许多年来，长途飞机旅行是一件比较枯燥的事情，原因是你不得不将手机调到飞行模式或者直接关机，这对于上网控来说是一件难以忍受的事情。不过现在机上WiFi连接已经日趋普遍，比如40%的美国航班、阿联酋航空和卡塔尔航空这样的国际航班就提供机上WiFi服务；近日，国内南航也宣布部分航线飞机上也可以连接WiFi。这样的转变，让人十分惊喜，我们也很好奇，一向手机都不能开的高空机上环境，WiFi是怎么工作的呢？下面，我们将就比较常见的几种机上WiFi配备方式及工作原理做出简单介绍。
ATG (Air To Ground)空对地WiFi系统
顾名思义，“空对地”ATG WiFi系统，建立的是一种飞机与地面基站实时信息交流与传输的机制。这是一种为陆上国内旅行而设计的WiFi提供方案。在ATG系统中，我们需要在飞机的腹部装载两个天线来从陆基基站接收收信号。当乘务员将ATG系统上的开关拨到“开”的位置时，飞机开始连接不同的地面信号塔，并允许飞机内的用户开始发送和接收信号。
目前，大多数ATG服务只能够为用户提供大约3 Mbps的WiFi速度，这足以处理电子邮件、查看Facebook和发送文字微信。Gogo公司最新的ATG-4系统支持高达10 Mbps的速度，但它在许多速度较慢的配备ATG-3的飞机上无法使用。
Ku-Band卫星WiFi系统
Ku-Band(12-18GHz) 卫星服务广受Gogo、Panasonic和Row44等航空公司的欢迎，覆盖范围更广，即使在地面基站或海洋上空飞行时也能保持连接。Ku-Band天线安装在一个巨大的圆顶形的“碟状物”中，它位于飞机的顶部，类似于房子的屋顶电视天线，当飞机飞行时，天线必须指向传输卫星。
一旦天线接收到卫星信号，飞机将为用户提供高达30-40 Mbps速度的WiFi。虽然这比ATG系统有了很大的改进，但网络速度取决于一颗卫星服务的所有飞机数量。Ku-Band不会为您提供Netflix、youtube、优酷等流式播放电影的功能，但你可以运行一个Google FI呼叫，查看一些图片密集的网站，甚至可以播放一些音乐。由于信号传输的距离比较远，此类卫星WiFi存在ATG方式WiFi基本不存在的网络延迟问题，因此尽管内容总体上加载速度更快，但初始页面元素有时候可能要一分钟才能展示出来。
Ka-Band 卫星WiFi系统
Ka-Band(26.5 -40GHz)卫星WiFi系统正式用于军事通信，目前是航空公司可采用的最快的WiFi服务方式，深受捷蓝航空、维珍美国和一些联合737航空公司的欢迎。卫星和无线服务提供商Viasat通过其新的Viasat-1卫星为Ka-Band系统提供支持，该卫星比Ku-Band卫星强大得多，平均来说它能够为每架飞机提供最高速度70 Mbps的WiFi网络。这基本达到了你在家中见到的宽带速度，允许你采用流式传输视频，以及将照片上传到网站和社交媒体平台，如微信朋友圈和Facebook。目前只有一颗Viasat Ka-Band卫星，因此服务仅限于美国，但是Viasat后续会发射更多的卫星，来覆盖加拿大和欧洲部分地区。
由于Ka-Band目前仅在美国可用，维珍美国公司选择在其新交付的A320飞机上暂时使用Ka-/Ku-Band混合接收机。这种混合接收机允许飞机根据可用的最佳信号强度在Ku波段和Ka波段之间切换。维珍美国声称，这种卫星服务WiFi的组合将允许乘客在Netflix上观看节目和电影，并从Spotify播放音乐。
埃塞德ExedeWiFi系统
