Авиакомпании предупреждают, что 5G в C-диапазоне может вызвать серьезные сбои

Индустрия мобильной беспроводной связи готовится к развертыванию 5G по всей стране и 6G уже находится в разработке, но миллионы людей в Соединенных Штатах не имеют даже доступа к домашнему Интернету.

Эта разница в доступе называется «цифровым разрывом», и Федеральная комиссия по связи (FCC) пытается его преодолеть.

Часть его плана состоит в том, чтобы позволить компаниям мобильной беспроводной связи использовать радиовещательный спектр в диапазоне 3,7–3,98 ГГц, обычно называемом «С-диапазон». Имея лицензию на использование C-диапазона, компании беспроводной связи могут предоставлять 5G обслуживание через относительно небольшие базовые станции. Это облегчит внедрение 5G в сельские районы, где для предоставления Интернета через оптоволокно требуется обширная и дорогая инфраструктура для относительно небольшого числа клиентов. Verizon, AT&T и T-Mobile потратили на аукционе более 80 миллиардов долларов, чтобы получить лицензии на C-диапазон.

FCC официально опубликовала изменения в политике в марте 2020 года. отчет и заказ (R&O) стал результатом почти трехлетних обсуждений, в течение которых представителям общественности было предложено прокомментировать этот вопрос. Был широкий круг заинтересованных сторон, от NPR до мормонской церкви, но группы авиационной промышленности были среди наиболее вовлеченных.

Авиационная промышленность высказывает свое мнение

Проблемы авиационной промышленности связаны с оборудованием, называемым радиовысотомером (или радиовысотомером). Радиовысотомер используется всеми видами самолетов для измерения высоты и расстояния между самолетом и землей. Он работает, передавая сигнал на землю, а затем определяя высоту на основе времени, которое требуется сигналу для отражения от земли и обратно к самолету.

Так в чем проблема? Радиовысотомеры работают в диапазоне частот 4,2–4,4 ГГц. R&O разместит услуги 5G, включая устройства, которые пассажиры обычно носят на борту (например, сотовые телефоны и планшеты), на соседнем диапазоне. В августе 2021 года группы авиационной промышленности предупредил ФКС что, если службы C-диапазона будут создавать помехи радиолокационным высотомерам, мы можем ожидать «серьезных сбоев в пассажирских авиаперевозках, коммерческом транспорте и критически важных вертолетных услугах».

Группы авиационной промышленности хорошо осведомлены о том, насколько чувствительны радиовысотомеры к помехам. В письмо 2017 года FCC Институт систем аэрокосмических транспортных средств (AVSI) пояснил, что предыдущие планы по использованию C-диапазон для телекоммуникаций был отменен, поскольку более ранние исследования показали, что помехи настолько велики. непредсказуемый.

«Возражение авиационной промышленности понятно», Техпоненталь Об этом сообщил аналитик Ави Грингарт в электронном письме. «Поскольку правительство уже выделило частоты C-диапазона для 5G, если возникнут проблемы, в частности использование более старых или не отвечающих техническим требованиям радиолокационных систем потребует от авиационной промышленности затрат на улучшение производительность."

R&O установило ограничения по мощности и излучению для базовых станций 5G для предотвращения помех. Буфер в 220 МГц между диапазоном 3,7–3,98 ГГц и диапазоном 4,2–4,4 ГГц, используемый радиовысотомерами, вдвое превышает буфер, упомянутый в Письмо Боинга за 2018 г.. Даже несмотря на эти меры предосторожности, R&O согласился с AVSI, что необходимы дальнейшие исследования. Группам авиационной и мобильной промышленности было предложено создать многостороннюю группу заинтересованных сторон, чтобы выяснить, как действовать безопасно.

Как оказалось, дальнейшее исследование только усложнило бы дело.

Отчет RTCA

Обновление радиовысотомеров уже тогда было приоритетной задачей авиационной промышленности. В декабре 2019 года базирующаяся в США некоммерческая организация RTCA сформировала Специальный комитет 239 (SC-239) для изучения этого вопроса. RTCA разрабатывает стандарты и технические рекомендации для государственных регулирующих органов. Члены RTCA представляют правительственные и частные организации со всего мира и имеют опыт работы в авиационной отрасли.

В ответ на призыв FCC сформировать многостороннюю группу заинтересованных сторон SC-239 стала оперативной группой SC-239 5G. Внести свой вклад мог любой, обладающий соответствующим опытом, в том числе представители индустрии беспроводной связи. Его целью было изучить потенциальное вмешательство 5G телекоммуникационные сигналы и обновить стандарты радиовысотомера с учетом риска.

