老鹰漫谈系列第四期

漫谈飞机上不让用手机的那点事

1.引言

手机对多数人来说，已经成为日常生活中不可或缺的一部分。据统计，2015年全球智能手机用户将达到19.1亿，用户比例首次超过全球人口的四分之一，预计2016年将增长12.6%，达到21.6亿；到2018年，全球三分之一的消费者将是智能手机用户，总数超过 25.6亿人，代表了全球移动手机用户的一半。中国的手机用户已经进入到13亿，相当于中国91%的人都在使用手机，2014年中国智能手机用户首次超过5亿人，成为智能手机用户最多的国家。手机的普及，来自于对其功能的需求，人们可以通过手机收发信息、接听电话、浏览网页、购物支付，随着上网业务和APP应用的成熟，人们逐渐培养出固定的使用习惯，对手机的依赖性已越来越明显。但目前手机并不是任何时间都能使用的，当人们出行乘坐飞机时，手机会被禁止打开。

2014年中国民航运输类飞机飞行时间共计762万小时，同比增长10.2%，即使按照巡航时间为总时间二分之一来计算，巡航阶段的时间约381万小时。如果能够在飞行中使用手机，让用户实现空地通讯，体验手机上众多的应用程序，飞行中手机开放带来的经济效益不可限量。

2.为什么飞机上不让开手机呢？

那么为什么手机在飞行中会被限制使用？这要追溯到便携式电子设备PED发明以来，人们不能确定PED对机上电子设备的影响。具体过程详见下图：

-1963年，美国航空无线电技术委员会RTCA DO-119规定禁止在飞机上使用便携电子设备，包括助听器、电子词典和记录器之类的设备；

-1988年，FAA采纳了DO-199建议，开始开放使用助听器、心脏起搏器和电子表；

-1992年，RTCA发布DO-233，规定在所有测试完成以前，仍禁止使用T-PED，同时在关键阶段禁止使用PED；

-2001年10月，欧洲开放使用蓝牙设备；

-2003年，欧洲特别工作组发布报告ED-118，认为PED的杂散干扰对飞机接收机仍有威胁，建议关闭PED，也不建议使用PED监测装置，原因是这种装置本身带来的技术以及程序性问题大于可被检测到的设备给飞机带来的风险；

-2003年，NASA测试了WLAN的杂散，发现WLAN设备的杂散不比笔记本更大，远低于FCC的门限；2003年，在FAA要求下，RTCA成立特别工作组，于2004年10月发布了DO-294《T-PED机上使用指南》，制定了评估PED干扰风险的测试流程，以及用于防止人为操作带来的风险的管理流程；

-2006年12月，RTCA发布DO-294B，重点关注超宽带设备以及picocell等技术产品在飞机上的应用；

-2007年10月，RTCA发布DO-307，规范新飞机的设计与测试，确保能抵抗PED干扰。

-2013年10月，FAA开放手机的部分功能，要求使用飞行模式；

-2014年9月，EASA开放手机相关使用。

政策不断的变化来源于众多的研究与分析，NASA 持续监控着PED设备电磁兼容EMI事件的报告，从一份记录1986年至1999年相关数据报告中可以看到，手机、电脑对于早期飞机系统具有一定的影响。

之后随着航电设备的更新，以及飞机系统的抗干扰能力评估的加强，PED对飞机系统对干扰越来越小。Delta航空2010年1月1日至2012年8月31日期间，230万次飞行的统计分析中，飞行员报告有可能受到PED干扰共3次、维护监测设备记录未知干扰共24次，这一共27次记录中，6次证实非PED干扰，1次是由ACARS干扰引起，2次是和打开扩音器有关，其余16次是未经确认的。

RTCA通过长期分析认为，PED设备对飞机接收系统对干扰很小，比如ILS定位天线，PED干扰的概率为百万分之一。

上面提到的概念里有三个定义：飞行模式、飞行关键阶段、PED。

飞行模式是指关闭手机发射装置，即关闭手机的通信模块，手机不会主动向基站发送寻呼信号，不会试图联系基站，但一般可拨打紧急电话，手机关闭SIM卡的信号收发装置，即可关闭通信模块功能，但手机其他业务不受影响，飞行模式下，所有信号发射的功能都关闭，包括通信功能、WiFi功能以及蓝牙功能，WiFi、蓝牙等功能可以在飞行模式下，手动开启。经过在电磁屏蔽室进行实际测试，在手机开启飞行模式后，手机通信模块不再发射电磁信号，包含 CDMA800、GSM900、GSM1800、WCDMA2100、LTE1.8G/2.5GHz等发射频率，手机WiFi信号发射功率与PAD类似，均不超过100mW。

