Warum ist es so schwierig, in 10.000 Metern Höhe „Internetfreiheit“ zu erreichen?

Auch wenn das Internet heute sehr beliebt ist, werden viele Passagierflugzeuge immer noch scherzhaft als „das letzte reine Land fernab des Internets“ bezeichnet. Warum ist die Geschwindigkeit des WLANs an Bord so beeindruckend? Wann wird die zivile Luftfahrtindustrie ins Internetzeitalter eintreten?

Interviewexperten

Zhang Chi (populärwissenschaftlicher Experte „Ockhams Rasiermesser“, Kommunikationslehrer)

Wang Yanan (Chefredakteur des Aviation Knowledge Magazine, Mitglied des Science Popularization Committee der Chinesischen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt)

2018 ist als das „erste Jahr des WLANs an Bord von China“ bekannt. Im Januar desselben Jahres veröffentlichte die Zivilluftfahrtbehörde meines Landes die „Richtlinien zur Bewertung der Verwendung tragbarer elektronischer Geräte (PEDs) an Bord“. Anschließend wurde das Verbot elektronischer Geräte in zivilen Flugzeugen offiziell aufgehoben und die Passagiere konnten im „Flugmodus“ ihre Mobiltelefone nutzen, um auf das Internet zuzugreifen.

Heute geht das WLAN an Bord in sein viertes Jahr. Allerdings zeigt das „Statistische Bulletin zur Entwicklung der Zivilluftfahrtindustrie 2020“, dass Ende 2020 lediglich 213 Flugzeuge von elf inländischen Fluggesellschaften über einen Internetzugang in der Luft verfügten, was einer Abdeckungsrate von weniger als 6 % entspricht. Flugzeuge mit Internetzugang verteilen sich im Wesentlichen auf Großraum-Passagierflugzeuge.

(Quelle: delta.com)

In einer Zeit, in der das Internet hoch industrialisiert ist, können Passagierflugzeuge der Zivilluftfahrt immer noch keinen kostenlosen Internetzugang erhalten und werden sogar scherzhaft als „das letzte reine Land der Arbeiter“ bezeichnet. Dies wirft auch die Frage auf, wann die heimische Zivilluftfahrtindustrie mit einem Marktvolumen von mehreren zehn Milliarden wirklich in das „Internetzeitalter“ eintreten wird.

Die beiden Arten luftgestützter WiFi-Technologien haben ihre eigenen Einschränkungen. Das Prinzip von Airborne WiFi ist nicht kompliziert. Zhang Chi (Occams Rasiermesser), ein Wissenschaftsexperte und Kommunikationslehrer, erklärte Reportern, dass es je nach Verbindungsmethode in zwei Kategorien unterteilt werden könne: Luft-Boden-Netzwerke und Satellitensignale.

Bei der Air-to-Ground-Methode, auch als ATG-Methode bekannt, werden flugzeugspezifische Kommunikationsbasisstationen am Boden entlang der Flugroute oder eines bestimmten Luftraums errichtet und die Bodenbasisstationen dann zur direkten Informationsübermittlung an das Flugzeug verwendet. Da diese Methode stark von der Bodeninfrastruktur abhängig ist, liegen auch ihre Nachteile auf der Hand: Trifft sie auf besonderes Gelände wie Berge, Flüsse und Ozeane, ist der Bau einer Basisstation grundsätzlich unmöglich. Aus diesem Grund unterliegt die ATG-Methode starken Einschränkungen.

Im Gegensatz dazu können mit der „Luft-Luft“-Übertragungslösung Geländebeschränkungen umgangen werden. Flugzeuge, die Satellitensignalmethoden verwenden, können auf das Internet zugreifen, indem sie direkt mit Satelliten „kommunizieren“, ohne über Bodenbasisstationen zu gehen.

Gemäß den Funkvorschriften der Internationalen Fernmeldeunion verfügen verschiedene Funkdienste über unterschiedliche Frequenzbänder. Die am häufigsten verwendeten Frequenzbänder für die Satellitenkommunikation sind beispielsweise das C-Band (4–8 GHz) und das Ku-Band (12–18 GHz). Letzteres ist bei Fluggesellschaften die gängige Wahl für die Bereitstellung von WLAN-Diensten. Allerdings ist die Kommunikationsgeschwindigkeit im Ku-Band nicht hoch und die tatsächliche Erfahrung ähnelt der in terrestrischen 2G- oder 3G-Netzwerken. Erschwerend kommt hinzu, dass die unterschiedliche Haltung des Geräts auch den Signalempfang erheblich beeinflusst und die Internetgeschwindigkeit noch weiter verlangsamt.

