5G赋能——新一代航空宽带通信技术最新进展

2021年4月，中国民航局组织发布了《中国民航新一代航空宽带通信技术路线图》。路线图指出，“新一代航空宽带通信技术”主要包括5G AeroMACS 2.0、5G LDACS 2.0、5G ATG及5G公共网络等基于我国5G通信技术，具备低时延、高可靠、大带宽特性的航空宽带通信技术，兼顾航空卫星宽带通信技术等。

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路线图概述

新一代航空宽带通信在民航行业应用的总体目标是：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，助力智慧民航建设与运行。

新一代航空宽带通信技术在民航领域主要有以下四类典型应用场景：一是机场空侧场面区域面向航空器、车辆的移动通信，需要利用航空机场场面宽带移动通信系统（AeroMACS）这一航空专用通信网络解决；二是机场陆侧航站楼区域面向旅客的移动通信应用，可以利用公共网络解决；三是航路飞行阶段航空器与地面进行数据通信的空地数据链路，需要利用L频段航空宽带通信系统（LDACS）这一航空专用通信网络解决；四是航路飞行阶段面向航空器后舱的空中互联网应用及面向航空器前舱的辅助管理应用，可以利用运营商等提供的地空通信（ATG）网络解决。

考虑到新一代航空宽带通信技术应用是一项长期任务，需要分步实施，《路线图》将中国民航新一代航空宽带通信技术应用实施分为三个阶段，即近期（2021年-2025年）、中期（2026年-2030年）和远期（2031年-2035年）。

近期到2025年底，为示范推广阶段，主要目标是完成基于5G AeroMACS 2.0技术“机-车-场道-设施”协同运行应用示范并在行业推广，深化新一代航空宽带通信系统在民航各领域典型应用示范；中期到2030年底，为全面应用阶段，主要目标是建成以新一代航空宽带通信系统为基础，公用、专用相结合的智慧网络基础设施，实现空管、机场、航空公司、服务保障等各主要运行要素的智能互联；远期到2035年底，为融合共享阶段，主要目标是构建空天地一体化的新一代航空宽带通信体系，实现民航行业应用“全覆盖”，全面实现民航生态圈各要素终端泛在互联、信息互操作共享。

新一代航空宽带通信系统示意图

（图片来源：Jun Zhang. Aeronautical Mobile Communication: The Evolution from Narrowband to Broadband. Engineering, https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.02.002）

中国民航新一代航空宽带通信技术路线图

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新一代航空宽带通信技术最新进展

5G AeroMACS

航空5G机场场面宽带移动通信系统（5G AeroMACS）是将5G应用于AeroMACS民航专用网络的新一代航空宽带通信技术；在民用机场范围内，使用5091-5150MHz航空专用频率，符合国际民航组织航空安全通信等级要求。5G AeroMACS应用后，飞机驾驶舱、塔台、场面车辆及航空公司、机场运行控制部门间均可以通过航空5G专网准确、及时、快速地共享信息，如机场高精度数字地图，跑道、滑行道、廊桥、停机位占用情况，飞机、车辆实时位置，塔台发布的滑行路径等。

AeroMACS 1.0 基于WiMAX（IEEE802.16e）标准通信，目前国内外已有多个机场完成了部署。AeroMACS 2.0 基于 5G 技术，将在机场场面区域提供更加高速与安全的无线宽带传输服务；目前由航科院牵头，华为、中电科航空电子有限公司等单位共同参与制定AeroMACS 2.0 相关标准规范。

2022年，中国民航局颁布了《航空5G机场场面宽带移动通信系统建设应用实施方案（2022-2025）》。作为航空5G通信技术在民航领域应用的首个具体指南，《方案》明确了5G AeroMACS的发展路径和重点工作，按照2022年、2023至2025年两个时间节点分别提出了阶段性目标任务，明确了各项任务的责任单位，确保5G AeroMACS建设应用工作有序推进、见实见效。

5G AeroMACS运行概念示意图

5G LDACS

L频段数字航空通信系统（LDAC）是未来面向航路阶段的空地数据链路，它采用正交频分复用（OFDM）技术，符合先进航空电信网网络协议（ATN/IPS），主要用于飞机与地面管制中心、航空公司运控的数据交换服务。根据国际民航组织（ICAO） 航空系统组块升级（ASBU），LDACS将逐渐替代现有的甚高频飞机通信寻址与报告系统（VHF ACARS）和甚高频数字链路模式2（VDL Mode2）｡5G的新型调制编码、多址技术、大规模天线等技术将解决LDAC频率资源受限的问题。我国正大力发展5G LDACS 的标准体系建设、机载航电与地面设备研制以及 5G LDACS 的网络部署，其传输速率将大大提高。