Viasat的Viasat-1卫星还提供12 Mbps Exede服务，JetBlue使用该服务为所有乘客提供免费的“Fly-Fi”WiFi服务以及每小时9美元的速度增强型“Fly-Fi+”服务。捷蓝公司最近也宣布，它已经与亚马逊合作，为Amazon Prime成员提供了将电影转播到自己设备上的机会。捷蓝航空已经在其所有A320系列飞机上完成了WiFi安装，但新的E190飞机只有2%。
使WiFi在飞机上工作所需的内部设备
与许多其他飞机系统相比，大多数商用飞机上使用的WiFi和飞行娱乐系统相当简单。例如，1984年，达美航空公司（Delta Airlines）配备了洛克希德L-1011，以适配第一个嵌入在座位上的机上电话——而今天，飞机WiFi依赖于类似的技术。
一系列的黑匣子（不要与飞行记录器混淆）被藏在飞机的壁板后面，排列在飞机的一侧，略高于窗户，作为飞行中的WiFi接入点。
这些黑匣子被称为无线接入点（或waps），其功能类似于家庭中的WiFi路由器，但由于它们在飞机上，因此成本高出平常10倍，而且有10倍的概率更容易断开连接。每一个接入点都由一个四边形电缆连接，它基本上是由线圈套线圈来制作完成的。
飞机的内部WiFi设备实际上能够比外部天线接收到的速度快得多，这就是为什么一些航空公司（如三角洲航空公司、联合航空公司和西南航空公司）选择使用基于飞机的预加载计算机，并允许用户将一些娱乐信息流传输到自己的设备。
机上WiFi的局限性
机上WiFi有能力去达到更快的速度，但所有的飞机（无论服务类型如何）都会保持“自动节流”，以便数据在其活跃用户之间均匀分布。因此，4个用户使用机上互联网服务将比40个用户时感受到的网速快得多。
除了速度之外，机载硬件也会有一些缺点，带来一些功能缺陷。例如，ATG系统只有前后向天线，而ku卫星接收器一次只能连接到一颗卫星，这意味着两个系统都会导致WiFi用户在切换塔或卫星时发生短暂的信号中断。
地面技术也有其自身的局限性。虽然美国总体上已经完成了比较好的基站覆盖，但在那些拥有大片偏远土地和相对较少人口的州（如蒙大拿州、内布拉斯加州等），基站的分布更广，常常导致天线信号断开，直到下一个连接完成。同时，在北极和南极，没有发射塔，卫星连接也很难实现。另外，在俄罗斯和中国，WiFi功能也会有所限制。大多数情况下，你的机组人员都知道你会在哪里失去联系，他们会在飞行初期透露这一点。
WiFi系统几乎每天都会发生故障，但大多数情况下，这是由于一些简单的原因造成的，例如接线松动或天线断裂。WiFi故障并不是飞行的一个安全关键因素，所以除非出现重大问题，它不会导致起飞延迟。通常情况下，WiFi故障需要在夜间维护检查时进行一些轻微的故障排除。但要知道，空乘人员不是航空电子技术人员，通常只能使用“关闭并重新打开”的老方法。所以，当你的WiFi坏了的时候，请对你的乘务员好一点——他们可能无法修复WiFi，但他们仍在紧急情况下可以救你的命！
展望未来
新的ATG-4服务，增加了两个额外的侧边天线到机身的一侧，并增加了与地面的连接，目前正在逐步应用到一些商用飞机上。在Gogo的737-500飞行试验台上对ATG-4进行的测试表明，它的连接足以传输视频。但是，前述自动限流功能可能会根据乘客的使用情况合理调配数据分配。
与此同时，位于飞机顶部的圆顶型Ku-Band外壳正在逐渐变薄。Gogo声称其新的基于卫星的2KU服务将配备一个只有17毫米厚的穹顶，提供高达70 Mbps的速度。虽然穹顶的大小对乘客来说可能不是什么大问题，但对航空公司来说却是一个大问题——目前的穹顶机型每次航行造成的燃油附加消耗为400至600磅！减少这些圆顶的大小和重量可以在一年内节省数千加仑的燃料，并减少飞机的尾气排放。
至于国内方面，现今的机上WiFi引入还相对较少，让我们一起期待吧！