▲ATG und Satellitenkommunikation sind derzeit die beiden gängigsten Flugnetzwerktechnologien (Quelle: gogoair.com)

Natürlich wurde die entsprechende Technologie ständig verbessert. Einerseits werden die schnelleren Ka-Band-Satellitenkommunikationssysteme in China bereits kommerziell genutzt. Andererseits werden auch herkömmliche Ku-Satelliten zu Ku-Hochdurchsatz-Satellitennetzwerken aufgerüstet. Medienberichten zufolge hat China Eastern Airlines seine Internetgeschwindigkeit inzwischen auf 27,5 M/s erhöht, was mit der Geschwindigkeit eines 4G-Netzwerks vergleichbar ist. Die Boeing 787-Flotte von Juneyao Airlines wurde außerdem aufgerüstet und mit dem Hochdurchsatz-Satellitenkommunikationssystem von Ku ausgestattet, sodass die Passagiere sich vom „langsamen“ Netzwerk verabschieden können.

Tatsächlich handelt es sich bei beiden, ob im ATG-Modus oder per Satellitenkommunikation, um Methoden, von außerhalb des Flugzeugs auf das Internet zuzugreifen. Passagiere im Flugzeug können über das WLAN an Bord auf das Internet zugreifen. In diesem System können die Kommunikationskomponenten an Bord eine Verbindung zu den Rechenzentren der Telekommunikationsbetreiber und Dienstanbieter herstellen, während der Bordserver und der drahtlose Hotspot an Bord ein drahtloses lokales Netzwerk innerhalb des Flugzeugs bilden und den Benutzern eine vertraute Wi-Fi-Internetumgebung bieten.

Auf welche Engpässe ist die Entwicklung von WLAN an Bord gestoßen?
Da die Internetgeschwindigkeiten am Boden immer schneller werden, ist der uneingeschränkte Internetzugang für die Zivilluftfahrt ein unvermeidlicher Trend. Im Jahr 2018, als WLAN an Bord gerade eingeführt wurde, sagten einige Institutionen voraus, dass es bis 2021 mehr als 2.400 chinesische Passagierflugzeuge der Zivilluftfahrt geben würde, die über eine Internetverbindung verfügen würden, was 50 % der Gesamtzahl der Flugzeuge entspricht.

Doch diese Prognose war eindeutig zu optimistisch. Ende 2020 lag der Anteil des Internetzugangs an Bord von Inlandsflügen immer noch bei weniger als 6 %, und die meisten Passagiere konnten die Internetdienste an Bord nicht nutzen. selbst wenn sie das „Glück“ hatten, eine WLAN-Verbindung herzustellen, entsprach die Erfahrung möglicherweise nicht den Erwartungen der Leute und manchmal konnten sogar Textnachrichten nicht normal gesendet und empfangen werden.

▲Signale von Satelliten werden manchmal durch das Heck des Flugzeugs blockiert und können die Radarkuppel auf dem Flugzeugdach nicht erreichen (Quelle: SAS)

Warum ist es so schwer, WLAN an Bord zu finden? Zhang Chi ist der Ansicht, dass die technischen Merkmale der ATG-Kommunikation und der Satellitenkommunikation ihre jeweilige Entwicklung einschränken. Selbst wenn beispielsweise die Geschwindigkeit der ATG-Kommunikation erhöht wird, ist diese nur auf bestimmte Landgebiete beschränkt und versagt grundsätzlich auf See, sodass sie für grenzüberschreitende Flüge und Langstreckenflüge nicht geeignet ist. Allerdings haben gerade die Passagiere dieser Langstreckenflüge den größten Bedarf an Vernetzung an Bord.

Satellitenkommunikationskanäle sind teuer. Heutige Großraumflugzeuge befördern im Allgemeinen 300–400 Passagiere. Wenn so vielen Menschen im Flugzeug Satellitenkommunikationskanäle zur Verfügung gestellt werden, wird der jedem Menschen zugeteilte Tarif sehr niedrig ausfallen. Dies ist eine physikalische Einschränkung.

