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中频段(也称为c波段)运行的新的无线电接入网络(RAN)单元。他们在全国范围内购买了这种权利美国将于2020年12月从FCC获得频谱，总成本为690亿美元以获得高达280mhz的综合带宽。这一带宽提供了比当前4G LTE服务更快的上传和下载速度，频率比新兴的5G毫米波波段表现出更好的范围和障碍阻塞性能。

该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，他们对飞机上雷达高度计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(和其他低空飞行系统)，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业引起了反应，甚至延伸到证券市场。

因此，主要国际航空公司取消了飞往美国的航班。此外，美国联邦航空局重点关注的50个机场的几条国内航线被取消或有被取消的危险。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。

世界各地数以千计的飞机正在接受审查，从大型商业客机到私人飞机再到直升机。过去和现在的雷达高度计在设计时从未考虑到需要预测和拒绝强相邻信号。雷达高度计开发人员和使用他们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“据估计，78%的美国商用机队将在无线公司部署c波段的机场进行低能见度降落这份清单涵盖了大多数宽体飞机，以及一些支线客机。。

如果使用电磁模拟软件，这一切都可以避免。

危机之路

我们是怎么走到这一步的?射频(RF)系统在飞机平台上用于各种任务，通常作为自动驾驶仪和仪表着陆系统(ILS)的关键组件。3700-4400 MHz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。使用这部分的运营商通常排放很低，或在地理位置上远离机场的上行链路站。雷达高度计的使用在4200-4400 MHz频段得到国际认可和保护。2020年3月，FCC决定重新分配频段，将3700-3980 MHz的280 MHz频谱用于支持电信行业对额外频段的需求。这种重新分配留下了20 MHz的保护频段(从3980 MHz到4000 MHz)，以及剩余的频谱(4000-4400 MHz)用于飞机安全和雷达系统。次年12月，FCC拍卖了电信频谱。

雷达高度计系统通常在4200-4400 MHz之间工作。既然他们不使用与电信公司相同的频段，那么问题是什么呢?事实证明，雷达高度计系统对干扰非常敏感，即使是来自带外源。在受到干扰的情况下，雷达高度计可能会错误地读取到地面的距离。此外，这些系统还与自动起降系统相结合，可以使飞行控制系统快速降低或施加发动机推力，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操作。

截至1月19日星期三，拜登政府和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的5G服务潜在干扰的争议期间，推迟启动指定机场附近的新信号塔。

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. 落在雷达高度计工作波段的带外5G发射机发射

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

令人惊讶的是，当有Ansys EMIT等模拟工具可以预测这些干扰效应并为缓解干扰提供指导时，这个问题就出现了。对于困难的干扰问题，Ansys EMIT工具包是Ansys电子桌面的一个不可或缺的组件，也是Ansys电子桌面的一部分Ansys基于组合，旨在考虑宽带发射机的发射，并评估其对宽带接收机特性的影响。

同时考虑了信道内和带外效应。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是建模天线系统的物理、安装效果和耦合的行业标准，甚至是在远距离与地面和地形反射的情况下。

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