使用具有链接的Ka频段卫星转发器提供板载Wi-Fi
卫星链接现在可以在飞机上实现wi-fi实时，永远在线浏览，但该技术仍处于起步阶段。现在，大约40％的美国航班和汉莎航空，阿联酋航空和卡塔尔航空等公司的国际长途航班都可以使用机上wi-fi。挪威和土耳其航空公司免费提供这项服务，而斯堪的纳维亚航空公司的sas则在其部分飞机上进行测试。然而，此时带宽明显受限。
有几种不同的拓扑和架构可用于向飞机座位提供数据，但重点必须放在减轻重量和功率以最大限度地降低燃料成本上。添加此功能。一些运营商，如美国的gogo，正在使用3g地面发射器连接飞机，这可以让手机和宽带“加密狗”等设备直接接收信号，而无需在飞机上增加接收器，但带宽有限，约为3 mbit/s为整架飞机，没有国际用途。 gogo目前正在推出其atg-4技术，该技术使用双调制解调器和定向天线将链路提升至理论最大值9.8 mbit/s，但它仍然仅限于美国大陆。
其他人已通过实施链接具有ka波段（12-18 ghz）接收器的对地静止卫星，但同样具有低带宽，并且需要板载卫星接收器以及可以处理多个信道的wi-fi收发器。汉莎航空公司的flynet系统声称飞机的下载速度高达50 mbit/s，但这可能意味着座椅的速度仅为1 mbit/s。同样，松下航空电子设备公司和gogo公司已与欧洲卫星运营商ses合作，利用新发射的ses-6卫星的ku波段链路，为跨大西洋航班的乘客提供飞行连接。
此设备的开发需求专注于重量和功耗是航空公司运营商可以接受的。新系统还必须满足航空公司运营所在国家的安全认证，并证明设备的使用不会影响航空电子系统。
下一代ka频段（26.5-40 ghz）卫星转发器现在被用来为飞机提供高速宽带链路。卫星运营商viasat表示，它可以使用这项技术保证座位速度达到12 mbit/s，并且通过卫星链路提供带宽的成本可能会随着数量的增加而下降五倍。
图1：通过wi-fi分配从viasat到飞机的卫星链接。
实施
了解乘客如何使用机上互联网连接对于识别正确的通信拓扑至关重要。电子邮件附件，网上冲浪和vpn连接需要中间互联网连接，而图形密集型冲浪，大型附件和视频会议将需要高速互联网连接。所有这些都决定了飞机的连接类型，因为飞机内的wi-fi可以处理所需的带宽。
使用各种加速技术，如虚拟带宽，压缩技术和字节级缓存，可以显着提高连接性能。加速技术还有助于通过减少ip数据包大小来降低服务成本。
网络安全选项对于无线系统至关重要。如果乘客使用敏感数据，系统将需要支持加密和安全的网络连接飞机天线因尺寸，重量，形状，波束宽度，信号方向和强度而异。这些变化在信号接收，传输和速度方面具有不同的优势。
低增益天线（lga）支持较慢的连接速度，适用于没有附件的短信和电子邮件。这些机身安装在飞机上，这使得它们更适合安装在learjets，citations和hawkers等体积较小的飞机上。
高增益天线（hga）提供最佳的服务质量和速度，并且适用于常规的internet浏览和附件，但不适用于视频。它们比lga更大更重，也可以尾部安装，但更适合安装在大型飞机上。
对于飞机上的安装，设备必须是航空级的。此类设备通常具有联邦航空管理局（faa）或欧洲航空安全局（easa）认证，补充型式认证（stc）或随附的认可型号列表补充型认证（aml-stc）。安装了fi系统，应该按照乘客使用它的方式进行测试。标准连接和速度测试将指示设备是否正在执行基本功能，并且整个飞机都可以使用无线连接。从那里，操作员及其it部门将进一步定义系统配置的详细信息。如果优先考虑智能手机连接，请确保使用一系列品牌，型号和系统配置测试系统，因为无线连接性能可能因手机而异;问题可能出在手机而不是无线接入点。重要的是还要记住，将使用其他技术，如vpn客户端软件，这应该通过客户的笔记本电脑进行测试。
设备选择
功耗和重量是构建接入点的关键标准。飞机。这有两个关键要素：多个前端收发器和处理多个通道以及与卫星接收器连接的路由器。将这些设备集成到航空电子系统意味着优化低功率。虽然这对需求较远的工业系统来说是一个挑战，但对于板载无线接入点则相反。这必须具有有限的功率输出以最小化对航空电子系统的任何潜在干扰，并且仅需要达到几米来覆盖整个飞机。可用的带宽也有限，这进一步缩小了功率输出。
现代wi-fi收发器还针对电池电源进行了优化，采用先进的cmos工艺技术实现了更低的功耗。虽然适用于航空电子系统的设备不会采用尖端技术，但更成熟的cmos工艺仍能提供低功耗和高性能，以及在飞机上使用所必需的可靠性。所有这些都有助于减轻重量。系统，因为需要更少的冷却。接入点也往往是一个机载系统，而不是尾部安装卫星天线，因为这可以减少任何潜在的信道干扰。
接口模块
虽然空间和重量考虑可能意味着优化的收发器设计基于使用模块所需的分立2.4 ghz收发器可以降低整体设计的复杂性，并提供维修和升级接入点的灵活性，以便随着时间的推移支持更多乘客。与替换和重新测试整个单元相比，更换单个模块在降低维修和停机时间方面更具成本效益bluegiga的wf111是一款完全集成的单频2.4 ghz频段802.11b/g/n模块，适用于便携式和电池供电的应用。它集成了ieee 802.11b/g/n无线电，天线或u.fl天线连接器以及sdio或cspi主机接口。