Neben der technischen Ebene analysierte Wang Yanan, Chefredakteur des Magazins „Aviation Knowledge“ und Mitglied des Wissenschaftspopularisierungsausschusses der Chinesischen Gesellschaft für Luftfahrt, dass der langsame Fortschritt der Luftfahrtvernetzung auch eng mit Kosten, Markt und Politik zusammenhängt.

Um Internetzugang in Flugzeugen zu ermöglichen, ist es notwendig, alte Anlagen umzubauen oder neue Geräte zu bauen. Diese Hardware lässt sich grob in drei Teile unterteilen: gemietete Satelliten, Bordausrüstung und Bodenbasisstationen. Zur Bordausrüstung gehören unter anderem Boden-Luft-Kommunikationskomponenten, Bordserver usw. Der Preis für ein Gerät einer importierten Marke beträgt 6 Millionen Yuan, und der Preis für inländische Geräte liegt ebenfalls zwischen 2 und 3 Millionen Yuan.

Bei einem Flugzeug, das Hunderte Millionen Yuan wert und Jahrzehnte alt ist, dürften ein paar Millionen Dollar an Umbaukosten nicht viel sein. Das Problem aber sei, dass selbst wenn die Fluggesellschaften alle ihre Flugzeuge mit WLAN ausstatten und dafür hohe Kosten an die Anbieter von Kommunikationsausrüstung und Netzbetreiber zahlen würden, dies letztlich aufgrund der Geschwindigkeitsbegrenzung von den Passagieren nicht akzeptiert würde, was bedeute, dass sie „Geld verlieren und keinen Gewinn abwerfen“.

▲ Vom Gerätelieferanten an der Unterseite der Testmaschine installierte ATG-Antenne (Quelle: gogoair.com)

Was den kommerziellen Betrieb von WLAN an Bord angeht, sind die großen inländischen Fluggesellschaften noch nicht so weit fortgeschritten. Der Reporter erfuhr, dass Air China und HNA beide kostenlose Internetzugangsdienste anbieten, China Southern Airlines ein Punkteeinlösungssystem einsetzt und nur China Eastern Airlines kostenpflichtige Dienste anbietet. Die Preise sind jedoch nicht hoch – der Preis für einen unbegrenzten Internetzugang beträgt 50 Yuan, oder er kann mit 2.500 Punkten eingelöst werden (Verbrauch entspricht etwa 25.000 Yuan).

„Wenn inländische Passagierflugzeuge der Zivilluftfahrt ihre Bordnetzwerkausrüstung ändern möchten, müssen sie dies der Zivilluftfahrtbehörde Chinas melden und einen Antrag stellen. Es gibt bestimmte Verfahren, und diese können erst nach Genehmigung umgesetzt werden“, sagte Wang Yanan. Aufgrund politischer Einschränkungen befindet sich die inländische ATG-Lösung noch in der Testinstallationsphase. Sowohl Telekommunikationsbetreiber als auch Hersteller von Luftfahrtausrüstung müssen die entsprechenden Telekommunikationsmanagementvorschriften einhalten und die entsprechenden Genehmigungen und Lizenzen einholen, bevor sie angewendet werden können.

Obwohl die meisten Passagierflugzeuge mit WLAN an Bord ausgestattet sind, schreitet die Umstellung auf Bordnetzwerke unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren immer noch langsam voran.

Die „Internetwüste“ in der zivilen Luftfahrt wird ernst genommen. Derzeit hat sich China mit über einer Milliarde Internetnutzern zum Land mit den meisten Internetnutzern der Welt entwickelt und ist zudem der zweitgrößte Luftverkehrsmarkt der Welt. Theoretisch besteht also eine große Nachfrage nach drahtlosen Bordnetzwerken auf chinesischen Flügen. Darüber hinaus könnte sich mit der künftigen Stabilisierung der globalen COVID-19-Pandemie und der vollständigen Verbreitung der 5G-Kommunikation die „Netzwerkwüste“ des zivilen Luftverkehrs, in der blinde Flecken und Chancen nebeneinander bestehen, zu einer neuen Geschäftsmöglichkeit entwickeln.

(Quelle: arstechnica.com)

Es versteht sich, dass die derzeitige Kommunikationstechnologie für die Luftfahrt in geringer Höhe (d. h. die Kommunikationsmethode zwischen Piloten und Kontrolltürmen) noch relativ primitiv ist. Nachdem die vermisste Boeing 737 von Malaysia Airlines vom Radar verschwunden war, konnte der Tower nur noch den Piloten per Funk anrufen. Mithilfe von Satellitenkommunikation und einem „Handshake“ mit dem Flugzeug konnte die Richtung des Flugzeugs schließlich bestimmt werden.