Смешанные сигналы

Прежде чем смотреть на результаты, стоит понять суть проблемы. Радиовысотомеры работают на низком уровне мощности и принимают относительно слабые сигналы. На крейсерской высоте сигнал пройдет не менее 30 000 футов до земли и обратно.

Что касается базовых станций 5G и мобильных устройств, они обычно излучают сигналы в диапазоне 3,7–3,98 ГГц. Они называются «фундаментальными излучениями» и находятся за пределами обычной полосы пропускания радиовысотомеров, поэтому их можно отфильтровать. Но даже при наличии фильтра сильный сигнал может подавить приемник радиовысотомера, что называется «блокирующими помехами».

Думайте об этих сильных сигналах как о острой пище. Когда вы едите что-то острое, ваши вкусовые рецепторы начинают неметь. Вы не почувствуете вкус следующего кусочка. Именно это блокирование помех делает с радиовысотомерами. Более слабый сигнал размывается более сильным.

Эти источники 5G также могут создавать «побочные излучения». Это нежелательные сигналы в диапазоне 4,2-4,4 ГГц. Поскольку эти сигналы находятся в той же полосе пропускания, которую должны принимать радиовысотомеры, их невозможно отфильтровать. Радиовысотомер не может отличить их от возвращающегося сигнала, поэтому он может неправильно определить высоту.

Ложный отчет о высоте является серьезной ошибкой, которая может привести к некорректной реакции некоторых других систем. Радиовысотомеры работают на протяжении всего полета, а данные не просто отображаются пилоту. Данные о высоте передаются в важные системы, такие как система предотвращения дорожно-транспортных происшествий и система автоматического зависимого наблюдения и вещания, которые мониторы воздушное пространство для предотвращения столкновений в воздухе. В октябре 2020 года Отчет RTCA пролить некоторый свет на опасность ложных отчетов о высоте во время посадки.

Хьюстон у нас проблема

В отчете RTCA для моделирования оценки использовались два сценария. В этих сценариях используются реальные траектории полета, чтобы увидеть, как помехи от близлежащих базовых станций LTE могут повлиять на самолет во время посадки, если эти станции будут модернизированы до 5G. Один сценарий моделирует вертолеты, летящие в Техасский медицинский центр в Хьюстоне, а другой — заход на взлетно-посадочную полосу 27L в международном аэропорту О’Хара в Чикаго.

Для простоты начнем с вертолетов. Техасский медицинский центр в Хьюстоне переполнен. На территории площадью две квадратных мили находится 21 больница, и у многих из них есть вертолетные площадки на крыше. Медицинский комплекс также имеет мобильные базовые станции по всей территории.

Гипотетические базовые станции создавали вредные помехи при каждом заходе на посадку на каждой вертодроме. Помех было достаточно, чтобы в некоторых случаях вывести из строя радиолокационные высотомеры. Помимо базовых станций, пользовательское оборудование, такое как сотовые телефоны, создавало «значительный риск вредных помех» для радиовысотомеров на вертолетах. Короче говоря, развертывание 5G может серьезно повлиять на способность вертолетов перемещаться по городам, где им приходится осторожно перемещаться вблизи различных препятствий, включая другие самолеты.

Другой сценарий предполагает приближение самолетов к взлетно-посадочной полосе 27L О'Хара. Помехи от баз были выше безопасного порога для небольших самолетов (Категория 2) на протяжении большей части захода на посадку, но уменьшались по мере снижения высоты самолетов. Это может вызвать некоторые проблемы при посадке, но на самом деле это не самая важная часть отчета.

Возможность катастрофы

Более крупные самолеты Категории 1, такие как коммерческие или пассажирские самолеты, имеют более высокий безопасный порог помех. На графике ниже сплошная линия — это пороговое значение, а запас безопасности отмечен красным. Один тип базовой станции 5G вызывал достаточно помех, чтобы преодолеть порог, и только в определенных ситуациях, но эти редкие случаи особенно опасны.

Обратите внимание на большой всплеск помех на высоте около 275 футов. Большинство пассажирских самолетов имеют два радиолокационных высотомера, и помехи выше порога могут привести к неисправности обоих. Поскольку они могут работать по-разному, в отчете обозначены четыре результата:

1. Оба радиолокационных высотомера перестают работать;
2. Один перестает работать, а другой сообщает высоту неточно;
3. Оба они дают неточные показания высоты, но показания разные;
4. Оба они дают одинаковые неточные показания высоты.

