Le compagnie aeree avvertono che i rischi del 5G sono troppo grandi per essere ignorati, ma è tutta aria fritta?

L’industria del wireless mobile si sta preparando a implementare il 5G in tutto il paese e il 6G è già in fase di sviluppo, ma milioni di persone negli Stati Uniti non hanno nemmeno accesso a Internet domestico.

Questo differenziale di accesso è chiamato “divario digitale” e la Federal Communications Commission (FCC) sta cercando di colmarlo.

Parte del suo piano è consentire alle società di telefonia mobile di utilizzare lo spettro di trasmissione nella banda 3,7-3,98 GHz, comunemente denominata “banda C “. Con una licenza per utilizzare la banda C, le aziende wireless possono fornire il servizio 5G attraverso stazioni base relativamente piccole. Ciò renderebbe più facile portare il 5G nelle aree rurali, dove la fornitura di Internet tramite fibra richiede un’infrastruttura vasta e costosa per un numero relativamente limitato di clienti. Verizon, AT&T e T-Mobile hanno speso oltre 80 miliardi di dollari all’asta per ottenere queste licenze in banda C.

La FCC ha formalmente emesso le modifiche alla politica nel marzo 2020. Il rapporto e l’ordine (R&O) sono stati il ​​risultato di quasi tre anni di riflessione, durante i quali i membri del pubblico sono stati invitati a commentare la questione. C’era una vasta gamma di parti interessate, dalla NPR alla chiesa mormone, ma i gruppi dell’industria aeronautica sono stati tra i più coinvolti.

L’industria aeronautica parla

Le preoccupazioni dell’industria aeronautica ruotano attorno a un pezzo di equipaggiamento chiamato radar altimetro (o radio altimetro). L’altimetro radar viene utilizzato da tutti i tipi di aeromobili per misurare l’altitudine, la distanza tra l’aereo e il suolo. Funziona trasmettendo un segnale verso terra, quindi determinando l’altitudine in base al tempo impiegato dal segnale per riflettersi da terra e tornare all’aereo.

Allora, qual’è il problema? Gli altimetri radar operano nella banda di frequenza 4,2-4,4 GHz. Il R&O metterebbe i servizi 5G, compresi i dispositivi normalmente trasportati a bordo dai passeggeri (come telefoni cellulari e tablet), sulla banda adiacente. Nell’agosto 2021, i gruppi dell’industria aeronautica hanno avvertito la FCC che se i servizi in banda C interferiscono con gli altimetri radar, possiamo aspettarci “gravi interruzioni ai viaggi aerei dei passeggeri, al trasporto commerciale e ai servizi di elicotteri critici”.

I gruppi del settore aeronautico sono ben consapevoli di quanto gli altimetri radar siano suscettibili alle interferenze. In una lettera del 2017 alla FCC, l’Aerospace Vehicle Systems Institute (AVSI) ha spiegato che i precedenti piani per l’utilizzo della banda C per le telecomunicazioni sono stati annullati perché studi precedenti avevano riscontrato che l’interferenza era così imprevedibile.

“L’obiezione dell’industria aeronautica è comprensibile”, ha affermato l’analista di Techsponential Avi Greengart in una e-mail. “Dal momento che il governo ha già assegnato le frequenze in banda C al 5G, se ci sono problemi, in particolare con i sistemi radar più vecchi o fuori specifica, imporrà costi all’industria aeronautica per migliorare le prestazioni”.

La R&O ha stabilito limiti di potenza e di emissione per le stazioni base 5G per prevenire le interferenze. Il buffer di 220 megahertz tra la banda 3,7-3,98 GHz e la banda 4,2-4,4 GHz utilizzata dagli altimetri radar è il doppio del buffer menzionato in una lettera del 2018 di Boeing . Anche con queste precauzioni, il R&O ha convenuto con AVSI che erano necessari ulteriori studi. I gruppi dell’industria aeronautica e mobile sono stati incoraggiati a creare un gruppo multi-stakeholder per capire come procedere in sicurezza.

