5G e Segurança Aeronáutica: Como a simulação pode ajudar a garantir a segurança dos passageiros
Na terça-feira, 18 de janeiro de 2022, empresas de telecomunicações disponibilizaram novas unidades de rede de acesso via rádio (RAN) operando no cobiçado espectro de banda média de 5G (também conhecido como banda C). Em dezembro de 2020, elas haviam adquirido os direitos para este espectro em território nacional da FCC. O custo combinado foi de US$69 bilhões para obter acesso a até 280 MHz de largura de banda combinada. Esta largura de banda proporciona velocidades de upload e download mais rápidas do que os serviços atuais de 4G LTE em uma frequência que apresenta um desempenho muito melhor de alcance e bloqueio de obstáculos do que as emergentes bandas de onda de 5G mm.
Sinal 5g e sistemas de altímetro de radar em aeronaves
A venda deste espectro levantou grandes questões dentro da Federal Aviation Administration (FAA), da indústria aérea comercial e do Departamento de Defesa, que citaram fortes preocupações sobre o perigo potencial de interferência com os sistemas de altímetro de radar em suas aeronaves. Finalmente, na terça-feira, a FAA anunciou uma decisão imediata que proíbe os pilotos de usar aterrissagem automática (e outros sistemas de voo usados em baixas altitudes) onde os novos sinais 5G poderiam interferir com os sistemas de altímetro de radar. Esta decisão provocou uma reação imediata em todo o setor de viagens aéreas e se estendeu até mesmo aos mercados de seguros.
Como resultado, as principais companhias aéreas internacionais cancelaram voos para os EUA. Além disso, várias rotas aéreas domésticas foram canceladas ou estão em perigo de cancelamento em 50 aeroportos destacados pela FAA como áreas de preocupação. As consequências desta ação repentina da FAA foram amplas, causando dificuldades nas viagens aéreas globais, enviando os estoques dos fabricantes de aeronaves a cair e levando os fabricantes de aviônicos a começar a testar e certificar seus equipamentos contra a nova ameaça do espectro.
Milhares de aeronaves em todo o mundo estão agora sob escrutínio – desde grandes aviões comerciais até aeronaves pessoais e helicópteros. As gerações passadas e atuais de altímetros de radar nunca foram projetadas com a expectativa de que fortes sinais adjacentes precisam ser antecipados e rejeitados. Os desenvolvedores de altímetros de radar e os fabricantes de aeronaves que utilizam seus equipamentos devem agora verificar ou testar seus projetos para avaliar como eles funcionarão ao voar próximo a uma torre de 5G durante a decolagem ou aterrissagem.
Note que até quarta-feira, 20 de janeiro, a FAA anunciou aprovações para uma estimativa de 78% da frota comercial dos EUA para realizar aterrissagens de baixa visibilidade em aeroportos onde as empresas sem fio implantaram a banda C. Esta lista abrange a maioria das aeronaves de fuselagem larga, assim como alguns dos jatos regionais.
Tudo isso poderia ter sido evitado com o uso de software de simulação eletromagnética.
O caminho para a crise
Como chegamos aqui? Os sistemas de radiofrequência (RF) são usados em todas as plataformas de aeronaves para uma variedade de missões, muitas vezes como componentes críticos para o piloto automático e sistemas de pouso por instrumentos (ILS). A faixa de RF de 3700-4400 MHz foi previamente designada para uso por links de Serviço Fixo e Serviço Fixo via Satélite. Os operadores que utilizavam este segmento geralmente tinham emissões muito baixas ou estações de uplink que estavam geograficamente distantes dos locais do aeroporto.
O uso de altímetro de radar era reconhecido internacionalmente e protegido na faixa de 4200-4400 MHz. Em março de 2020, a FCC tomou a decisão de realocar a banda, dedicando os 280 MHz do espectro de 3700-3980 MHz para apoiar a necessidade da indústria de telecomunicações de bandas adicionais. Esta realocação deixou uma faixa de guarda de 20 MHz (de 3980 MHz a 4000 MHz) mais o equilíbrio do espectro (4000-4400 MHz) para a segurança das aeronaves e sistemas de radar. A FCC vendeu o espectro de telecomunicações em leilão no mês de dezembro seguinte.
Os sistemas de altímetros de radar operam tipicamente entre 4200-4400 MHz. Como eles não utilizam a mesma banda de frequência que as empresas de telecomunicações, qual é o problema? Acontece que os sistemas de altímetro de radar podem ser bastante sensíveis a interferências, mesmo de fontes fora da banda. No caso de interferência, é possível que um altímetro de radar emita leituras errôneas da distância até o solo. Além disso, esses sistemas são acoplados a sistemas automatizados de pouso e decolagem que podem fazer com que os controles de voo reduzam ou apliquem rapidamente o impulso do motor, reduzam os flaps, baixem o trem de pouso ou adotem outras ações de segurança automáticas que podem causar a paralisação de uma aeronave e colocar em risco a segurança dos passageiros.
A partir de quarta-feira, 19 de janeiro, a Administração Biden e a FAA chegaram a um acordo inicial com as empresas de telecomunicações para atrasar a instalação das novas torres perto dos aeroportos identificados, enquanto trabalham com os reguladores federais para resolver a disputa sobre a potencial interferência do novo serviço 5G.
Como será resolvido este conflito? Duas questões precisam ser examinadas e resolvidas:
- A radiação no canal dos sistemas 5G e a necessidade de rejeitar esses sinais no receptor do altímetro do radar
- Emissões fora da banda do transmissor 5G que aterrissam na banda operacional do altímetro do radar
O resultado dessas investigações pode exigir modificações dispendiosas em um ou em ambos os sistemas.
Como a simulação pode ajudar
É um tanto surpreendente que esta questão tenha surgido quando existem ferramentas de simulação como o Ansys EMIT que podem prever estes efeitos de interferência e fornecer orientações para a mitigação.
Ansys Electromagnetic Interference Toolkit (EMIT) identifica as condições EMI e os conflitos potenciais no nível do sistema RF, fornecendo uma visão geral do potencial de interferência de nível superior entre todos os rádios em consideração.
Para problemas difíceis de interferência, o conjunto de ferramentas Ansys EMIT, um componente integral do Ansys Electronics Desktop e parte do portfólio Ansys HFSS, foi projetado para considerar as emissões de transmissores de banda larga e avaliar seu impacto sobre as características dos receptores de banda larga.
As violações simuladas de interferência podem ser examinadas detalhadamente para entender as causas raiz e explorar as opções de mitigação de interferência.
São considerados tanto os efeitos dentro como fora da banda. Além dos transmissores e receptores, os sistemas de antena também devem ser considerados, permitindo a orientação e a posição da aeronave e as características de formação e direção do feixe do sistema de antena 5G. Ansys HFSS é o padrão da indústria para modelagem da física dos sistemas de antenas, seus efeitos de instalação e seus acoplamentos, mesmo em longas distâncias com reflexos no solo e no terreno.