В первом случае летному экипажу предстоит решить, можно ли безопасно посадить самолет. Всплеск помех произошел на высоте около 275 футов, в результате чего у гипотетического летного экипажа оставалось около 20 секунд до приземления. Если видимость низкая, пилот может не увидеть вблизи взлетно-посадочной полосы ничего, что могло бы помочь ему оценить фактическую высоту над землей. Эта ситуация опасна независимо от того, приземлятся они или нет — и на самом деле это лучший сценарий.

Второй случай сложнее. Наличие двух радиовысотомеров важно не только на случай, если один из них сломается. Это также полезно для определения того, сломан ли один из них. Если системы автопилота и летный экипаж получают два разных показания, ясно, что хотя бы одно из них неверно. В некоторых из этих самолетов «эта ситуация может не привести к предупреждению пилота о прекращении посадки». При неправильной высоте экипаж, вероятно, настроится на посадку либо слишком рано, либо слишком поздно, что приведет к жесткой посадке или «катастрофическому столкновению с земля."

Теперь о третьем случае. Когда радиолокационные высотомеры сообщают о двух разных высотах, системы автопилота определят несоответствие. По сути, это то же самое, что и первый случай, когда пилот должен решить, сможет ли он безопасно посадить самолет без радиовысотомера. Однако в отчете отмечается, что на некоторых самолетах система автопилота продолжит использовать неверные данные. Если пилот не осознает этого вовремя, результаты, скорее всего, будут катастрофическими. Именно это стало причиной крушения рейса 1951 Turkish Airlines в 2009 году.

Четвертый случай, безусловно, самый опасный. Когда оба радиолокационных высотомера выдают одинаковые показания высоты, система автопилота и летный экипаж не смогут узнать, что они неверны. Это приведет к тому, что «система автоматической посадки выполнит маневр подъема и замедлит работу автомата тяги в неподходящее время». Если самолет окажется слишком низко, он врежется прямо в землю. Если самолет на самом деле окажется выше, чем ожидалось, он все равно врежется в землю, но сначала заглохнет.

В отчете подчеркивается, что, хотя такая ситуация маловероятна, она особенно опасна, поскольку радиолокационные высотомеры редко выходят из строя во время посадки. Теперь развертывание 5G может внести еще один риск в напряженный процесс посадки в условиях плохой видимости. Помехи, повлиявшие на пассажирские самолеты, были вызваны фундаментальными выбросами, которые можно блокировать фильтрами. Установка ленточных байпасных фильтров на каждый самолет займет годы, но они не могут быть единственным решением. Фильтры не могут блокировать побочные выбросы, которые превышают безопасный предел для самолетов и вертолетов категории 2. По мнению RTCA, авиационная отрасль и индустрия мобильной беспроводной связи должны работать вместе для поиска решений.

Группа мобильной индустрии оспаривает выводы

CTIA является торговой ассоциацией представителей индустрии беспроводной связи. Вскоре после подачи отчета RTCA CTIA оспариваемый многие технические аспекты отчета, включая уровни мощности 5G, используемые в модели, запас прочности и сценарий приземления в худшем случае. CTIA также утверждает, что «отрасль беспроводной связи не имела представления о разработке отчета RTCA», что оставило их «без возможности просматривать и понимать данные».

Цель отчета RTCA заключалась в том, чтобы предоставить FCC «техническая должность авиационной промышленности», однако представители индустрии беспроводной связи предоставили некоторые данные. Отчет включает обмен информацией с Технической рабочей группой 3 (TWG-3). RTCA и CTIA были представлены в TWG-3, которая была сформирована Многосторонней группой заинтересованных сторон C-диапазона. Их обмен информацией состоит из вопросов и ответов, датированных 12 июня 2020 г. по 16 августа 2020 г., и полностью доступен в Приложении B. ТВГ-3 расформирован в ноябре 2020 года, поскольку участники не смогли прийти к консенсусу.

Приложение C (выше) включает все комментарии, сделанные в ходе общественного обсуждения до публикации отчета. Некоторые из 30 комментариев CTIA были включены в отчет, но не все. SC-239 указывал конкретную причину всякий раз, когда он отклонял рекомендацию, будь то от CTIA или другой стороны.