图2：bluegiga的wf111 wi-fi模块。
该模块为运行操作系统和板载tcp/ip堆栈的设备提供低成本和简单的wi-fi解决方案，但仍提供模块的优势：小外形，易于集成和认证。 bluegiga还为linux操作系统提供wf111驱动程序。
wf111具有对wi-fi加密协议和各种共存方案的硬件支持，可在使用单个天线同时使用wi-fi和蓝牙时实现性能。随着飞机上蓝牙耳机的使用越来越多，这一点非常重要。任何干扰都可能需要更高的功率输出或导致座椅带宽减少。
同样，sagrad的sg901-1098 wi-fi模块是经过屏蔽和fcc认证的无线电模块，经过优化可简化与需要的系统的集成。小尺寸的最新性能。该认证模块是一款高度集成的基于单芯片的802.11b/g/n wlan无线电，适用于嵌入式，低功耗和极小型移动应用。该模块支持6至65 mbps的802.11g/n调制和802.11b调制。
图3：sagrad的sg901-1098模块的框图。
sg901-1098是一个完全集成的无线电台，包括rf合成器/vco，高速数据转换器，数字基带处理器，板载mac和phy处理器，电源管理和功率放大器。片上自动校准功能可消除特定单元和客户校准，而板载晶体和滤波器可简化系统集成。增加2.3至4.8 v和1.8 v电源，天线和主机通信可提供完整的wi-fi解决方案。
microchip的roving networks wifly无线电模块是一个完整的独立嵌入式无线lan接入设备。该器件具有板载tcp/ip堆栈和应用程序，在最简单的硬件配置中只需要四个引脚（电源，tx，rx和地）。完全合格且经wi-fi认证的2.4 ghz 802.11b/g收发器采用智能内置电源管理，可编程唤醒，使用升压调节器时可接受3.3 v电源或2至3 v电池。 rn171在睡眠模式下使用4μa，在接收器模式下使用35 ma，在12 dbm下发射时使用185 ma，并且可以配置发射功率。
skyworks的se5511t是一个完整的802.11n wlan rf前端模块，提供所有功能。功率放大器，lna，功率检测器，天线开关，滤波和相关匹配的功能。它提供从收发器输出到天线的完整2.4 ghz和5 ghz wlan rf解决方案，外形紧凑。
图4：skyworks的se511t前端模块。 br》接收路径旨在通过提供具有旁路模式的5 ghz低噪声放大器来最大化性能，以便在接收高功率信号时使用。所有rf端口均设计为易于使用，匹配50ω，以简化pcb布局和收发器rfic的接口。 se5511t还包括一个发射功率检测器，用于每个频段，动态范围为20 db路由
德州仪器cc3000模块是一个独立的无线网络处理器，可简化互联网连接的实施。 ti的simplelink最大限度地降低了主机微控制器（mcu）的软件要求，旨在通过简化认证来实现低功耗实现，并最大限度地减少所需的rf专业知识。完整的平台解决方案包括软件驱动程序，示例应用程序，api指南和用户文档。该模块包括一个802.11b/g集成无线电，调制解调器和mac支持wlan通信，作为一个bss站，在2.4 ghz ism频段内cck和ofdm速率从1到54 mbps。
自动校准无线电与单个50ω接口可轻松连接天线，无需无线电电路设计专业知识，高级连接管理器具有存储在nvmem中的七个用户可配置配置文件，无需用户或主机干预即可自动快速连接到接入点。它支持个人网络的所有wi-fi安全模式：带有片上安全加速器的wep，wpa和wpa2以及wlan配置工具，允许客户使用智能手机，平板电脑或pc将无头设备连接到wlan网络。
图5：将cc3000路由模块连接到internet以进行板载wi-fi路由。
网络堆栈
设备使用带有bsd套接字api的集成ipv4 tcp/ip堆栈，与任何微控制器，微处理器或asic的internet连接，并支持四个同时的tcp或udp套接字。用于arp，icmp，dhcp客户端和dns客户端的内置网络协议可轻松连接到本地网络和internet，从而简化与卫星调制解调器的集成。它通过4线串行外设接口（spi）与任何微控制器或处理器连接，时钟速度高达16 mhz，简单的api可轻松与任何单线程或多线程应用程序集成。它也可以通过i²c接口或主机的api进行编程，允许无线固件升级。
结论
随着ka波段卫星服务开始向飞机提供真正的宽带数据速率，车载wi-fi系统将会增加。虽然目前的模块和设备不仅可以为乘客座位提供带宽，还有其他关键考虑因素。能够扩展无线接入点以在严格的功率和重量预算内支持数百个信道将是一项重大挑战。利用较短的范围和缩小功率以匹配较低数据速率和节省功率的能力，航空电子合格版本的商用wi-fi设备可为每位乘客提供有效的永远在线功能。
