再谈ATG技术
近日，全球机上宽带互联与航空产品服务提供商Gogo宣布，其全新区域性地空宽带网络（ATG）成功完成首次测试飞行，并开始在美国推广部署。
Gogo称，其新一代ATG网络与自身独有的机载天线技术、舱内Wi-Fi网络和软件平台相结合，可为每架飞机提供早期ATG网络30倍的带宽。新一代ATG网络利用2.4GHz频段免授权频谱，以及早期获批频段，峰值容量超过100Gbps，与Gogo全球卫星网络相结合，将会成为有史以来容量最大的航空专用网络。
卫网君特邀航空互联网领域专家老鹰，为您解读。
再谈ATG技术
作者 | 谢鹰
昨天，Gogo对外宣布新一代ATG网络成功完成首次飞行的消息，一时间朋友圈里一片刷屏，于是老鹰再谈谈ATG技术，希望此文能有助于各位了解其技术原理，同时也为中国ATG发展起到一定的推进作用。
简单说，ATG（Air To Ground）就是能实现在飞机上网的地空通信系统。
ATG利用成熟的陆地移动通信技术，如3G、4G技术，针对航空高速移动、广覆盖等特性进行定制化开发，在地面建设天线能够覆盖天空的专用基站，构建一张地空立体覆盖的专用网络，有效解决高空立体覆盖，实现地空高速数据传送。
相比卫星通信， ATG虽然仅覆盖大陆本土，覆盖广度不如卫星，但在一些国家例如美国、中国、欧洲、澳大利亚等，地域辽阔，国内航班占比较高，跨洋飞行时使用卫星通信的情况并不是很多；而且相比卫星，ATG有着不可比拟的高数据带宽、低延迟、低成本的优势，因此得以迅速发展。
大家都知道美国航空互联网的发展要感谢Aircell。这家不知名的小公司，收购了濒临倒闭的美国对空覆盖网络，创新地将原来AMPS模拟语音专网升级为CDMA1X-DO网络，实现了当初高通工程师一个野炊时的突发奇想，随后推出Gogo服务（ATG+Wi-Fi的机上上网服务），并在纳斯达克上市，成功地占领了美国主流航空公司。
此后各大航空公司争相改装，到2012年Ku卫星产品推出时，50%的飞机已经签署ATG改装合同，所以说ATG方案以其快速改装和相对低廉的网络流量成本，成就了美国航空互联网的迅猛发展。等Ku卫星来争抢市场时，市场余量已所剩无几，只在美西南航空公司找到了整机队的装机业务；等Ka卫星天线成熟时，也就只剩下JetBlue这个廉价航空能作为最后的市场了。
ATG快速跑马圈地，但当CDMA1X-DO仅仅3.1Mbps（下行）1.8Mbps（上行）的传输速率分享到多架飞机时，业务体验开始越来越差了。一面是地面移动网络从3G向4G演进，一面却是上网飞机数量快速增加带来体验下降，一升一降凸显ATG速率瓶颈！难道就不能扩容和升级4G吗？
各位看客，你可知道美国频率是拍卖的，Gogo手里只有可怜的3M频率，哪有多余的频率扩容？没有更宽的频率怎么升级4G？巧妇难为无米之炊呀！怎么办？Gogo只能在CDMA1X-DO上挖潜，升级RevB版本，将基站扇区分裂，把容量翻倍，峰值速率也提升到9.3Mbps，Gogo称之为ATG-4。然而这点容量提升怎敌得过快速增长的上网需求，再加上Ku阵营咄咄逼人的竞争，还有跨洋覆盖的刚需，Gogo最终也无可奈何地选择了Ku卫星解决方案。
但ATG与Ku双线作战，也直接导致Gogo经营成本的大幅上升，公司一直处于亏损状态。通过分析其财务报表发现，其实Gogo的ATG业务正开始进入收获期，已经盈利，然而ATG+卫星双线作战致使成本上升，且卫星装机规模尚未上量，最终导致公司整体亏损。
竞争者远不止Ku卫星，近些年，Ka卫星也杀将进来，这样才有了美国航空AA状告Gogo欲解除合作协议（理由：其他的无线服务商能够提供更快、更可靠、更便宜的星载WiFi服务），欲改投Ka卫星阵营，最后双方达成和解协议，Gogo承诺将采用2Ku技术来提升速率和服务体验。
Gogo成功于ATG。正是由于Gogo独创ATG解决方案，才成就了其今天全球航空互联网提供商No.1的地位。虽然局限于频率资源有限，被迫选择Ku卫星阵营，双线作战的Gogo从来没有放弃过对ATG next-G的追求，没有频率，找频率！