CTIA также не согласна с выводами отчета RTCA по причине, которую она считает здравой: 5G развертывается по всему миру без видимых проблем с помехами. В своем 4 марта 2021 г., письмоCTIA предполагает, что 90 000 японских 5G базовые станции с частотой до 4,1 ГГц являются доказательством против выводов RTCA.

Другие согласны с этим пунктом. «Неясно, будет ли проблема широко распространенной», — говорит Грингарт. «Военные США десятилетиями работали вблизи этих частот без происшествий, а другие страны уже эксплуатирует сети 5G в близлежащих диапазонах частот, опять же без явных проблем с помехами авионика».

«Мы понятия не имеем, реальны эти проблемы или нет», — говорит Саша Сеган, ведущий аналитик PCMag. «Одна сторона говорит, что да, другая говорит, что нет. Но отмечу, что уже несколько месяцев операторы тестируют С-диапазон, и ни один настоящий вертолет с неба не падал».

Сеган по-прежнему с оптимизмом смотрит на планы мобильной индустрии. «Если есть проблемы, их можно исправить в рамках построения сети — например, установив запретные зоны вокруг аэропортов и направив антенные панели вниз. Единственный способ увидеть замедление 5G — это использовать меньше крупных макрообъектов (больших вышек сотовой связи) и больше мелких объектов на зданиях».

В апреле CTIA и представители AT&T, T-Mobile, U.S. Cellular и Verizon повторенный что «комиссия правильно определила, что C-Band 5G может работать, не создавая помех, не говоря уже о вредные помехи соседним службам в соседних диапазонах». Они «призвали комиссию игнорировать RTCA». Отчет."

Авиационная промышленность поддерживает отчет RTCA

В мае 20 авиационных групп подал ответ на попытку CTIA дискредитировать отчет RTCA. В эти группы («Организации поддержки авиационной безопасности» или OSAS) входят торговые ассоциации, крупнейший профсоюз пилотов, такие компании, как Garmin и Honeywell, производящие оборудование для авиации, и другие. Организации утверждают, что претензии CTIA «демонстрируют отсутствие понимания вопросов авиации и аэрокосмической отрасли». проектирование, сертификация, производство и эксплуатация, включая основы анализа авиационной безопасности».

Прочитав некоторые поправки, с этим трудно не согласиться. В качестве одного из примеров: CTIA заявила, что результаты фиксируются с помощью радиовысотомера, который «не мог быть сертифицирован комиссии за последние 40 лет». В OSAS отметили, что рассматриваемый радиовысотомер был изготовлен в 2020 году и что эта модель широко распространена. использовал. Судя по всему, CTIA ошибочно приняла дату авторизации модели за возраст этого устройства.

Оставляя в стороне технические аспекты критики CTIA, OSAS выделил два момента, которые стоит отметить. Во-первых, CTIA не оспаривает выводы относительно побочных излучений 5G, которые вызвали наиболее значительные помехи для самолетов и вертолетов категории 2. Во-вторых, аргумент CTIA о том, что «отсутствие сообщений о широкомасштабных помехах для высотомеров» опровергает отчет RTCA, по определению является аргументом без доказательств. Отсутствие отчетов не является доказательством того, что вмешательства не будет.

Разве не все используют C-диапазон?

В США C-диапазон пока не используется для 5G. Большее количество базовых станций обеспечит больше реальных тестовых случаев и больше возможностей для опасных помех. И посмотрите, какие полосы спектра используются для 5G по всему миру обнаруживает еще один недостаток в аргументах CTIA. А презентация от Qualcomm от декабря 2020 года представлен обзор распределения частот в C-диапазоне в нескольких странах.

Это соответствует информации, предоставленной FCC. Лицензии в большинстве стран Европы выдаются в соответствии с рекомендациями Группы по политике в области радиоспектра Европейской комиссии, которая требует, чтобы 3,4–3,8 ГГц были первым основным диапазоном для 5G. В то время как Австралия изучает возможность использования спектра 3,7–4,2 ГГц для 5G, он еще не выдал лицензии в этом диапазоне. Судя по всему, даже Южная Корея и Тайвань не выдали лицензии на верхнюю часть этого спектра, и они идут нога в ногу за самые быстрые 5G скорости в мире.

График выше взят из отчет готовился к CTIA. Если США реализуют свой план по выдаче лицензий, превышающих верхние пределы других стран, то Распределение спектра в других странах не может быть использовано для доказательства отсутствия риска вмешательство. В любом случае предупреждения от таких стран, как Франция и Объединенные Арабские Эмираты предполагают, что уверенность, основанная на отсутствии проблем с помехами, может быть неоправданной.