Come si è scoperto, ulteriori studi avrebbero solo complicato la questione.

Il rapporto RTCA

L’aggiornamento degli altimetri radar era già una priorità per l’industria aeronautica. Nel dicembre 2019, un’organizzazione senza scopo di lucro con sede negli Stati Uniti, RTCA, ha formato lo Special Committee 239 (SC-239) per studiare la questione. RTCA sviluppa standard e linee guida tecniche per i regolatori governativi. I membri dell’RTCA provengono da organizzazioni governative e private di tutto il mondo e hanno esperienza nel settore dell’aviazione.

In risposta alla richiesta della FCC di formare gruppi multi-stakeholder, SC-239 è diventata la Task Force SC-239 5G. Chiunque abbia un’esperienza pertinente potrebbe contribuire, compresi i rappresentanti dell’industria wireless. Il suo obiettivo era studiare la potenziale interferenza dei segnali di telecomunicazione 5G e aggiornare gli standard dell’altimetro radar per riflettere il rischio.

Segnali misti

Prima di esaminare i risultati, vale la pena comprendere le basi del problema. Gli altimetri radar funzionano a un basso livello di potenza e ricevono segnali relativamente deboli. All’altitudine di crociera, il segnale avrà percorso almeno 30.000 piedi a terra e ritorno.

Per quanto riguarda le stazioni base 5G e i dispositivi mobili, di solito emettono segnali nella banda 3,7-3,98 GHz. Queste sono chiamate “emissioni fondamentali” e sono al di fuori della normale larghezza di banda per i radioaltimetri, quindi possono essere filtrate. Ma anche con un filtro, è possibile che un segnale forte travolga il ricevitore dell’altimetro radar, operazione chiamata “interferenza di blocco”.

Pensa a questi segnali forti come al cibo piccante. Quando mangi qualcosa di piccante, le tue papille gustative iniziano a intorpidirsi. Non assaggerai il prossimo boccone. Questo è ciò che il blocco delle interferenze fa agli altimetri radar. Il segnale più debole viene cancellato da quello più forte.

Queste fonti 5G possono anche creare “emissioni spurie”. Questi sono segnali indesiderati nella banda 4,2-4,4 GHz. Poiché questi segnali sono all’interno della stessa larghezza di banda che dovrebbero ricevere gli altimetri radar, non possono essere filtrati. L’altimetro radar non ha modo di distinguerli dal segnale di ritorno, quindi potrebbe determinare l’altitudine in modo errato.

Un falso rapporto di altitudine è un errore grave che può far sì che molti altri sistemi rispondano in modo inappropriato. Gli altimetri radar operano durante l’intero volo e i dati non vengono visualizzati solo al pilota. I dati sull’altitudine si alimentano in sistemi importanti, come il sistema di prevenzione della collisione del traffico e il sistema di trasmissione e sorveglianza dipendente automatico, che monitora lo spazio aereo per prevenire collisioni a mezz’aria. Nell’ottobre 2020, il rapporto RTCA ha fatto luce sul pericolo di falsi rapporti di altitudine durante l’atterraggio.

Houston abbiamo un problema

Il rapporto RTCA ha utilizzato due scenari per modellare la loro valutazione. Questi scenari utilizzano percorsi di volo reali per vedere come le interferenze dalle stazioni base LTE vicine possono influenzare gli aerei durante l’atterraggio se tali stazioni sono state aggiornate al 5G. Uno scenario modella gli elicotteri che volano nel Texas Medical Center di Houston e l’altro modella l’approccio alla pista 27L dell’aeroporto internazionale O’Hare di Chicago.

Per semplicità, iniziamo con gli elicotteri. Il Texas Medical Center di Houston è strapieno. Ci sono due ospedali in un’area di due miglia quadrate e molti di loro hanno eliporti sul tetto. Il complesso medico dispone anche di stazioni base mobili in tutta l’area.