Gogo先后寻找过多段频率，其中不乏创新地想过利用Ku频率做ATG，大家都知道Ku同步卫星都在赤道上空，美国卫星接收天线都是南向放置，Gogo提出是否能重用Ku频率——把地面基站天线全部北向覆盖，而飞机机腹安装的Ku天线南向辐射，这样来规避Ku ATG与Ku 卫星的干扰，实现共生共存。多么伟大的创新！可惜FCC没有支持这个创新，驳回了Gogo的频率申请。
此路不通，另走他路。能不能打2.4 ISM非授权频段的主意呢？于是乎Gogo又开始了另一个大胆的设想，那可是80多兆频率呀，相比于可怜巴巴的3MHz 800M频率，非常诱人。根据老鹰十年前的认知，认知无线电技术就提出了这种设想，想法很大胆，还是需要有人去实现。此时，ATG幕后的英雄出现了！
Gogo在ATG上风生水起离不开一家中国公司。高通的Idea很牛，可惜爱立信不愿意做定制开发。2008年，因政治原因无法进入美国公众通信网的这家中国公司，自然不会放过这个进入专网市场的绝好机会。该公司为Gogo定制开发了CDMA1X-DO版本的ATG系统，成为Gogo网络的独家供应商，从核心网、基站到CPE的核心板卡，可以说，是这家中国公司成就了Gogo的成功。
再牛逼的想法也需要有人来实现，何况这还是认知无线电。非授权频段上开发4G系统，全定制开发，中国公司突破了频率共享、共存，通过定制开发实现了在郊区开阔地区Wi-Fi干扰较小情况下，100Mbps的速率，而在城市Wi-Fi干扰较大的情况下，10Mbps以上速率的效果。
这套系统的核心是如何有效控制干扰，降低干扰的影响。基于2.4G的ATG不能影响地面Wi-Fi应用，又能保证数十Mbps的平均上网速率。多波束赋形天线十分关键，ATG next-G天线与传统ATG天线明显不一样了，如下图所示：
上图左侧长长的鲨鱼鳍天线就是智能波束赋形天线，控制天线还有一个有源的天线控制单元，这一点是与传统ATG无源天线（上图右侧）有明显区别的。
当然地面系统也将区别于传统ATG，同步采用智能波束赋形天线，发射功率将严格按照ISM频段发射要求，采用小功率发射，通过天线增益来解决超远覆盖和接收的问题。
当然ATG next-G肯定还有更多的细节，在此不便细数。
大家都知道，美国ATG已成熟商用了近9年，如今更是着手升级换代；欧洲的EAN（欧洲ATG）也已完成了300个基站部署，预计很快会商用。而中国相关领域，其实从2010年起就开始了ATG技术与应用的探索，2014年国航在成都—北京航线还进行了试验飞行。然而横亘在中国ATG商用路上的也是频率问题，此外还有电信运营许可等其他政策问题。
中国ATG率先实现了基于4G LTE的ATG，这一点明显领先于美国同行，但由于频率、电信运营许可等诸多政策原因，时至今日，中国ATG仍然在路上。
当然，业界也有许多投资人看好这个商机，从航空频率、广电频率、军民共用频率等角度在试图打造中国版ATG。可惜，各方力量各自为战，没有形成合力，在中国航空互联网日渐热闹的今天，ATG一直没有形成气候，频频处于夭折的边缘。
它山之石可以攻玉。纵观全球，在欧洲，海事卫星组织拿出S波段卫星频率，联合德国电信、空客等公司构建EAN网络；在美国，Gogo利用中兴通讯强大的研发能力在实现创新的梦想。反观国内，ATG玩家各怀心思、一盘散沙，产业链未形成合力，都处于孤军奋战状态。相信此番Gogo消息一出，又会有一拨人在琢磨利用2.4G频率干ATG的美梦，说实话，老鹰不看好这样的投机，只有整合产业链资源，把ATG战线上相关各方联合组织起来，中国ATG才能走出自己凤凰涅槃的重生！
作者介绍
谢 鹰
老鹰漫谈坛主
深圳市多尼卡电子副总裁
20年的通信行业经验（通信规划、通信设计、技术研究、政策咨询、网络运行维护、客户服务、网络安全），见证了中国移动通信的兴起；2014进入航空互联网（跨界），3年以上电子制造，ATG运营，卫星运营和互联网业务运营经验。