5G頻段對航空造成的影響

吳宜庭/東海大學資訊管理學系

自2020年7月,3GPP宣布5G-Release 16技術標準完成後,全球的電信業者也逐漸地投入更多有關5G網路的建置。隨著COVID-19的肆虐,加速全球各產業數位化的腳步,5G在未來幾年內將取代4G標準,成為新一代通訊行動主流的技術,更進一步扮演催化社會重新思考生活、工作和玩樂方式媒介。

5G網路

下一代行動網路聯盟(Next Generation Mobile Networks Alliance)針對5G網路做以下定義[1]

  • 每平方公里最多可支援 100 萬台裝置;
  • 以1Gbps的資料傳輸率同時提供給在同一空間的人員;
  • 支援大規模感測器網路的部署;
  • 頻譜效率應比4G較為強大;
  • 覆蓋率高於4G;
  • 延遲性應顯著低於LTE。

相較於先前的網路技術,5G的各個優勢也使得它可應用的場景更加廣泛,在2019年IEEE的報告[2]中提及:「1G網路僅有2.4Kbps的傳輸速率,但已突破早期的電話限制。2G網路的後期使用了GPRS 和 EDGE技術,故當時傳輸速率高達200Kbps。在2000年時,3G網路的推出更是讓傳輸速度在靜止時可達2 Mbit/s,而裝置移動時還有350Kbps的速度。當4G網路推出時,傳輸速度比3G網路快上10倍,擁有更大的頻寬提高了網路速度,也提高了網路的使用品質。而5G的資料傳輸速度、數量與延遲則取決於所使用的頻段及使用環境(定點或移動)。」

而目前全球發展的5G頻率範圍(Frequency Range,FR),由3GPP所定義的規格大致上可分為兩類,以6GHz頻段作為分界:一是頻率範圍介於410MHz 至7125MHz,稱為sub-6 GHz或sub-7 GHz頻段;二為頻率範圍在24250MHz至52600MHz之間稱為「毫米波」也就是mmWave頻段,屬於30GHz至100GHz的高頻段。[3]

5G頻段與航空業的關係

在2021年時,美國將C頻段(C-Band)3.7-3.98GHz進行拍賣,而航空業者認為,C頻段的5G服務可能導致多數的飛機無法使用,使美國航班大亂,成千上萬名旅客滯留海外。美國聯邦航空總署(Federal Aviation Administration ,FAA)也為此警告,因為無線電高度計使用4.2GHz-4.4GHz之間頻段運作,而美國5G網路使用的C頻段3.7-3.98GHz與高度計運作頻率範圍太過接近,若兩者間有著相互干擾的情況,可能會使飛機在飛行時相關的安全儀器無法正常運行,聯合航空公司(United Airlines)執行長Scott Kirby表示:「FAA為避免干擾造成的意外而制定規範,限制飛機在起降美國最大的40座機場時,禁止使用無線電高度計。」,但此規範卻令航空公司認為未來可能影響每天約4%的航班飛行。

各國5G制定與航空的差異

截至目前為止,針對歐盟在2019年時對3.4GHz-3.8GHz的中頻段訂定標準,並在歐洲進行拍賣後,已有多國使用並無出現任何問題,在英國和歐洲,無線電高度計在不同的無線電頻率上運行,遠離飛機使用的無線電頻譜部分。而歐洲飛航安全局(European Union Aviation Safety Agency,EASA)表示,5G干擾航空問題僅限於美國空域,歐洲區域並未偵測到不安全干擾。

美國FAA官員注意到了法國使用的3.6-3.8GHz頻段,距離美國高度計使用的4.2-4.4GHz較遠,法國5G使用的功率標準也遠低於美國授權的等級,即使美國降低了5G的使用功率,仍是法國的2.5倍[4]

在南韓,5G網路通訊頻率範圍為3.42-3.7 GHz,且自2019年4月商轉以來,尚未收到無線電波干擾的訊息。而台灣5G商用頻譜目前釋出3.3-3.57GHz,跟航空高度計使用頻段有相當的保護頻段(Guard Band)不會互相干擾,因此不受影響。

當局的因應措施與結語

針對其他國家例如:法國機場所規劃之緩衝區預留了著陸前最後96 秒的飛行。法國的5G 功率標準較低。在美國,即使是較低的全國性功率標準也還比法國高出2.5倍。而在法國,政府要求天線必須向下傾斜以限制有害干擾,但美國並沒有類似的限制。[5]

因此FAA在約50個機場周邊地區效仿法國規定設置暫時性的緩衝區,限制緩衝區內的5G訊號,緩衝區範圍的寬度足以覆蓋著陸前最後 20 秒的飛行,且為了更精確的繪製出機場周圍訊號減弱區域的大小與形狀,進而縮小天線有效運行的區域。同時FAA開始確認那些飛機上的高度計能在5G訊號下安全運行,也需確認那些機場能使用全球定位系統(Global Positioning System,GPS)來引導飛機降落。

短期來說,美國電信兩巨頭AT&T和威訊通訊(Verizon)同意暫緩啟動各大機場附近的部分無線基地台,並同意設置緩衝區方法,以6個月為限降低干擾風險。長期來說,FAA需要放鬆規範,在評估後核准使用無線電高度計,讓美國絕大部分的商業飛機,在許多有5G C頻段部署的機場執行低能見度降落。

[1] The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). (2017). IEEE 5G and beyond technology roadmap white paper. 檢自:https://futurenetworks.ieee.org/images/files/pdf/ieee-5g-roadmap-white-paper.pdf (Mar. 13 , 2022)

[2] Milo Medin and Gilman Louie(2019). THE 5G ECOSYSTEM: RISKS & OPPORTUNITIES FOR DoD. 檢自:https://apps.dtic.mil/sti/pdfs/AD1074509.pdf (Mar. 13 , 2022)

[3] Anritsu. 全球 5G 通訊頻段與運行模式. 檢自:https://www.anritsu.com/zh-tw/test-measurement/technologies/5g-everything-connected/5g-world-fre (Mar. 13 , 2022)

[4] Federal Aviation Administration(2022). US-France graphic. 檢自:https://www.faa.gov/sites/faa.gov/files/2022-01/US-France%20graphic_0.pdf (Mar.13 , 2022)

[5] 同註4。

回到頂端