Le ipotetiche stazioni base hanno causato interferenze dannose in ogni approccio ad ogni eliporto. L’interferenza è stata sufficiente a rendere inutilizzabili in alcuni casi gli altimetri radar. A parte le stazioni base, le apparecchiature utente come i telefoni cellulari hanno causato “un rischio significativo di interferenze dannose” agli altimetri radar degli elicotteri. In breve, l’implementazione del 5G potrebbe avere un serio impatto sulla capacità degli elicotteri di navigare nelle città, dove devono muoversi con attenzione vicino a una varietà di ostacoli, inclusi altri velivoli.

L’altro scenario prevede aerei che si avvicinano alla pista 27L di O’Hare. L’interferenza dalle basi era al di sopra della soglia di sicurezza per i piccoli aerei (categoria 2) durante gran parte dell’avvicinamento, ma diminuiva man mano che gli aerei scendevano di quota. Ciò potrebbe causare diversi problemi durante l’atterraggio, ma in realtà non è la parte più preoccupante del rapporto.

Potenziale di catastrofe

Gli aerei più grandi della categoria 1, come gli aerei commerciali o passeggeri, hanno una soglia di sicurezza più elevata per le interferenze. Nel grafico sottostante, la linea continua è la soglia e il margine di sicurezza è in rosso. Un tipo di stazione base 5G ha causato interferenze sufficienti per varcare la soglia, e solo in determinate situazioni, ma quei rari casi sono particolarmente pericolosi.

Nota il grande picco di interferenza a circa 275 piedi. La maggior parte degli aerei passeggeri ha due altimetri radar e l’interferenza al di sopra della soglia potrebbe causare il malfunzionamento di entrambi. Poiché potrebbero non funzionare allo stesso modo, il rapporto delinea quattro risultati:

1. Entrambi gli altimetri radar smettono di funzionare;
2. Uno smette di funzionare e l’altro riporta l’altitudine in modo impreciso;
3. Entrambi forniscono letture di altitudine imprecise, ma le letture sono diverse;
4. Entrambi forniscono letture di altitudine imprecise che sono le stesse.

Nel primo caso, l’equipaggio di condotta deve decidere se è sicuro far atterrare l’aereo. Il picco di interferenza si è verificato a circa 275 piedi, lasciando l’ipotetico equipaggio di volo con circa 20 secondi fino all’atterraggio. Se la visibilità è bassa, il pilota potrebbe non essere in grado di vedere nulla vicino alla pista che possa aiutarlo a stimare la sua altezza effettiva dal suolo. Questa situazione è rischiosa indipendentemente dal fatto che atterrino o meno, ed è in realtà lo scenario migliore.

Il secondo caso è più complicato. Avere due radar altimetri non è importante solo nel caso in cui uno si rompa. È anche utile per determinare se uno è rotto. Se i sistemi di pilota automatico e l’equipaggio di volo ricevono due letture diverse, è chiaro che almeno una di esse non è corretta. In alcuni di questi aerei, “questa situazione potrebbe non far sì che il pilota venga avvisato di interrompere l’atterraggio”. Con un’altitudine errata, l’equipaggio probabilmente si configurerà per l’atterraggio troppo presto o troppo tardi, provocando un atterraggio duro o “un impatto catastrofico con il suolo”.

Ora per il terzo caso. Quando gli altimetri radar riportano due diverse altitudini, i sistemi di pilota automatico identificheranno la mancata corrispondenza. Questo è fondamentalmente lo stesso del primo caso, in cui il pilota deve decidere se può far atterrare in sicurezza l’aereo senza un radar altimetro. Tuttavia, il rapporto sottolinea che su alcuni velivoli il sistema di pilota automatico continuerà a utilizzare dati errati. Se il pilota non se ne rende conto in tempo, è probabile che i risultati siano catastrofici. Questo è ciò che ha causato l’incidente del volo 1951 della Turkish Airlines nel 2009.

Il quarto caso è di gran lunga il più pericoloso. Quando entrambi gli altimetri radar forniscono le stesse letture di altitudine, il sistema di pilota automatico e l’equipaggio di volo non avranno modo di sapere che non sono corretti. Ciò farà sì che “il sistema di atterraggio automatico esegua la manovra di flare e il ritardo dell’automanetta al momento sbagliato”. Se l’aereo è troppo basso, si schianterà direttamente al suolo. Se l’aereo è effettivamente più alto del previsto, si schianterà comunque al suolo, ma prima si fermerà.

