최근 개발 과정에서 FAA는 Verizon 및 AT&T와 50개 상업 공항 근처에서 가시성이 낮은 접근 방식을 사용하는 C-band 서비스의 활성화를 6개월 동안 연기하기로 합의했습니다.
서비스 제공업체는 새로운 5G 송신기의 정확한 위치에 대한 정보를 공유하여 FAA가 간섭 가능성을 연구하여 무선 사업자가 활성 송신기를 배치할 수 있는 영역을 줄일 수 있도록 했습니다.
지정된 공항에서 2마일 이내의 C-밴드 타워는 여전히 비활성 상태이며 AT&T와 Verizon이 언제 이를 활성화할지 불확실합니다.
FAA는 5G 서비스 제공업체와의 계약에 따라 5G C-밴드 서비스가 배치된 공항에 저시정 착륙을 허용하는 레이더 고도계 시스템과 상업용 항공기를 승인했습니다.
FAA는 미국 상업용 항공기의 약 90%를 승인했다고 추정하지만 소규모 공항에서는 여전히 취소가 발생하고 있습니다. 시뮬레이션은 잠재적으로 이러한 문제를 해결할 수 있습니다.
C-대역 스펙트럼 개요
그림 1 – 항공기 안전 및 레이더 시스템 대역(4.0~4.4GHz)에 근접한 C 대역 5G 서비스 채널(3.7~3.98GHz)을 보여주는 C 대역 스펙트럼 할당
5G 서비스 제공업체는 3개의 개별 5G 채널을 포함하는 할당량을 구매했습니다.
- 3.7-3.8GHz : 현재 C-대역 타워 배치를 위해 단계적으로 도입되고 있습니다. 이 밴드는 현재 제공되고 있기 때문에 주요 관심사입니다.
- 3.8-3.9GHz : 용량을 더 늘리기 위해 추가될 미래의 100MHz 스펙트럼 .
- 3.9-3.98GHz : 처음 두 개의 100MHz 대역이 완전히 배포된 후에 추가될 가능성이 있는 미래의 80MHz 스펙트럼.
지금까지는 고도계 대역에서 가장 큰 채널 간격을 가진 가장 낮은 채널만 고려되었지만 더 가까운(미래의) 5G 채널은 두 시스템 간에 더 높은 간섭 가능성을 만들 수 있습니다.
간섭 분석의 해부
간섭이 존재하는지 여부를 결정하는 전통적인 방법은 관련된 무선 장치를 켜고 스펙트럼을 측정하는 것이었습니다. 레이더 고도계에 대한 5G C 대역 간섭의 경우 공항 근처의 타워를 켜고 무선 시스템을 통해 최대 트래픽 수준을 높이고 특정 레이더 고도계 시스템으로 영공을 통해 항공기를 비행하고 많은 데이터를 수집하는 것이 포함됩니다. 견본. 실제 측정을 수행하는 데는 다음과 같은 여러 가지 이유로 비용이 많이 듭니다.
- 테스트는 테스트 항공기당 한 번에 하나의 레이더 고도계만 검증할 수 있으며 호스트 기체와의 안테나 상호 작용에 따라 한 번에 하나의 항공기 유형에만 적용될 수 있습니다.
- 5G 및 레이더 고도계 대역 내의 다른 신호는 측정이 해당 지역의 다른 신호의 기여로 인해 편향되지 않도록 “조정”해야 합니다.
- 테스트가 수행되는 동안 공역에서 다른 항공기를 배제 시켜야 합니다.
- 테스트는 한 번에 하나의 5G 기지국 위치와 한 번에 하나의 공항에 적용됩니다.
이는 측정을 통한 매우 높은 검증 비용으로 이어지는 몇 가지 요인에 불과합니다.
