5G y seguridad de las aeronaves: Cómo la simulación puede ayudar a garantizar la seguridad de los pasajeros
El martes 18 de enero de 2022, las empresas de telecomunicaciones pusieron a disposición nuevas unidades de redes de acceso de radio (RAN) que operan en el codiciado espectro de banda media 5G (también conocido como banda C). Habían comprado los derechos de este espectro en todo el país a la FCC en diciembre de 2020 con un coste combinado de 69.000 millones de dólares para acceder a hasta 280 MHz de ancho de banda combinado. Este ancho de banda proporciona velocidades de carga y descarga más rápidas que los actuales servicios 4G LTE en una frecuencia que presenta un rendimiento de alcance y bloqueo de obstáculos mucho mejor que las bandas emergentes de ondas milimétricas 5G.
Sistemas de altímetro de radar de aeronaves y señales 5g
La venta de este espectro suscitó grandes problemas en la FAA, el sector de las aerolíneas comerciales y el Departamento de Defensa, que citaron una gran preocupación por el peligro potencial de interferencia con los sistemas de altímetro de radar de sus aviones. Finalmente, la FAA anunció una resolución inmediata que les prohíbe a los pilotos utilizar el aterrizaje automático (y otros sistemas de vuelo utilizados a baja altura) cuando las señales 5G puedan interferir con los sistemas de altímetro de radar. Este fallo provocó una reacción inmediata en todo el sector del transporte aéreo y se extendió incluso a los mercados de valores.
Como resultado, las principales compañías aéreas internacionales cancelaron sus vuelos a EE.UU. Además, varias rutas aéreas nacionales se cancelaron o estuvieron en peligro de cancelación en 50 aeropuertos señalados por la FAA como áreas de preocupación. Las consecuencias de esta repentina acción de la FAA fueron de gran alcance, provocando dificultades en los viajes aéreos a nivel mundial, haciendo que las acciones de los fabricantes de aeronaves cayeran en picada, e impulsando a los fabricantes de aviónica a comenzar a probar y certificar sus equipos contra la nueva amenaza del espectro.
Miles de aeronaves de todo el mundo están ahora bajo escrutinio, desde grandes aviones comerciales hasta aviones personales y helicópteros. Las generaciones anteriores y actuales de altímetros de radar nunca se diseñaron con la previsión de que habría que anticipar y rechazar señales fuertes adyacentes. Los desarrolladores de altímetros de radar y los fabricantes de aeronaves que utilizan sus equipos deben ahora comprobar o probar sus diseños para evaluar cómo se comportarán cuando vuelen cerca de una torre 5G durante el despegue o el aterrizaje.
Hay que tener en cuenta que el miércoles 20 de enero de 2021, la FAA anunció la aprobación de un estimado 78 por ciento de la flota comercial de Estados Unidos para realizar aterrizajes de baja visibilidad en los aeropuertos donde las compañías inalámbricas desplegaron la banda C. Esta lista abarca la mayoría de los aviones de fuselaje ancho, así como algunos jets regionales.
Todo esto podría haberse evitado con el uso de software de simulación electromagnética.
El camino a la crisis
¿Cómo hemos llegado hasta aquí? Los sistemas de radiofrecuencia (RF) se utilizan en todas las plataformas de las aeronaves para diversas misiones. A menudo como componentes críticos para el piloto automático y los sistemas de aterrizaje por instrumentos (ILS). La banda de RF de 3700-4400 MHz se designaba anteriormente para su uso por los enlaces del Servicio Fijo y del Servicio Fijo por Satélite. Los operadores que utilizaban este segmento tenían generalmente emisiones muy bajas o estaciones de enlace ascendente que estaban geográficamente alejadas de los aeropuertos. El uso de altímetros de radar estaba reconocido y protegido internacionalmente en la banda de 4200-4400 MHz. En marzo de 2020, la FCC tomó la decisión de reasignar la banda, dedicando los 280 MHz del espectro de 3700-3980 MHz a apoyar la necesidad de bandas adicionales de la industria de las telecomunicaciones. Esta reasignación dejó una Banda de protección de 20 MHz (de 3980 MHz a 4000 MHz) más el resto del espectro (4000-4400 MHz) para la seguridad de las aeronaves y los sistemas de radar. La FCC vendió el espectro de telecomunicaciones en una subasta el diciembre siguiente.
Los sistemas de radar altimétrico suelen operar entre 4200-4400 MHz. Dado que no utilizan la misma banda de frecuencias que las empresas de telecomunicaciones, ¿cuál es el problema? Resulta que los sistemas de altímetro de radar pueden ser bastante sensibles a las interferencias, incluso de fuentes fuera de banda. En caso de interferencia, es posible que un altímetro de radar emita lecturas erróneas de la distancia al suelo. Además, estos sistemas están acoplados a sistemas automatizados de aterrizaje y despegue que pueden hacer que los controles de vuelo reduzcan o apliquen rápidamente el empuje del motor, reducción de los flaps, bajar el tren de aterrizaje u otras medidas de seguridad automáticas que pueden hacer que un avión entre en pérdida y ponga en peligro la seguridad de los pasajeros.
Desde el miércoles 19 de enero, la Administración Biden y la FAA han llegado a un acuerdo inicial con las empresas de telecomunicaciones para retrasar el encendido de las nuevas torres cerca de los aeropuertos identificados mientras trabajan con los reguladores federales para resolver el conflicto sobre las posibles interferencias del nuevo servicio 5G.
¿Cómo se resolverá este conflicto? Hay que examinar y resolver dos cuestiones:
- La radiación dentro del canal de los sistemas 5G y la necesidad de rechazar estas señales en el receptor del altímetro del radar
- Emisiones del transmisor 5G fuera de banda que caen en la banda operativa del altímetro de radar
El resultado de estas investigaciones puede requerir costosas modificaciones en uno o ambos sistemas.
Cómo puede ayudar la simulación
Resulta un tanto sorprendente que este tema haya surgido cuando existen herramientas de simulación como Ansys EMIT, que pueden predecir estos efectos de interferencia y proporcionar orientación para su solución.
El kit de herramientas de interferencia electromagnética de Ansys (EMIT) identifica las condiciones de EMI y los conflictos potenciales a nivel del sistema de RF, proporcionando una visión general del potencial de interferencia de alto nivel entre todas las radios consideradas.
Para los problemas de interferencia difíciles, el kit de herramientas Ansys EMIT, un componente integral de Ansys Electronics Desktop y parte de la cartera de Ansys HFSS, está diseñado para considerar las emisiones del transmisor de banda ancha y evaluar su impacto en las características del receptor de banda ancha.
Las infracciones de interferencias simuladas pueden examinarse en detalle para comprender las causas fundamentales y explorar las opciones de solución de interferencias.
Se consideran tanto los efectos dentro de canal como fuera de banda. Más allá de los transmisores y receptores, también hay que considerar los sistemas de antena, teniendo en cuenta la orientación, la posición de la aeronave y las características de formación y dirección del haz del sistema de antena 5G. Ansys HFSS es el estándar del sector para modelar la física de los sistemas de antenas, sus efectos de instalación y sus acoplamientos, incluso a largas distancias haciendo reflejo en el suelo y el terreno.