Il rapporto sottolinea che, sebbene questa situazione possa non essere molto probabile che si verifichi, è particolarmente pericolosa perché gli altimetri radar raramente si guastano durante l’atterraggio. Ora, l’implementazione del 5G potrebbe introdurre un rischio in più per il processo stressante dell’atterraggio in condizioni di scarsa visibilità. L’interferenza che ha colpito gli aerei passeggeri è stata causata da emissioni fondamentali, che possono essere bloccate da filtri. L’installazione di filtri di bypass di banda su ogni aeromobile richiederebbe anni, ma non possono essere l’unica soluzione. I filtri non possono bloccare le emissioni spurie, che erano al di sopra del limite di sicurezza per gli aerei e gli elicotteri di categoria 2. Secondo RTCA, l’industria aeronautica e l’industria del wireless mobile devono lavorare insieme per trovare soluzioni.

Il gruppo dell’industria mobile contesta i risultati

CTIA è un’associazione di categoria per i membri del settore delle comunicazioni wireless. Poco dopo la presentazione del rapporto RTCA, CTIA ha contestato molti degli aspetti tecnici del rapporto, inclusi i livelli di potenza 5G utilizzati nel modello, il margine di sicurezza e lo scenario di atterraggio peggiore. CTIA sostiene inoltre che “l’industria wireless non ha avuto informazioni sullo sviluppo del rapporto RTCA”, lasciandoli “senza la capacità di rivedere e comprendere i dati”.

Lo scopo del rapporto RTCA era fornire alla FCC la “posizione tecnica del settore aeronautico”, ma i rappresentanti del settore wireless hanno fornito alcuni dati. Il rapporto include uno scambio di informazioni con il Technical Working Group 3 (TWG-3). RTCA e CTIA erano entrambi rappresentati in TWG-3, formato dal C-Band Multi-Stakeholder Group. Il loro scambio di informazioni è costituito da domande e risposte datate dal 12 giugno 2020 al 16 agosto 2020 ed è disponibile nella sua interezza nell’Appendice B. Il TWG-3 è stato sciolto nel novembre 2020 perché i membri non sono stati in grado di raggiungere un consenso.

L’Appendice C (sopra) include tutti i commenti fatti durante un processo di commento pubblico prima della pubblicazione del rapporto. Alcuni dei 30 commenti di CTIA sono stati incorporati nel rapporto, ma non tutti. SC-239 ha fornito un motivo specifico ogni volta che ha respinto una raccomandazione, sia che provenisse da CTIA o da un’altra parte.

CTIA non è inoltre d’accordo con i risultati del rapporto RTCA per quello che ritiene un motivo di buon senso: il 5G viene distribuito in tutto il mondo senza apparenti problemi di interferenza. Nella sua lettera del 4 marzo 2021, CTIA suggerisce che le 90.000 stazioni base 5G del Giappone con operazioni fino a 4,1 GHz sono prove contro le conclusioni di RTCA.

Altri sono d’accordo con questo punto. “Non è chiaro se ci sarà un problema diffuso”, afferma Greengart. “Le forze armate statunitensi hanno operato vicino a queste frequenze per decenni senza incidenti e altri paesi hanno già utilizzato reti 5G nelle bande di frequenza vicine, ancora una volta senza evidenti problemi di interferenza con l’avionica”.

“Non abbiamo idea se questi problemi siano reali o meno”, afferma Sascha Segan , analista capo di PCMag. “Un lato dice che lo sono, un lato dice che non lo sono. Ma noterò che i vettori stanno testando la banda C da alcuni mesi e nessun elicottero reale è caduto dal cielo.

