El proyecto ANTENNAE tiene como objetivo adaptar los estándares de telecomunicaciones 3GPP a los servicios de comunicaciones, navegación y vigilancia (CNS) para respaldar operaciones seguras y eficientes de aeronaves a baja altitud.
El proyecto ANTENNAE investiga la aplicabilidad de los estándares de telecomunicaciones 3GPP para proporcionar una gama completa de servicios de comunicaciones, navegación y vigilancia a todas las clases de aeronaves que operan a bajas altitudes, al tiempo que respalda la gestión del tráfico aéreo (ATM) y las partes interesadas clave del espacio U. Las soluciones de ANTENNAE exploran el uso de redes celulares 5G y de próxima generación (6G y posteriores) a través de un marco de conectividad híbrida que integra sistemas terrestres (TN) y no terrestres (NTN). El concepto CNS integrado aprovecha la utilización eficiente del espectro para proporcionar una mayor resiliencia del servicio, una mayor capacidad de conectividad y la continuidad del servicio necesarios para operaciones aéreas rentables y seguras a bajas altitudes.
Del despegue al aterrizaje: el importante papel del CNS en la aviación
Las comunicaciones, la navegación y la vigilancia son los sistemas cardiovasculares de la gestión del espacio aéreo, que permiten operaciones aéreas seguras en un espacio aéreo abarrotado donde vuelan miles de aviones. CNS fue diseñado originalmente para aviones tradicionales de gran altitud, con tres dominios: «C», «N» y «S» fragmentados y mal integrados. Estos tres dominios se complementan entre sí y respaldan las operaciones aéreas seguras al proporcionar servicios de navegación aérea. En el ecosistema CNS actual, cada dominio opera de forma independiente utilizando tecnologías, hardware y bandas de frecuencia distintas.
Las comunicaciones desempeñan un papel fundamental a la hora de facilitar el intercambio de datos entre aeronaves, entre aeronaves y tierra, y entre tierra y tierra. Por ejemplo, las comunicaciones por enlace de datos del controlador piloto (CPDLC) y el sistema de notificación y direccionamiento de comunicaciones de aeronaves (ACARS) son protocolos de comunicación de aviación ampliamente adoptados que se han utilizado en aeronaves tripuladas durante décadas. La navegación es esencial para planificar vuelos y garantizar que las aeronaves vuelen de forma segura de un lugar a otro dentro de las vías aéreas correctas en un espacio aéreo gestionado de acuerdo con las normas internacionales. Los servicios de navegación son un facilitador clave de las soluciones de geocercado que evitan que las aeronaves ingresen a áreas restringidas. El Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) es el sistema más utilizado para la navegación aérea. Las soluciones de navegación basadas en balizas, como el equipo de medición de distancias (DME), el rango omnidireccional de muy alta frecuencia (VOR), el sistema de aterrizaje por instrumentos (ILS) y las balizas no direccionales (NDB), también son tecnologías bien conocidas que respaldan la navegación de aeronaves tripuladas durante diversas fases de vuelo. La vigilancia proporciona conocimiento de la situación mediante la detección, seguimiento e identificación de aeronaves. Garantiza que sólo las aeronaves autorizadas estén dentro del área designada. Los sistemas de vigilancia tradicionales en la aviación tripulada incluyen el sistema para evitar colisiones aerotransportadas (ACAS), la vigilancia-transmisión dependiente automática (ADS-B), el radar de vigilancia primario (PSR) y el radar de vigilancia secundario (SSR).
Los tres dominios, ‘C’, ‘N’ y ‘S’, son igualmente importantes y esenciales en cada etapa del vuelo, lo que los hace altamente integrados en los sistemas de las aeronaves y en la columna vertebral de la aviación.