Меньше вмешательства, больше сотрудничества

CTIA заявляет, что «одного ошибочного отчета» недостаточно, чтобы доказать, что C-диапазон 5G будет вызывать вредные помехи для соседних диапазонов. Это может быть правдой, но представители авиационной отрасли считают, что отчет RTCA является «единственным тщательным исследованием безопасности, поддержанным авиацией». предметная экспертиза». Поскольку отрасли движутся в двух разных направлениях, единственное, что ясно, — это необходимость большего информация.

Когда группы авиационной промышленности говорили с FCC в августеОни повторили свое предупреждение: радиовысотомеры предоставляют множество критически важных услуг, и помехи могут иметь каскадные последствия. Есть меры, которые авиационная отрасль может принять самостоятельно, например, установить полосовые фильтры, но завершить этот проект до начала внедрения 5G в Начало C-диапазона в декабре — «практическая невозможность». Другими словами, индустрия беспроводной связи также должна принять некоторые меры предосторожности, чтобы закрыть «смягчение последствий». зазор."

Как будет выглядеть устранение «разрыва в смягчении последствий»? Мы обратились к Майк Дано, редакционный директор 5G and Mobile Strategies for Light Reading, издания для профессионалов телекоммуникационной отрасли. «Если это будет сочтено необходимым, 5G промышленности может потребоваться «отключить» свое вещание в рассматриваемом спектре, чтобы предотвратить помехи. Было бы хорошо избежать авиакатастроф, но если это произойдет, [это] также будет означать неспособность государственных регулирующих органов предвидеть такого рода проблемы», — говорит он. «Задача [Федерального авиационного управления], FCC и [Национального управления по телекоммуникациям и информации] состоит в том, чтобы сначала разобраться во всем этом, прежде чем выставлять спектр на аукцион. 5G.”

Дано говорит, что другим решением будет замена радиолокационных высотомеров моделями, которые не так восприимчивы к помехам. «Очевидно, что это потребует много времени и денег. Но аукцион по использованию спектра C-диапазона собрал 81 миллиард долларов в результате выигрышных заявок. И я подозреваю, что авиационная отрасль прекрасно осведомлена об этой сумме».

Авиационная отрасль попросила FCC объединиться с FAA и работать над внедрением решений. Представители авиационной отрасли настаивают, что они разделяют цель продвижения 5G. В конце концов, они тоже пользуются услугами беспроводной связи.

Но Сиган из PCMag считает, что это попытка переложить вину. «FCC уже изменила план C-диапазона, чтобы учесть проблемы авиационной промышленности; проблема в том, что, по мнению авиационной промышленности, его изменили недостаточно. Вся линия «работы с ФАУ» — это всего лишь попытка перевести дискуссию в то русло, которое, по их мнению, является для них более благоприятным». Он идет и добавить: «Это очень шумно, и скептик внутри меня действительно просто задается вопросом, пытается ли авиационная отрасль заставить перевозчиков платить за новые высотомеры».

Так, где это оставляет нас?

RTCA разрабатывает стандарты и рекомендации, которые составляют основу правил FAA и делают каждый полет максимально безопасным. Когда вы садитесь на самолет, у вас есть все основания полагать, что самолет доставит вас благополучно. Но, как говорит Дано: «Трудно сказать, повлияет ли 5G на самолеты. Это вопрос, который будут обсуждать заядлые радиочастотные инженеры. Арбитрами этих дебатов будут FAA, FCC и NTIA. Скажу, что мне как путешественнику точно не хочется 5G чтобы самолеты разбились. Это было бы плохо».

Дискуссия уже идет. Авиационная отрасль заявляет, что существуют серьезные риски, а индустрия беспроводной связи утверждает, что меры безопасности достаточны. По крайней мере, мы должны ожидать, что FAA и FCC достигнут консенсуса.

Рекомендации редакции

• Огромное преимущество T-Mobile в скорости 5G никуда не денется
• Новый маршрутизатор M6 Pro от Netgear позволяет вам использовать быстрый 5G, где бы вы ни находились
• 5G от T-Mobile по-прежнему не имеет себе равных, но снизилась ли скорость?
• Вот насколько на самом деле быстр 5G на вашем Samsung Galaxy S23
• Snapdragon X75 от Qualcomm открывает новую эру связи 5G