飞行关键阶段是指滑行、起飞、着陆和除巡航飞行以外在3000米(10000 英尺)以下的飞行阶段。

PED分为两类，一类为不主动发射信号的PED，包括计算器、照相机、收音机、音频扬声器、电子游戏机、玩具等，一类是主动发射信号的T-PED，包括遥控设备、双向无线电、手机、卫星电话、GPS货物跟踪设备等。

3.飞机不让开手机政策变化

从制造和运营方面，手机对航空器系统的影响已经有了初步定论，即PED对航空器设备的干扰小。而从乘客方面的调查，也可看到用户对飞机上开放PED等电子设备的态度。FAA研究组曾对成年人飞机乘客进行调查分析，结果表明，人们在飞机上用智能手机的占28%，笔记本电脑占25％，平板电脑占23%，非智能的普通手机占5%，MP3播放器占23%。下图调查了乘客愿意在空中上网时使用的设备中，笔记本电脑占59%，智能手机占55%，非智能手机占30%，平板电脑占49%，可见想在旅途中打开PED设备的人占大多数，特别是笔记本电脑和手机。

目前FAA、EASA已经相继下发了管理规定，开放了手机在空中的应用。目前美国、欧盟、新加坡、巴西、澳大利亚等国家和地区已陆续开放手机使用，乘客在飞行过程中不再强制要求关闭手机。

FAA建议，为了确保飞机的PED抗干扰性能，需要有技术分析，满足DO-307、DO-294、DO-160、FAA的AC91-21.1B、AC20-164等要求, 如果航空公司确认飞机可以抵抗来自PED的干扰，则由航空公司负责决定哪些PED可在飞机上使用, 在特殊的恶劣天气，乘务员仍需要要求乘客在降落阶段关闭PED, 对于诸如笔记本之类的较重的PED，在起飞和降落阶段，需要妥善安置，在INFO 13010中，FAA明确制定了相关流程和规范。由于FCC的规章条款22.925要求空中不能使用手机，航空公司应要求乘客开启飞行模式，若飞机配备了无线网络，航空公司应清晰的要求乘客何时开启PED，使用无线网络。

2015年5月，为了控制便携式电子设备（PED）干扰飞机导航或通信系统的风险，FAA发布了AC91-21.1C《飞机上便携电子设备的使用》，该文件允许在飞机的运营人已经确定不会与飞机的安全运行相互干扰的前提下（即基于确定的飞机通信、导航、监视和其它电子系统的抗PED干扰特性）使用某些PED，允许使用PED的决定权在于运营人。文件建议了一个表明PED操作满足91.21要求的符合性方法，以完成电子干扰评估，FAA提出的可接受的判定方法包括：PED干扰评估、演示抗PED干扰能力、进行安全风险评估。PED干扰评估由运营人做决定，可以基于型号审定数据、PED干扰试验等；运营人也可从飞机制造商提供的符合性声明中证实飞机的抗PED干扰能力；对于安装了FAA批准的某些使用PED的系统，例如，机载移动通信系统OMTS，可被认为是具备某些PED的抗干扰能力；如果某型号已经表明了主动发射和非主动发射PED的抗干扰能力，运营人可以允许在这些飞机型号的所有飞行阶段使用PED；如果飞机型号无法表明对非主动发射PED的抗干扰能力，运营人应在飞机下降和进近期间禁止使用PED。运营人可以选择通过航空电子系统功能风险评估来表明抗PED干扰能力，通过风险评估，辨识危险源，评估前门耦合和后门耦合效应。目前PED产品规范增加了前门效应的安全裕度，减少了PED信号干扰飞机无线电接收天线的概率；而基于PED发射信号的强度以及飞机系统对特定PED发射频率的敏感度，T-PED设备的射频信号可能潜在地会干扰飞机电子电气系统，但飞机关键系统在审定时需要满足HIRF设计标准，对后门效应并不敏感。