Segan rimane ottimista sui piani dell’industria mobile. “Se ci sono problemi, possono essere risolti come parte della costruzione della rete, ad esempio mettendo zone di esclusione intorno agli aeroporti e puntando i pannelli dell’antenna verso il basso. L’unico modo in cui ho potuto vedere questo rallentamento del 5G consiste nell’utilizzare meno grandi siti macro (le grandi torri cellulari) e più piccoli siti sugli edifici”.

Ad aprile, CTIA e rappresentanti di AT&T, T-Mobile, US Cellular e Verizon hanno ribadito che “la commissione ha correttamente stabilito che C-Band 5G può funzionare senza causare interferenze, per non parlare di interferenze dannose, ai servizi vicini nelle bande vicine”. Hanno “esortato la commissione a ignorare il rapporto RTCA”.

L’industria aeronautica sostiene il rapporto RTCA

A maggio, 20 gruppi aeronautici hanno presentato una risposta al tentativo di CTIA di screditare il rapporto RTCA. Questi gruppi (“Organizzazioni che supportano la sicurezza aerea o OSAS”) includono associazioni di categoria, il più grande sindacato di piloti, aziende come Garmin e Honeywell che producono attrezzature per l’aviazione e altri. Le organizzazioni sostengono che le affermazioni di CTIA “mostrano una mancanza di comprensione in materia di progettazione, certificazione, produzione e operazioni dell’aviazione e aerospaziale, compresi i fondamenti dell’analisi della sicurezza aerea”.

Dopo aver letto alcune delle correzioni, è difficile non essere d’accordo. Come solo un esempio, il CTIA ha affermato che i risultati vengono guidati da un radar altimetro che “non avrebbe potuto essere certificato dalla commissione negli ultimi 40 anni”. OSAS ha sottolineato che il radar altimetro in questione è stato prodotto nel 2020 e che il modello è ampiamente utilizzato. A quanto pare, CTIA ha scambiato la data di autorizzazione del modello per l’età di quell’unità.

Mettendo da parte gli aspetti tecnici della critica di CTIA, OSAS ha fatto due punti che vale la pena notare. Il primo è che CTIA non contesta i risultati relativi alle emissioni spurie del 5G, che hanno causato l’interferenza più significativa per gli aerei e gli elicotteri di categoria 2. In secondo luogo, l’argomento del CTIA secondo cui “la mancanza di rapporti di diffusa interferenza altimetrica” ​​smentisce il rapporto RTCA è, per definizione, un argomento senza prove. La mancanza di rapporti non è una prova che non ci saranno interferenze.

Non tutti usano la banda C?

Negli Stati Uniti, la banda C non viene ancora utilizzata per il 5G. Più stazioni base forniranno più casi di test nel mondo reale e più potenziale per interferenze pericolose. E uno sguardo a quali bande di spettro vengono utilizzate per il 5G in tutto il mondo rivela un altro difetto nell’argomento di CTIA. Una presentazione di Qualcomm datata dicembre 2020 fornisce una panoramica delle allocazioni di diversi paesi nella banda C.

Ciò è coerente con le informazioni fornite dalla FCC. Le licenze nella maggior parte dell’Europa seguono le indicazioni del Radio Spectrum Policy Group della Commissione europea, che impone che 3,4-3,8 GHz sarà la prima banda principale per il 5G. Mentre l’Australia sta studiando la possibilità di utilizzare lo spettro da 3,7-4,2 GHz per il 5G, non ha ancora rilasciato licenze all’interno di quella banda. Apparentemente, anche la Corea del Sud e Taiwan non hanno rilasciato licenze nella parte superiore di quello spettro, e sono testa a testa per le velocità 5G più elevate al mondo.

Il grafico sopra è tratto da un rapporto preparato per il CTIA. Se gli Stati Uniti portano avanti il ​​loro piano per rilasciare licenze al di sopra dei limiti massimi di altri paesi, allora l’allocazione dello spettro di altri paesi non può essere utilizzata per sostenere che non vi è alcun rischio di interferenze. In entrambi i casi, gli avvertimenti di paesi come la Francia e gli Emirati Arabi Uniti suggeriscono che la fiducia basata sulla mancanza di problemi di interferenza finora potrebbe essere ingiustificata.