그림 2 – RF 간섭 모델링 및 시뮬레이션의 주요 구성 요소
이 경우 단일 5G 송신기와 레이더 고도계 수신기에 관한 것입니다. 이 분석의 목적을 위해 다른 방향(레이더 고도계 송신기에서 5G 수신기까지)의 간섭은 고려하지 않지만 Ansys EMIT를 사용하면 이를 고려할 수 있습니다.
송신기 모델 설정
안전 및 규정 준수를 보장하기 위해 5G 기지국은 전자기 방출과 관련하여 FCC 및 ITU에서 정한 표준을 준수해야 합니다. 여기에는 신호 변조 및 빔 형성과 같은 요인의 영향을 받을 수 있는 대역 내 및 대역 외 방출에 대한 제한이 포함됩니다. 잠재적인 간섭을 모델링하기 위해 고조파 및 광대역 잡음과 같은 영향을 포함하여 최악의 시나리오를 고려합니다. 최대 방출에 대한 ITU의 표준을 출발점으로 사용하고 다양한 주파수 대역에 대한 5G 송신기 방출 모델을 사용하여 시뮬레이션을 수행합니다. 3.7-3.8GHz의 현재 대역과 3.8-3.9GHz 및 3.9-3.98GHz의 제안된 미래 대역이 고려됩니다.
수신기 모델 설정
레이더 고도계 수신기의 광대역 성능은 매우 중요하며 다른 라디오의 강력한 방출이 4.2-4.4GHz 작동 대역을 방해하는 경우 성능이 저하될 수 있습니다. 설계자는 포화를 방지하기 위해 대역 내 민감성과 대역 외 민감성의 균형을 맞춥니다. 수신기의 민감도는 모든 주파수에서 신호를 얼마나 잘 거부할 수 있는지 결정하기 위해 측정됩니다. 우수한 간섭 시뮬레이션은 채널 내 및 대역 외 신호 모두에 대한 수신기의 감도 및 포화 특성을 고려합니다. 이 연구는 RTCA 연구의 매개변수를 기반으로 이 시연을 위해 좋은 광대역 특성과 상당히 좋은 수신기 포화 수준을 가진 중간 도로 레이더 고도계 시스템을 발견했습니다. 수신기 모델은 간섭 연구에 사용됩니다.
안테나 간 결합
의 전력 결합에 대한 정밀한 모델이 필요합니다. 그러나 안테나 커플링 측정은 안테나 사이의 거리와 레이더 고도계 안테나의 연속적인 움직임으로 인해 어렵습니다. Ansys HFSS는 안테나 동작을 시뮬레이션하여 빔포밍 및 플랫폼과 안테나의 상호 작용을 캡처하고 안테나 성능을 정확하게 예측할 수 있습니다. 무선 채널에는 5G 송신 안테나, 레이더 고도계 안테나, 신호 전파 및 손실이 포함됩니다. Ansys HFSS 및 HFSS SBR+는 여객기 기체 아래의 이중 대역 5G 안테나 및 레이더 고도계 안테나 설계를 시뮬레이션합니다.
그림 3 – Ansys HFSS 모델은 전자기 물리학을 사용하여 개념적 5G 무선 안테나(왼쪽) 및 대형 상용 항공기에 설치된 레이더 고도계 안테나의 안테나 방사 특성을 시뮬레이션합니다.
안테나의 지향성은 빔 조향 제어에 활용할 수 있지만 이착륙 시 항공기의 위치와 방향에 영향을 받습니다. 안테나 사이의 링크를 결정하려면 정확한 전파 손실 계산이 필요하며, 이는 표준 공식 또는 HFSS SBR+와 같은 전자기 분석 솔루션을 통해 수행할 수 있습니다. Ansys EMIT도 날씨의 영향을 시뮬레이션 할 수 있지만 간섭을 줄이기 위해 제외되었습니다. 안테나 특성과 그들 사이의 무선 전파는 EMIT를 사용하여 시뮬레이션 할 수 있습니다.
