工程正在持续顺利进行。

国外机载Wi-Fi市场不断成长，北美普及率最高

国际机载Wi-Fi应用市场综述

国外的机载Wi-Fi项目，始于十年前的“波音计划”，随着各种通信技术、安全技术的成熟，近年来国外的机载WI-FI服务覆盖面越来越广。

目前，欧洲、美洲和亚洲等地的几十家航空公司已经安装了机载移动通信系统，并且均成立了专门的运营公司正式进入商业化运作。

根据国外有关机构的统计，截止2015年，全球装配机载WI-FI系统的飞机有4000余架，其中北美航空公司的飞机超过80%，其次是中东航空公司和欧洲航空公司。

另外根据统计，目前美国现已有超过71%的民航飞机完成了机载WI-FI系统的安装，另外还有7%的民航飞机正在进行机载WI-FI系统的安装。

而美国以外的民航飞机这两组数据仅为13%和12%，可见目前北美地区是机载WI-FI普及率最高的地区。

图5：

2015年全球装配机载Wi-Fi系统的飞机数量占比

根据预测，到2022年，全球装配机载WI-FI设备的民航飞机将达到11000余架次，其中19%的飞机属于是亚太地区航空公司（2015年该数据为3%），相比2015年增长近17倍，其中以中国为主要增长地区。

目前全球范围内能够提供具备航空资格、性能卓越的客舱Wi-Fi系统的供应商为数不多，主要包括松下航电、泰雷兹、罗克韦尔科林斯、霍尼韦尔、KID-Systeme、

GEE、Gogo、Viasat等。

其中，松下航电、泰雷兹、罗克韦尔科林斯、霍尼韦尔

具备客舱娱乐系统（IFEC）的综合航电供应商，KID-Systeme、GEE、Gogo则是

专门针对机载WI-FI设备进行生产和装配的公司。

Viasat则是主要经营卫星通信业务的无线网络技术公司。

图6：

国际机载Wi-Fi市场重要参与者

全球机载Wi-Fi应用规模分布

2016年全球乘坐民航客机39%的可用座位里程（availableseatmiles，ASM）提供机载Wi-Fi设备，该数值2015年为36%。

（ASM：

AvailableSeatMiles，可用

座位里程，航空公司客运能力的标准工业衡量标准，即出售的座位数乘以飞行的英里数）

图7：

2016年提供机载Wi-Fi的可用座位里程的百分比

美国航空公司的完全装配机载Wi-Fi的比例仍在不断增长中，2016年达到了80%，比2015年增长了8.7%。

美国以外地区航空公司完全装配机载Wi-Fi的比例在2016年达到了18.5%。

全球航空公司机载Wi-Fi装配情况

按航空公司装配机载Wi-Fi航班的总ASM计算，前二十名的航空公司如下图。

图8:

全球航空公司机载Wi-Fi装配量排名

其中美国Delta和United航空公司在其宽体客机航班上增加了机载Wi-Fi的应用；作为机载Wi-Fi应用先驱的VirginAmerica航空公司，最近在飞往的夏威夷航班上推出了Ku/Ka卫星通信系统的机载Wi-Fi服务。

图9:

全球航空公司机载Wi-Fi覆盖率排名

在航空公司机载Wi-Fi覆盖率上