Daher besteht in der Luftfahrtbranche ein Entwicklungskonsens: Zukünftige Flugzeuge sollen miteinander vernetzt sein. Wang Yanan sagte, dass Flugzeuge Signale voneinander empfangen könnten, wodurch die Situation aller Flugzeuge im Luftraum erfasst werden könne: „Es ist denkbar, dass Flugzeuge in Zukunft definitiv zu hochrangigen Einheiten zum Senden und Empfangen von Signalen werden.“

„Auch wenn wir nicht davon ausgehen, dass Passagiere WLAN nutzen, werden Flugzeuge (zukünftig) zu großen WLAN-Routern, die höhere Geschwindigkeiten und schnelleren Datenverkehr in der Luft-Boden-Kommunikation gewährleisten. Auf dieser Grundlage wird es eine Selbstverständlichkeit sein, den Netzwerkkommunikationsanforderungen der Passagiere gerecht zu werden“, sagte Wang Yanan.

In den letzten zwei Jahren haben verschiedene inländische Kräfte die Einführung von WLAN an Bord beschleunigt. Im Hinblick auf das ATG-Modell haben China Telecom, China Eastern Airlines und Juneyao Airlines seit Dezember letzten Jahres gemeinsam eine „Air-Ground Interconnection“ eingerichtet. Tencent, HNA und Shenzhen Donica Airlines haben gemeinsam „Flying Enjoy Interconnection“ gegründet. Einerseits werden diese Kooperationen es den Betreibern ermöglichen, Bodenbasisstationen besser aufzubauen und die Luftnutzer besser zu bedienen. Andererseits wird die Beteiligung weiterer Unternehmen der Branche dabei helfen, ihr Geschäftsmodell zu verbessern und einen Weg zur kommerziellen Luftverkehrsvernetzung zu finden, der im Interesse der Fluggesellschaften und Nutzer liegt.

Andererseits gab es auch neue Entwicklungen im Bereich der Satellitenkommunikation. Ende April dieses Jahres wurde die China Satellite Network Group Co., Ltd. offiziell gegründet und es wird erwartet, dass in Zukunft die kommerziellen Nutzungsrechte für weitere Satelliten eröffnet werden. Wenn die Geschwindigkeit der Satellitenkommunikationsnetze zunimmt und die Kosten sinken, wird sich auch das Benutzererlebnis verbessern.

(Quelle: ecns.cn)

An beiden Enden einer reifen Industrie muss ein ausgewogenes und stabiles Verhältnis von Angebot und Nachfrage bestehen. Einerseits garantiert es den Verbrauchern eine hohe Servicequalität und andererseits sorgt es für eine wirtschaftliche Rendite der Investition. Nur so kann sich die Branche gesund entwickeln und vermeiden, in einen Teufelskreis zu geraten. Fluggesellschaften müssen künftig stärker über ihre Geschäftsmodelle nachdenken, im Testbetrieb Pilotbetrieb durchführen und Geschäftsmodelle finden, die besser zu den nationalen Gegebenheiten passen.

Um dieses Problem zu lösen, müssen wir weiterhin auf Marktförderung setzen. Beispielsweise haben einige Fluggesellschaften einen hohen Anteil an Internetnutzung an Bord erreicht. Bei gleichem Ticketpreis werden Passagiere definitiv Flüge mit Internetzugang an Bord bevorzugen. Dies ist auch eine Förderung des Fluggeschäfts. Sagte Wang Yanan.

Doch letzten Endes ist es für das Internet an Bord nicht möglich, das Internetmodell am Boden zu kopieren. Zhang Chi ist der Ansicht, dass Passagiere, die Internetdienste an Bord nutzen, ein besseres Verständnis der Technologie selbst haben sollten. Es gibt immer einen Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Kommunikation über luftgestützte und der über bodengestützte Netzwerke. Dies liegt an physikalischen Eigenschaften. Wir können bodengestützte Standards nicht auf luftgestützte Netzwerke übertragen. Satellitenkommunikation wird immer eine Ergänzung sein.

Geschrieben von Reporter Zhao Tianyu

Herausgeber/Ding Lin

Produziert von: Science Central Kitchen

Produziert von: Beijing Science and Technology News | Science Plus-Kunde

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