EASA也在PED的使用上放宽了政策，2013年12月，EASA发布了SIB，指导飞行阶段非发射类设备的使用，修改AMC1、CAT.GEN.MPA.140，声明自2014年9月26日起，乘客可自由使用PED，不管是否开启飞行模式与否，参考RMT.0637 & RMT.0061 (25.063) 、波音公司手册测试分析报告以及RTCA 报告，认为PED的干扰概率为百万分之一。PED评估可参考CS 25.1431，或HIRF要求，评估包括测试水平、调制解码、频率范围、辐射场耐受环境。EASA认为PED在飞机上的应用分两个目标，一个是修订政策，放宽在不同的飞行阶段使用PED终端；另一个要在飞机取证过程中，认证测试对于PED无线电射频发射端的抗干扰性。

中国方面，政策预计近期也将有变化，CCAR121R5征求行业意见时，121.573条规定，飞机上可以使用的便携式电子设备包括便携式录音机、助听器、心脏起搏器、电动剃须刀，以及合格证持有人认为使用时不会影响飞机导航和通讯系统的便携式电子设备，同时需要由合格证持有人对特定便携式电子设备使用情况验证，该规则替代原来禁止使用手机的条款，但此文件又未明确具体操作建议，暂时不具备可执行条件。

除了刚才提到的飞行安全和运行的相关政策，还要考虑无线电通信的相关政策。2007年8月，亚太电信组织APT无线论坛采纳了一份框架意见书，其中重点阐述了机载GSM系统的总体特性，包括移动电话和所需的无线电基站执照，该无线电法规框架预计将在服务商、亚太电信组织成员和经授权的频谱管理机构间使用。

对于客舱内使用的像移动电话类的T-PED，欧洲民航设备组织EUROCAE和RTCA分别制定了相关的飞行安全标准，比如ED-130和DO-294A/B。对于频谱的使用需要取得飞行器飞行空域所在国的国内电信法规部门的授权，系统不得在未获得（机载基站和机载控制装置）频率使用权的国家传输任何信号。

欧盟委员会下属的电信合格性评估与市场监察委员会TCAM已经决定，机载GSM系统可以遵循指导标准99/5/EC（R&TTE Directive）设计，此R&TTE指导标准针对无线电设备和电信终端设备在欧盟成员国的自由流通和使用建立了法规框架，并由此规定了这些设备需要满足的法律要求。

对于机载GSM系统，为了保证地面网络的容量和频谱协调的规范管理，还要考虑到与地面蜂窝网络的共存问题，挑战在于控制由乘客携带的移动电话和机载设备（基站和机载控制装置）的射频发射。即使处于10,000米以上的巡航高度，飞行器内的移动电话也将在开机状态下尝试连入所兼容的地面蜂窝网络，这种情况下，移动电话通常以相当高的功率（最高至2瓦）发射信号。因此如果要确保机载GSM系统不产生任何有害干扰，移动电话和基站必须以低功率发送，且仅运行于距地面3000米以上高度。

4.机上GSM设备介绍

随着政策的开放以及技术的进度，国外目前已经成功运营了机上手机基站，比如Onair的GSM基站。Onair 是2005年由空客与国际航空电信公司SITA共同成立的合资公司，现在属于国际航空电信公司SITA的完全控股子公司，可在3千米以上高空，利用海事卫星SBB技术、向机上乘客提供GSM电话（语音、短信、低速上网）、WiFi接入互联网、以及机上娱乐服务。2007年，Onair首次在A318飞机上提供GSM服务，并通过EASA认证；截至2014年，OnAir向五大洲总计60个国家、36家航空公司提供了GSM服务，覆盖A320系列、波音737、波音777等机型。

Onair系统由手机终端/笔记本电脑、机上GSM系统与卫星设备、海事卫星、地面网络运营商四大部分组成：

系统包括一个机载部分和一个地面部分，其中机载部分可分为客舱无线域和前端IP网络。在客舱无线域中，基站负责与乘客的移动电话通信，而机载控制装置OBCE则用于控制客舱内所有电话的射频发射，并阻止其尝试连入飞机以外的无线电网络。机载控制装置与基站均通过漏波天线向乘客设备发送信号，传回的GSM信号则通过接收天线接收。