Meno interferenze, più cooperazione

CTIA afferma che “un singolo rapporto imperfetto” non è sufficiente per dimostrare che la banda C 5G causerà interferenze dannose alle bande vicine. Potrebbe essere vero, ma lo è anche il punto dell’industria aeronautica secondo cui il rapporto RTCA è “l’unico studio approfondito sulla sicurezza supportato da competenze in materia di aviazione”. Con le industrie che tirano in due direzioni diverse, l’unica cosa chiara è la necessità di maggiori informazioni.

Quando i gruppi dell’industria aeronautica hanno parlato con la FCC ad agosto , hanno ripetuto il loro avvertimento: gli altimetri radar forniscono molti servizi critici e le interferenze possono avere conseguenze a cascata. Ci sono misure che l’industria aeronautica può adottare da sola, come l’installazione di filtri di bypass di banda, ma terminare quel progetto prima che il servizio 5G nella banda C inizi a dicembre è “un’impossibilità pratica”. In altre parole, anche l’industria wireless deve prendere alcune precauzioni per colmare il “divario di mitigazione”.

Come sarebbe colmare il “gap di mitigazione”? Abbiamo contattato Mike Dano , direttore editoriale di 5G and Mobile Strategies for Light Reading, una pubblicazione per i professionisti del settore delle telecomunicazioni. “Se ritenuto necessario, l’industria del 5G potrebbe essere tenuta a “ridurre” le proprie trasmissioni nello spettro in questione, al fine di prevenire interferenze. Sarebbe bene evitare incidenti aerei, ma se ciò accadesse, rappresenterebbe anche un’incapacità delle agenzie di regolamentazione del governo di prevedere quel tipo di problema”, afferma. “Il compito della [Federal Aviation Administration], della FCC e della [National Telecommunications and Information Administration] è di capire prima queste cose, prima di mettere all’asta lo spettro per il 5G.”

Dano afferma che un’altra soluzione sarebbe sostituire gli altimetri radar con modelli meno suscettibili alle interferenze. “Ovviamente sarebbe lungo e costoso. Ma l’asta dello spettro in banda C ha raccolto 81 miliardi di dollari in offerte vincenti. E sospetto che l’industria delle compagnie aeree sia molto consapevole di tale importo”.

L’industria aeronautica ha chiesto alla FCC di unirsi alla FAA e lavorare per l’implementazione di soluzioni. I rappresentanti dell’industria aeronautica insistono sul fatto di condividere l’obiettivo di far progredire il 5G. Dopotutto, usano anche i servizi wireless.

Ma Segan di PCMag pensa che questo sia un tentativo di spostare la colpa. “La FCC ha già cambiato il piano della banda C per soddisfare le preoccupazioni dell’industria aeronautica; il problema è che, secondo l’industria aeronautica, non è stato cambiato abbastanza. L’intera linea del “lavoro con la FAA” è solo un tentativo di spostare la discussione in quello che percepiscono come un tribunale più favorevole per loro”. Continua aggiungendo: “C’è molto rumore, e lo scettico in me si chiede davvero se l’industria aerea stia cercando di convincere i vettori a pagare per i nuovi altimetri”.

Allora dove ci lascia?

RTCA produce standard e linee guida che costituiscono la base delle normative FAA e rendono ogni volo il più sicuro possibile. Quando sali a bordo di un volo, hai tutte le ragioni per credere che l’aereo ti consegnerà in sicurezza. Ma come dice Dano: “È difficile sapere se il 5G influenzerà gli aeroplani. Questa è una domanda che sarà discussa dagli ingegneri RF più esperti. La FAA, FCC e NTIA saranno gli arbitri di quel dibattito. Dirò che, come viaggiatore, di certo non voglio che il 5G faccia schiantare gli aerei. Sarebbe un male”.

Il dibattito è già in corso. L’industria aeronautica afferma che ci sono gravi rischi e l’industria wireless afferma che le misure di sicurezza sono sufficienti. Per lo meno, dovremmo aspettarci che FAA e FCC raggiungano un consenso.