Могут ли сосуществовать связь 5G и авионика?

Пилоты полагаются на радиовысотомеры для обеспечения точных измерений расстояния самолета над поверхностью Земли, особенно на этапах захода на посадку и посадки. Данные, полученные от высотомеров, особенно важны для безопасного выполнения посадки в условиях плохой видимости.

Если воздушное судно потеряет сигнал или получит ошибочные данные от радиовысотомера, может произойти несколько различных сценариев в зависимости от типа воздушного судна, требований аэропорта к посадке и погодных условий. В нижней части спектра риска может потребоваться отключить автопилот, а пилоту (пилотам) потребуется вручную посадить самолет. Некоторые аэропорты или определенные погодные условия в других аэропортах могут не допустить посадки определенных самолетов без данных высотомера. Это может означать, что если видимость плохая и высотомер не работает, воздушному судну может потребоваться дождаться улучшения погоды или приземлиться в другом аэропорту. Возможно, самый большой потенциальный риск возникает, если на последних этапах посадки возникают помехи сигналу радиовысотомера, поскольку это может привести к опасной или катастрофической ситуации при посадке.

На протяжении десятилетий в США вероятность возникновения интерференции сигналов между высотомером самолета и другими радиочастотными сигналами была незначительной, поскольку высотомеры и системы, использующие эти устройства, работают в диапазоне от 4,2 до 4,4 ГГц с ближайшей рабочей частотой 3,7. от ГГц до 3,98 ГГц, предназначенный для маломощной спутниковой связи (satcom). Защитная полоса 220 МГц между этими двумя приложениями считалась достаточной, потому что приложения спутниковой связи, работающие в ближнем спектре, передавали сигналы малой мощности, которые вряд ли мешали сигналам высотомера.

В последние годы это изменилось, поскольку в США этот спектр был перераспределен со спутниковой связи на телекоммуникации 5G.

Опасения по поводу перераспределения спектра C-диапазона

Поскольку спрос на связь с более высокой пропускной способностью быстро растет, на Федеральный комитет по связи США (FCC) оказывается сильное давление, чтобы разрешить связь 5G в дополнительных частях радиочастотного спектра. С конца 2020 г. по начало 2021 г. FCC провела аукцион 107, чтобы перераспределить выделенную полосу пропускания спутниковой связи между 3,7 ГГц и 3,98 ГГц для операций мобильной связи. Важно отметить, что FCC и телекоммуникационная отрасль называют эту часть спектра диапазоном C, но это может немного сбить с толку, поскольку диапазон радаров IEEE, известный как диапазон C, охватывает диапазон от 4 ГГц до 8 ГГц. Полосы 5G NR FR1, попадающие в этот диапазон, — это n77 и n78.

Пока FCC готовилась к этому аукциону, различные организации, от Федерального авиационного управления США (FAA) до союзов пилотов и отдельных авиакомпаний, выразили в FCC обеспокоенность тем, что разрешение телекоммуникационных операций 5G в этой части диапазона C может вызвать помехи для бортовых высотомеров. . Это связано с тем, что сигналы, излучаемые базовыми станциями 5G вблизи аэропортов, будут намного мощнее, чем сигналы малой мощности, используемые для спутниковой связи. Эти более мощные сигналы могут мешать сигналам высотомера, и без этих данных, доступных во время посадки, двигатель и тормозная система могут не перейти в режим посадки, что затруднит или сделает невозможной остановку самолета на взлетно-посадочной полосе. Таким образом, авиационная отрасль сочла, что имеющейся защитной полосы 220 МГц уже недостаточно, и необходимы дополнительные оценки, чтобы определить, насколько вероятно, что авиационные высотомеры будут испытывать помехи от сигналов 5G C-диапазона.

Вероятное вмешательство

Насколько вероятно, что сигналы 5G в диапазоне C будут мешать работе высотомеров самолетов? Ответ на этот вопрос оказывается сложным для телекоммуникационной и авиационной промышленности, а также их соответствующих регулирующих органов.

Спектр, излучаемый источником помех, в данном случае базовыми станциями 5G, регулируется с точки зрения спектра излучения. Это означает, что радиостанция, прошедшая сертификацию для использования в США, соответствует стандартам, основанным на спецификациях 3GPP, но потребуются дополнительные разъяснения, чтобы определить, будет ли базовая станция в этих пределах излучения мешать работе радиовысотомера, поскольку это устройство не подпадает под действие одни и те же стандарты.