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此设备的开发需求专注于重量和功耗是航空公司运营商可以接受的。新系统还必须满足航空公司运营所在国家的安全认证，并证明设备的使用不会影响航空电子系统。
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实施
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网络安全选项对于无线系统至关重要。如果乘客使用敏感数据，系统将需要支持加密和安全的网络连接飞机天线因尺寸，重量，形状，波束宽度，信号方向和强度而异。这些变化在信号接收，传输和速度方面具有不同的优势。
低增益天线（lga）支持较慢的连接速度，适用于没有附件的短信和电子邮件。这些机身安装在飞机上，这使得它们更适合安装在learjets，citations和hawkers等体积较小的飞机上。
高增益天线（hga）提供最佳的服务质量和速度，并且适用于常规的internet浏览和附件，但不适用于视频。它们比lga更大更重，也可以尾部安装，但更适合安装在大型飞机上。
对于飞机上的安装，设备必须是航空级的。此类设备通常具有联邦航空管理局（faa）或欧洲航空安全局（easa）认证，补充型式认证（stc）或随附的认可型号列表补充型认证（aml-stc）。安装了fi系统，应该按照乘客使用它的方式进行测试。标准连接和速度测试将指示设备是否正在执行基本功能，并且整个飞机都可以使用无线连接。从那里，操作员及其it部门将进一步定义系统配置的详细信息。如果优先考虑智能手机连接，请确保使用一系列品牌，型号和系统配置测试系统，因为无线连接性能可能因手机而异;问题可能出在手机而不是无线接入点。重要的是还要记住，将使用其他技术，如vpn客户端软件，这应该通过客户的笔记本电脑进行测试。
设备选择
功耗和重量是构建接入点的关键标准。飞机。这有两个关键要素：多个前端收发器和处理多个通道以及与卫星接收器连接的路由器。将这些设备集成到航空电子系统意味着优化低功率。虽然这对需求较远的工业系统来说是一个挑战，但对于板载无线接入点则相反。这必须具有有限的功率输出以最小化对航空电子系统的任何潜在干扰，并且仅需要达到几米来覆盖整个飞机。可用的带宽也有限，这进一步缩小了功率输出。
现代wi-fi收发器还针对电池电源进行了优化，采用先进的cmos工艺技术实现了更低的功耗。虽然适用于航空电子系统的设备不会采用尖端技术，但更成熟的cmos工艺仍能提供低功耗和高性能，以及在飞机上使用所必需的可靠性。所有这些都有助于减轻重量。系统，因为需要更少的冷却。接入点也往往是一个机载系统，而不是尾部安装卫星天线，因为这可以减少任何潜在的信道干扰。
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该模块为运行操作系统和板载tcp/ip堆栈的设备提供低成本和简单的wi-fi解决方案，但仍提供模块的优势：小外形，易于集成和认证。 bluegiga还为linux操作系统提供wf111驱动程序。
wf111具有对wi-fi加密协议和各种共存方案的硬件支持，可在使用单个天线同时使用wi-fi和蓝牙时实现性能。随着飞机上蓝牙耳机的使用越来越多，这一点非常重要。任何干扰都可能需要更高的功率输出或导致座椅带宽减少。
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sg901-1098是一个完全集成的无线电台，包括rf合成器/vco，高速数据转换器，数字基带处理器，板载mac和phy处理器，电源管理和功率放大器。片上自动校准功能可消除特定单元和客户校准，而板载晶体和滤波器可简化系统集成。增加2.3至4.8 v和1.8 v电源，天线和主机通信可提供完整的wi-fi解决方案。
microchip的roving networks wifly无线电模块是一个完整的独立嵌入式无线lan接入设备。该器件具有板载tcp/ip堆栈和应用程序，在最简单的硬件配置中只需要四个引脚（电源，tx，rx和地）。完全合格且经wi-fi认证的2.4 ghz 802.11b/g收发器采用智能内置电源管理，可编程唤醒，使用升压调节器时可接受3.3 v电源或2至3 v电池。 rn171在睡眠模式下使用4μa，在接收器模式下使用35 ma，在12 dbm下发射时使用185 ma，并且可以配置发射功率。
skyworks的se5511t是一个完整的802.11n wlan rf前端模块，提供所有功能。功率放大器，lna，功率检测器，天线开关，滤波和相关匹配的功能。它提供从收发器输出到天线的完整2.4 ghz和5 ghz wlan rf解决方案，外形紧凑。
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