Limitaciones del CNS tradicional en un espacio aéreo cambiante
Las operaciones emergentes de U-Space basadas en conceptos innovadores y avanzados de movilidad aérea están creando nuevos desafíos en el espacio aéreo al permitir que una nueva generación de aviones más pequeños, más maniobrables y altamente automatizados operen a altitudes más bajas junto con los usuarios de la aviación tradicional. Los sistemas CNS tradicionales y sus tecnologías primarias están diseñados para aeronaves de gran altitud y tienen una cobertura limitada a bajas altitudes. En altitudes más bajas, los aviones de próxima generación, como los sistemas de aeronaves no tripuladas (UAS) y los aviones con capacidad de despegue y aterrizaje vertical (VTOL), vuelan para operaciones aéreas, logística, transporte de personal y servicios públicos. Las tecnologías CNS tradicionales enfrentan desafíos para cumplir con los requisitos de las aeronaves de próxima generación y las operaciones espaciales en U. Los principales desafíos son:
Los sistemas CNS actuales, originalmente diseñados para aviones y cajeros automáticos de gran altitud, brindan una cobertura limitada en altitudes muy bajas y áreas metropolitanas en operaciones en el espacio aéreo. Cada servicio “C”, “N” y “S” utiliza dispositivos, tecnología y espectro de frecuencia separados o múltiples, lo que resulta en mayores costos de desarrollo y operación. Por razones de seguridad y complejidad operativa, es difícil para las pequeñas aeronaves no tripuladas llevar múltiples radios y baterías para alimentar y utilizar sistemas CNS fragmentados.
Para que las operaciones de UAS y VCA compartan espacio aéreo con la aviación tradicional, se requiere una nueva infraestructura CNS para la coordinación y prevención de colisiones para garantizar la seguridad del espacio aéreo.
Repensar el SNC: de la fragmentación a la integración
El creciente número de usuarios de UAS y VCA en altitudes bajas exige soluciones CNS innovadoras, sostenibles y rentables. El concepto CNS Integrado (ICNS) proporciona servicios ‘C’, ‘N’ y ‘S’ a través de la misma pila tecnológica. Esto significa que ICNS elimina la necesidad de múltiples dispositivos de hardware a bordo, lo que reduce la cantidad de dispositivos de red necesarios y la capacidad de la batería de la aeronave. La ICNS considera que los dominios C, N y S son un marco armonizado. Este nuevo concepto permite que un dominio apoye y complemente a otro. Teniendo esto en cuenta, todos los sistemas de servicios C, N y S podrían potencialmente combinarse y armonizarse en un solo sistema. ICNS también ayuda a minimizar la huella de carbono de los sistemas inalámbricos.
Uniendo el hoy y el mañana: el camino de ANTENNAE hacia un SNC integrado
El proyecto ANTENNAE investiga la aplicabilidad de los estándares de telecomunicaciones 3GPP para proporcionar servicios ICNS a bajas altitudes y soportar operaciones piloto y espaciales. Para lograr este objetivo, el proyecto ANTENNAE está considerando redes terrestres y no terrestres integradas que brinden cobertura continua y una gama completa de servicios CNS a aeronaves que operan a bajas altitudes al tiempo que apoyan a las partes interesadas clave de la aviación.
La función de la red terrestre es proporcionar conectividad primaria a áreas con infraestructura establecida. Las redes de satélite apoyan las operaciones CNS en zonas más allá de la cobertura de las redes terrestres, como los océanos y las zonas rurales. Las redes celulares comerciales están optimizadas para usuarios terrestres, con antenas orientadas hacia abajo que dan servicio a carreteras y edificios, y no pueden soportar adecuadamente a los usuarios aéreos. Los sistemas de satélite pueden proporcionar cobertura a altitudes más allá del alcance de las redes terrestres. Además, los satélites ayudan a descargar el tráfico CNS de las redes terrestres, reduciendo la congestión durante las horas pico y en áreas con alta densidad de tráfico aéreo. En caso de falla, estas redes pueden actuar como respaldo entre sí, aumentando la resiliencia y mejorando la disponibilidad de la conectividad y la continuidad del servicio requerida para las operaciones autónomas más allá de la línea de visión (BVLOS).
Aprovechando los beneficios de las redes terrestres y no terrestres 3GPP, ANTENNAE implementará un marco ICNS que admita operaciones tanto a gran altitud como a baja altitud, optimice la capacidad del espacio aéreo, reduzca el consumo de combustible y baterías y reduzca las emisiones de carbono. Por lo tanto, la antena mejora la seguridad y la sostenibilidad, y mejora la capacidad, el rendimiento y la latencia en comparación con los sistemas CNS tradicionales, satisfaciendo las necesidades actuales y futuras de los sistemas ATM y U-space.
Descargo de responsabilidad
Este proyecto está financiado por SESAR 3 JU y la Comisión Europea y operado bajo el acuerdo de subvención 101167288.
Tenga en cuenta: Este es un perfil comercial.
Este artículo también se publicará en el número 25 de la revista trimestral.
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