EMI（Electromagnetic Interference）とは、同一または別の電子システムから発生する電磁界により、システムの動作に支障をきたすことです。EMIはあらゆる電子機器に影響する可能性のある一般的なもので、携帯電話や航空機、救命医療機器など、小さな迷惑になることもあれば、生命を脅かす障害になることもあります。電子通信システムの数と複雑さは増加の一途をたどっており、発生するすべての信号がEMIを生む可能性を高めています。
第5世代モバイル技術（5G）も例外ではありません。企業は5Gをあらゆる場所に配備し、より優れた接続性や新しいデバイス、自律走行車やメタバースに至るまで、2022年のエキサイティングな計画を発表しています。しかし一方で、5Gの導入は深刻なEMI問題も引き起こす可能性があり、最近米国では、大手航空会社のCEOが、新しい5Gスペクトラムの導入は国中で壊滅的な飛行障害を引き起こす可能性があると警告しました。
EMIは、航空会社、飛行機、乗客、国の航空当局、携帯電話ユーザー、無線ネットワーク事業者などに影響を与える問題です。この5Gの周波数（Cバンドと呼ばれる周波数帯の一部）のために通信事業者2社が689億ドルを投じており、関係各社がEMIを最小限に抑えながらこれらの技術を機能させることを望んでいます。
5GのEMI問題は、航空機にとってどれほど深刻か？
5Gの技術は、無線信号に依存しています。航空機の高度計は、地上からの高さを測定し、安全システムやナビゲーションシステムにデータを提供するために使用されています。5Gの電波干渉により、高度計が正常に動作しなくなり、特に航空機の着陸準備時に安全上の問題が発生する可能性があるというのが、EMI関連の問題です。
より詳細には、5GのCバンド干渉により、加速性能の低下、着陸距離の増加、滑走路の逸脱の可能性があるとされています。また、最悪の場合、干渉によって飛行機が滑走路の端に乗り上げてしまう可能性もあります。このような状況は米国に限ったことではなく、他国の規制当局も干渉リスクを低減するための施策を打ち出しています。これらの規制の中には、5G基地局のアンテナの出力や向きに対処するものもあれば、5G信号のバッファゾーンを設けるものもあります。米国の最新の安全規制は、こちらで確認できます。
新しいCバンド5Gの周波数範囲は、航空機の無線高度計が使用する帯域と比較される
電磁界シミュレーションはこれらの問題を予測、解決できるのか？
Altairの5Gシミュレーションソリューションは、この問題の解決に適しています。実証するために、飛行機が着陸のために空港に近づき、近くに5Gの基地局があるというシナリオを考えてみましょう。
考慮すべき点：アプローチや天候にかかわらず、一部の航空機では5G EMIの異常が発生する可能性があります。航空規制当局が指摘するように、これらの異常は非常に低い高度まで明らかにならない可能性があり、これらの異常は飛行制御や警告システムに影響を与える可能性があります。オートスロットルでは、フレア中に推力が増加したり、早期にアイドル状態になったりする可能性があり、スラスターリバースやスピードブレーキは着陸後に展開されない可能性があります。タッチダウン後や離陸拒否時にエンジンが誤った推力設定のままになっている可能性があり、その結果、ブレーキだけが減速の選択肢となり、特にエンジンが通常の推力設定よりも高い状態で作動していたり、滑走路が汚れていたりすると、オーバーランの危険性が高くなります。とはいえ、私たちは航空機の計器が警告を発信し始めた時点から、こうした超低高度を考慮したモデルを設定し、航空機がラストマイル内で定期的に警告を受けていることも考慮しました。
着陸アプローチの距離
シミュレーションモデルと結果
（下図で青色で表示）を空港エリア外の近くにあるビルの屋上に設置し、空港内および周辺で良好な5G無線カバレッジを提供します。このシミュレーションでは、典型的な5Gの送信電力とアンテナパターンを考慮しています。高度な3Dレイトレース伝搬モデルが5G電波の到達範囲を計算し、シナリオ内の建物や植物を含むすべてのオブジェクトを考慮します。レーダー高度計の受信帯域幅とアンテナ利得、およびFCCが定義する5G帯域外およびスプリアス放射制限の仮定に基づいて、典型的な着陸アプローチでレーダー高度計が受信する5G干渉電力を計算します。下図は、対応する結果を表示し、航空機が遭遇している干渉の量を示す虹色で航空機の経路を表示しています。地上と5Gサイトに近づくにつれ、干渉パワーは大きくなり（赤と紫は著しい干渉）、高度計が誤動作する可能性があることを示しています。Altairのシミュレーションツールにより、航空機メーカーや空港の管制官は、5Gが航空機の搭載機器にいつどのように干渉する可能性があるか、また、異なる5Gアンテナの位置によって干渉リスクをどのように最小化できるかを確認できます。
接近時の干渉の深刻さを示す線。右端の青い矢印は5Gタワーの位置を示している。
5Gとその先のEMI – 私たちが目指すところ
今後、5Gはますます普及・発展し、このようなケースも増えていくことでしょう。数年前までは、電磁界シミュレーションによるEMI問題の予防と対策は限られていましたが、現在では、開発段階の早い段階でシミュレーションを行い、潜在的な干渉問題を予測・解決する組織が増えました。このシミュレーションのラッシュは、5Gや、電動化や自律走行など他の産業と重なる他のテクノロジーにとっても朗報です。この技術について、また、Altairがリードしている次世代の電磁界シミュレーションについては、5Gおよび6Gプロダクトデザインガイド – 電波伝搬モデルと無線ネットワーク計画をご覧ください。
＊本ブログは、本社ブログ「Simulation to Handle and Predict 5G Interference During Aircraft Landing」を翻訳したものです。
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