对链路预算的计算表明，为符合GSM标准的移动台设定的最小额定功率0dBm足够用于在飞行器无线电环境中与基站进行正常通信。由于飞行器内的移动台只能从机载基站接收信号，也只能漫游至机载基站。移动台的发送功率从而能够被维持在最低水平，避免了对地面网络的干扰。来自地面系统的信号则被客舱内的背景噪声有效屏蔽，由OBCE产生和支配的背景噪声的频谱功率密度必须强到足以湮没机舱内接收到的地面信号，同时也必须低于机舱内的基站和移动电话产生的信号功率密度。不支持GSM的移动电话将无法使用机载GSM系统，而只能保持在空闲模式。只要机载控制装置还处于激活状态，它们就不会向地面网络发送任何无线信号。

机载GSM基站一方面实现了客舱乘客使用手机语音和短信业务需求，另一方面，由于客舱内引入基站，使得手机与机载GSM基站联系，避免手机因搜寻地面网络而逐步加大手机发射功率，避免手机强功率发射对飞行安全的影响。

5.我国针对手机的相关建议

可以看到，国外已经有较为成熟的PED开放模式，美国明确要求手机开启飞行模式，欧洲由于机载GSM业务存在，对飞行模式没有明确要求。而目前国内仍明令禁止在飞行中使用手机，近年来政策层面已有放松的迹象，从CAAC以往相关法规要求看，很可能依照FAA要求，放开手机使用，但要求开启飞行模式。在这样的规定下，仍有乘客有意无意不开启飞行模式，甚至有乘客在下降过程中开机拨打电话，如何这样的风险呢？另外，正规手机终端各项指标经过FAA多年研究测试未重现干扰现象，但国内部分山寨手机由于未进行检验鉴定，无法保证是否对飞机系统有较大对干扰。

因此本文建议可以借鉴机载GSM基站模式，当前不是利用该设备提供语音服务，而是利用利用舱内机载基站微功率发射，吸附违规用户，避免乘客终端高功率寻找地面网络，降低乘客违规使用手机对飞行安全的影响，不失为上上策。将类似Onair的机载GSM基站作为违规手机功率抑制器，为手机禁令开启提供有利的管理手段。

因此本文建议国内手机开放从以下几个方面进行：

（1）政策方面

建议遵循FAA政策，门到门，开启飞行模式或关机（对于不支持飞行模式手机，要求关机），避免乘客不遵守民航规定情况发生，通过技术手段方式，避免出现类似前述案例情况，利用机载GSM基站作为手机信号抑制的机载设备，辅助实现对违规乘客技术管控。

（2）技术原理

对于机载GSM基站，根据GSM手机接入认证原理，GSM网络是单向鉴权，即只要机载GSM基站授权手机接入，那么GSM手机即可接入网络；因此可让舱内GSM基站授权任何GSM手机接入；一旦手机接入舱内机载GSM基站后，机载GSM基站可以通过功率控制命令，让GSM手机以最小的功率发射，即可达到控制GSM手机发射功率的目的，此时手机将以小功率进行发射，最小可低至3.16mW，约为GSM手机最大发射功率2W的1/630。

（3）未来发展

本文将机载GSM基站用作违规用户的手机功率抑制设备使用，可以有效的规避乘客违规使用手机问题，为航空公司提供有效管理手段，同时该设备也完全具备通过天地互联通道，实现机载语音、短信等服务，真正实现乘客空中与地面无差别的业务体验，当然客舱中进行语音业务可能会影响到周边乘客，欧美很多航空公司将机载基站的语音功能进行关闭。

6.小结

未来手机开放是大势所趋，将来不论手机还是其它PED设备的开放的政策和管理手段，都需要与国际接轨，如何有效对乘客使用手机进行管理，规避违规乘客风险至关重要，政策变化的同步，管理需要同步跟上。

在现有的运行规章体系下，要求手机禁止使用，那就需要规范旅客的行为，减少空勤人员的工作量，由于手机放在口袋里无法被空勤人员探知，因此无从知道是否打开了手机。可利用机载GSM基站作为手机功率抑制器，控制所有可能连接到飞临地区地面蜂窝网络的移动电话并阻止它们登入这些网络；在开放手机禁令（飞行模式前提下）后，该设备也可作为手机功率抑制器使用，规避乘客违规使用手机对飞行安全负面影响；未来如果彻底开放手机使用（不再要求飞行模式），可将该机载设备作为运营商网络的拓展，定位为客舱基站，实现乘客在空中无差别的使用手机畅享语音、短信、上网、WIFI上网等移动互联需求。