5G与飞机安全:模拟如何帮助确保乘客安全

1月18日星期二，电信公司提供了在令人垂涎的5G中频频谱(也称为c波段)上运行的新的无线接入网络(RAN)单元。他们买下了这个国家的版权2020年12月从联邦通信委员会获得频谱，总成本为690亿美元以获得高达280兆赫的综合带宽。该带宽提供比当前4G LTE服务更快的上传和下载速度，其频率比新兴的5G毫米波频段表现出更好的范围和障碍物阻挡性能。

这一频谱的出售在美国联邦航空局、商业航空业和国防部内部引发了重大问题，他们对飞机上的雷达高度表系统受到干扰的潜在危险表示强烈担忧。最后，在周二，美国联邦航空局宣布了一项立即裁决，禁止飞行员使用自动着陆(以及其他在低空使用的飞行系统)，因为新的5G信号可能会干扰雷达高度计系统。这一裁决立即在整个航空旅行行业引发了反应，甚至波及到了证券市场。

因此，主要国际航空公司取消了飞往美国的航班。此外，美国联邦航空局强调的50个机场的几条国内航线被取消或有被取消的危险。美国联邦航空局这一突然行动的后果是广泛的，造成了全球航空旅行的困难，导致飞机制造商的股票暴跌，并促使航空电子设备制造商开始测试和认证他们的设备，以应对新的频谱威胁。

世界各地成千上万架飞机现在都在接受审查——从大型商用客机到私人飞机再到直升机。过去和当前几代雷达高度计的设计从未考虑到需要预测和拒绝强相邻信号。雷达高度计开发商和使用其设备的飞机制造商现在必须检查或测试他们的设计，以评估它们在起飞或降落期间在5G塔附近飞行时的表现。请注意，到1月20日星期三，美国联邦航空局宣布批准一项“估计78%的美国商用飞机将在无线公司部署c波段的机场进行低能见度降落这份名单涵盖了大多数宽体飞机，以及一些支线飞机。

所有这些都可以通过使用电磁模拟软件来避免。

危机之路

我们是怎么走到这一步的?射频(RF)系统用于各种任务的整个飞机平台，通常作为自动驾驶仪和仪表着陆系统(ILS)的关键部件。3700-4400兆赫的射频频段以前被指定用于固定业务和固定卫星业务链路。利用这一段的运营商通常具有非常低的排放或上行站点，这些站点在地理上远离机场位置。雷达高度计的使用是国际公认的，并在4200-4400 MHz频段受到保护。2020年3月，美国联邦通信委员会决定重新分配该频段，将3700-3980 MHz的280 MHz频谱专用于支持电信行业对额外频段的需求。这种重新分配为飞机安全和雷达系统留下了20 MHz的保护频段(从3980 MHz到4000 MHz)以及频谱的平衡(4000-4400 MHz)。次年12月，联邦通信委员会在拍卖会上出售了电信频谱。

雷达高度计系统通常在4200-4400兆赫之间工作。既然他们不使用与电信公司相同的频带，有什么问题吗?事实证明，雷达高度计系统对干扰非常敏感，即使来自带外源。在受到干扰的情况下，雷达高度表可能会发出到地面距离的错误读数。此外，这些系统与自动着陆和起飞系统相结合，可以使飞行控制迅速减少或施加发动机推力，减少襟翼，降低起落架，或采取其他可能导致飞机失速并危及乘客安全的自动安全行动。

截至1月19日星期三，拜登政府和美国联邦航空局已与电信公司达成初步协议，在他们与联邦监管机构合作解决新5G服务潜在干扰的争端期间，推迟在确定的机场附近启用新塔。

这一冲突将如何解决?有两个问题需要审查和解决:

1. 来自5G系统的通道内辐射以及需要在雷达高度计接收器上拒绝这些信号
2. 带外5G发射机发射，落在雷达高度计的工作波段

这些调查的结果可能需要对其中一个或两个系统进行昂贵的修改。

模拟如何提供帮助

当有Ansys EMIT等仿真工具可以预测这些干扰影响并提供缓解指导时，这个问题出现了，这有点令人惊讶。对于困难的干扰问题，Ansys EMIT工具包是Ansys Electronics Desktop的一个组成部分，也是Ansys Electronics Desktop的一部分Ansys基于组合，旨在考虑宽带发射机发射并评估其对宽带接收器特性的影响。

通道内和带外效应都被考虑。除了发射机和接收机，还必须考虑天线系统，考虑到飞机的方向和位置，以及5G天线系统的波束形成和波束转向特性。Ansys HFSS是天线系统物理建模的行业标准，其安装效果和耦合，甚至长距离地面和地形反射。

在本博客系列的第2部分中我们将更仔细地研究这种与飞机安全系统中使用的雷达高度计的潜在5G冲突。参观Ansys基于和航空电子设备更多信息。