德国的罗德与施瓦茨公司正在积极开发LDACS以大幅提升空中交通控制通信的带宽，实现基于IP的现代通信。LDACS通过使用为飞行通信预留的L波段频率部分，为商用航空提供了比VDL Mode2高200倍的数据吞吐量，并可实现加密保护。罗德与施瓦茨公司的LDACS设备预计将于2028年上市。

5G ATG

5G地空通信系统（5G ATG）利用成熟的陆地移动通信技术，针对航空高速移动、广覆盖等特性进行定制化开发，在地面建设能够覆盖天空的专用基站，可有效解决高空立体覆盖问题，实现地空高速数据传送。5G ATG服务可为航空旅客提供机上娱乐、机上办公及定制服务，还有广泛的行业应用前景，如航空公司的医疗救援、航班运营、空中气象及飞行安全需求，空管部门的智能化、数字化空管应用、地面远程行业控制应用等。

2023年4月，工信部依申请批复中国移动使用其4.9GHz部分5G频率资源在国内有关省份开展5G ATG技术试验。中国移动表示其5G ATG方案可以为每架飞机提供420Mbps峰值下载速率，66Mbps峰值上行速率，最大覆盖半径300千米，不到1000站即可实现全国航线覆盖。中国移动将率先联合中国飞行试验研究院开展国产大飞机试飞数据宽带传输验证，实现试飞机型海量数据快速卸载、实时飞机健康管理等应用，有效提升试飞数据分析效率。地点方面，将率先在山西和陕西两地展开试点；机型方面，中国商飞的ARJ21和C919都有合作和上机；航司方面，国航、东航、南航、海航，川航也都做了试点，政策允许后将会开展部分在飞机型的改装。

2022年10月，美国Gogo公司称已经部署第150座Gogo 5G ATG信号塔，从而完成了美国大陆100%覆盖的Gogo 5G网络，为公务航空机上连接提供更快的速度、更大的容量和更多的功能，并将于 2023 年开始扩展到加拿大。Gogo 5G 预计平均传输速度约为 25 Mbps，峰值速度在 75-80 Mbps 范围内，旨在以极低的延迟提供高吞吐量，以满足对视频会议、直播电视和游戏需求。

Gogo公司5G覆盖图

卫星宽带通信

航空卫星宽带通信系统按照工作频段可分为L频段、Ku频段和Ka频段｡工作在L频段的海事卫星系统，其窄带Classic Aero通信服务正在向宽带SB-S、SB通信服务过渡；工作在Ka、Ku频段的宽带卫星系统有主要有VIASAT Ka、Inmarsat GX Ka、Panasonic Ku、GEEROW44 Ku、GOGO Ka/Ku等｡

2023年2月，航天科技集团研制的中星26号卫星成功发射。该卫星是一颗全Ka频段高通量通信卫星，是我国首颗超100Gbps容量的高通量卫星。中星26号卫星将为我国国土及周边地区的固定终端、车载终端、船载终端、机载终端提供高速、可靠、优质的宽带数据服务，在航空、航海、远程教育与医疗、自然灾害应急通信、自然保护区监测等领域发挥重要作用。

2022年6月，在3GPP R17（全球5G标准的第三个版本）中正式发布了5G NTN第一个标准规范，是基于5G的卫星透明转发通信标准协议，在原有5G地面蜂窝标准规范基础上，5G NTN根据卫星通信的需求和技术特点，设计和制定可用于手机与高低轨卫星直接连接通信的技术规范。支持卫星通信网络单独组网，或与地面蜂窝通信系统联合组网，实现星地融合通信。2023年6月，中信科移动称已实现业界首次5G NTN标准的端到端宽带卫星通信业务传输的技术试验验证。随着卫星通信和5G技术的不断发展和紧密结合，基于5G星地融合的航空宽带通信技术或成为未来发展亮点。

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结语

未来航空移动通信技术正朝着宽带大容量、通信导航监视全球一体、基于性能要求的趋势发展。5G AeroMACS、5G LDACS、5G ATG等“新一代航空宽带通信技术”将成为发展的热点。随着当前5G技术迅猛发展，我国坚持自主创新与开放合作相结合的理念，已在5G技术标准、核心关键技术、产业推动等方面引领全球发展。在民航领域，亟待结合航空移动通信现状，深度融合、应用5G技术赋能智慧民航，推动民用航空高质量安全发展，塑造民航业的全新未来。