Кроме того, мощность этого спектра в приемнике зависит от расстояния от передатчика до приемника. В данном случае приемник представляет собой радиолокационный высотомер на быстро движущемся самолете, что затрудняет измерение чувствительности приемника к рассматриваемому спектру.

Еще одна проблема, связанная с определением возможных помех, заключается в том, что в настоящее время используется множество радиолокационных высотомеров, созданных за последние три десятилетия различными производителями. Поскольку эта часть диапазона C ранее использовалась для маломощных приложений спутниковой связи, производителям высотомеров не обязательно было использовать фильтры с высокими характеристиками, что означает, что высотомер может улавливать некоторые сигналы ниже 4,2 ГГц.

Запуск C-диапазона 5G в США

В конце 2021 года крупные телекоммуникационные компании, такие как Verizon Wireless и AT&T, были готовы извлечь выгоду из почти 70 миллиардов долларов, которые они потратили на лицензирование частей диапазона C. Отрасль авионики сообщала FCC об опасениях по поводу помех до, во время и после аукциона спектра, и по мере приближения дат развертывания этих сетей 5G авиационная отрасль оказывала давление на FCC, чтобы она приняла меры.

Развертывание диапазона C 5G первоначально было запланировано на декабрь 2021 года, но на тот момент влияние этих сигналов 5G на высотомеры все еще оставалось неясным. Поэтому FCC работала с операторами связи, чтобы отложить развертывание до конца января 2022 года. Это дало производителям высотомеров больше времени для оценки данных от компаний беспроводной связи относительно сигналов и проведения дополнительных испытаний своего оборудования.

Незадолго до новой даты развертывания 19 января 2022 года производители высотомеров определили, что большинство высотомеров, используемых в пассажирских самолетах, вряд ли будут испытывать помехи этим сигналам 5G. Некоторым крупным международным авиакомпаниям это не понравилось, и они отменили многие рейсы в США. Из-за этого опасения и того факта, что производители высотомеров все еще тестировали свои устройства, незадолго до их запланированного запуска, Verizon и AT&T договорились отложить включение базовых станций 5G около примерно 50 аэропортов, которые обычно должны были выполнять заходы на посадку в условиях плохой видимости, до июля. 2022.

Фильтры поднимаются высоко

Включение высокоэффективной фильтрации для предотвращения помех альтиметрам не было приоритетом в умах производителей альтиметров в течение последних нескольких десятилетий. Сигналы 5G, возникающие в соседнем спектре, побудили производителей высотомеров добавить в устройства высокопроизводительные фильтры, чтобы гарантировать, что сигналы ниже 4 ГГц не будут обнаружены. Руководство включает рекомендации по уровням защиты радиовысотомеров, которые могут помочь предотвратить перегрузку входной части приемника, ухудшение чувствительности и ложные показания высоты.

По состоянию на июль 2022 года было обнаружено, что некоторые самолеты используют высотомеры, которые могут испытывать помехи, в результате чего Verizon и AT&T согласились на двухэтапный план расширения для включения базовых станций 5G возле аэропортов. В рамках этого плана FAA потребовало, чтобы авиакомпании заменили высотомеры, которые не были одобрены для безопасной эксплуатации, на модель, одобренную FAA, например ALA-52B Honeywell. Считается, что это единственный доступный в настоящее время радарный высотомер, который практически не показывает признаков помех 5G благодаря полосовой радиочастотной фильтрации, которая обеспечивает устойчивость к помехам 5G и создает наименьший радиус защиты (то есть расстояние между базовой станцией 5G и самолет) доступны уже сегодня, говорит Honeywell.

Первый крайний срок замены высотомера в конце 2022 года предназначен для региональных самолетов, которые считаются наиболее восприимчивыми к помехам, а второй крайний срок в июле 2023 года – для коммерческих авиакомпаний. Производители высотомеров сотрудничают с авиакомпаниями, чтобы предоставить установочные комплекты, которые упрощают замену высотомеров, но авиакомпании и производители высотомеров по-прежнему обеспокоены потенциальными затянувшимися проблемами цепочки поставок, вызванными пандемией, которые могут затруднить соблюдение последних сроков.

Устранение любых потенциальных проблем с помехами между 5G и самолетами сейчас имеет решающее значение, поскольку спрос на связь 5G — и будущие поколения беспроводной связи — будет продолжать расти во всем мире.

Визит в электронику: A5-243

Об авторе

Питер Мэтьюз — старший менеджер по техническому маркетингу компании Knowles Precision Devices.