간섭 평가: 평가 조건
| 5G 기지국에서 공항 활주로 접근까지의 거리 | 400m |
| 5G 기지국 높이 | 40m |
| 기지국 안테나 이득 | 22dBi(항공기 방향) |
| 레이더 고도계 안테나 게인 | 11dBi(항공기 회전, 5G 기지국을 향함) |
| 항공기 고도 | 100m |
이 분석은 레이더 고도계 방사 패턴의 정점이 기지국에 있도록 하는 방식으로 고출력 기지국이 착륙하는 항공기에 빔을 집중시키는 최악의 시나리오를 나타냅니다. 그러나 이러한 유형의 분석은 표준을 설정하거나 방사탑의 중요한 금지 구역을 연구할 때 필요합니다. 3.7~3.8GHz의 100MHz 대역에서 초기 C-Band 서비스 롤아웃을 조사한 결과 5G 송신기의 대역 외 방출이 레이더 고도계의 수신 대역 내에서 강력한 간섭 가능성을 생성하는 반면, 대역 방사는 수신기 포화를 초과하지 않으므로 간섭을 일으키지 않습니다. 간섭 이벤트에 가까운 주파수를 모니터링하기 위해 임계값을 배치할 수 있습니다. 이 분석에서 매개변수를 변경하면 간섭 완화 전략을 신속하게 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다.
서비스 제공업체는 3개 채널 모두에 막대한 투자를 했으며 결국 현재 운영 대역 위의 두 대역에 포함된 추가 180MHz에서 서비스를 활성화하기를 원할 것입니다. 그림 4은 이전 100MHz 대역에서와 동일한 간섭 문제가 다음 100MHz 대역(3.8-3.9GHz)에 대해 발생함을 보여줍니다. 그러나 마지막 80MHz 대역(3.9~3.98GHz)이 활성화되면 5G 방출 마스크가 고도계 수신기가 거부를 줄인 스펙트럼 영역에 더 높은 전력 레벨을 가하기 때문에 새로운 문제가 발생합니다. 여기에 강한 간섭이 존재하며 공존을 보장하기 위해 하위 2개 채널에 걸쳐 추가로 25dB의 5G 신호 감소가 필요합니다.
그림 4 – 샘플 시나리오에서 향후 C-대역 채널(왼쪽 3.8-3.9GHz, 오른쪽 3.9-3.98GHz)에 대한 전자기 간섭 마진 분석. 5G 기지국의 대역 외 방출은 검은색 곡선이 빨간색 선을 초과하는 지역에서 레이더 고도계 안테나에 대역 내 간섭을 일으킴. 3.8-3.9GHz 채널에 대해 대역내 간섭 가능성이 있는 반면, 레이더 고도계 수신기의 매우 강한 대역외 간섭은 3.9-3.98GHz 채널에서 수신기 포화 유발이 예상 됨.
5G C-Band 공항 문제를 해결하는 방법
물론 이것은 최악의 시나리오이며, Ansys EMIT를 사용한 시뮬레이션은 5G 기지국을 공항에서 멀리 배치, 5G 기지국 안테나의 포인팅 각도 제한, 총 전송 전력 감소, 기존 고도계 수정 또는 교체, 저역 통과 또는 대역 통과 통합을 포함한 여러 가지 전략을 신속하게 테스트할 수 있습니다. 5G 전송 요소의 출력을 필터링하고, 대역 외 방출을 줄이기 위해 5G 전송 요소에 저역 통과 필터를 추가하고 즉시 간섭을 제거하는 예가 제공됩니다. 이 시나리오는 표준을 설정하거나 방사탑에 대한 중요한 금지 구역을 연구할 때 매우 중요한 역할을 수행 할 것입니다.
그림 5 – 5G 기지국 전송 요소에 저역 통과 필터를 추가하여 레이더 고도계에서 3.7-3.8GHz 5G 채널 사용에 대한 간섭 제거
원문 : 5G and Aircraft Safety Part 2: Simulating Altimeter Antenna Interference