طريقة هجينة لتتبع الأشعة-QuaDRiGa/FDTD لتعرّض واقعي عند 28 غيغاهرتز مع CF-MaMIMO لشبكات 6G في بيئات خارجية ثلاثية الأبعاد

لماذا يهم هذا مستخدمي الهواتف اليومية

مع انتشار شبكات 5G وظهور 6G المرتقب، يقلق كثير من الناس بشأن كمية طاقة الراديو التي تمتصها أجسامهم أثناء المشي في الشارع ممسكين بهاتف ذكي. يتناول هذا البحث ذلك السؤال اليومي بشكل صارم: يجمع بين نماذج ثلاثية الأبعاد مفصّلة لمدن حقيقية، ومحاكاة متقدمة لشبكات لاسلكية، وأجسام بشرية افتراضية لتقدير التعرّض الواقعي لإشارات التردد العالي حول 28 غيغاهرتز، وهو نطاق أساسي للشبكات المستقبلية. يركز العمل على أحدث مفاهيم الهوائيات لشبكات 6G، حيث تُوزّع العديد من الهوائيات الصغيرة على مبانٍ بدلاً من تجميعها في موقع واحد، ويسأل: ما مدى قوة الحقول حولنا، كيف تتكوّن «نقاط ساخنة» صغيرة قرب الرأس، وكيف تقارن هذه المستويات بالحدود الدولية للسلامة؟

تحويل العالم إلى مختبر اختبار رقمي

يبني المؤلفون سلسلة رقمية تبدأ من شيء بسيط مثل مسار مشي بين عنوانين وتنتهي بتقدير مفصّل لكمية الطاقة الممتصة في جسم الإنسان على طول ذلك المسار. يستخدمون نماذج المدن ثلاثية الأبعاد التصويرية لجوجل، التي تلتقط المباني والأشجار والسيارات وأثاث الشوارع بتفصيل دقيق، ثم يطبّقون التعلم العميق لتصنيف الأسطح المختلفة (مثل الجدران أو الطرق أو الغطاء النباتي). تُستخدم هذه البيئة الافتراضية الغنية لوضع محطات القاعدة بأسلوب 5G الحالي ونقاط الوصول المستقبلية «الماسيف خالية الخلايا» 6G—التي تتكوّن من وحدات هوائيات صغيرة موزعة على الواجهات—حوالى مسارات المشاة الواقعية.

متابعة موجات الراديو من البرج إلى النسيج

يرصد جوهر الطريقة كيفية انتقال موجات الراديو وتشتتها وتداخلها قبل وصولها إلى الشخص. أولاً، يُطلق برنامج تتبع أشعة العديد من الأشعة الافتراضية من كل مرسل ويتبع انعكاساتها وانكساراتها عبر المدينة ثلاثية الأبعاد لبناء نمط واسع النطاق لشدة الإشارة. بعد ذلك، تضيف أداة قناة لاسلكية معروفة، QuaDRiGa، التقلبات الدقيقة صغيرة النطاق التي تظهر عندما يتحرك الشخص بكسور من الطول الموجي. تُلف هذه الحقول المدمجة بعد ذلك داخل «صندوق هويجنز» يحيط بالمنطقة القريبة من رأس أو جذع المستخدم. أخيراً، يضع محاكٍ بالفرق المحدود الزمني (FDTD) نموذجاً تشريحياً واقعياً (ما يسمى بالفانتوم) داخل ذلك الصندوق ويحسب كمية الطاقة الممتصة فعلياً في الجلد والنسيج، مستخدماً مقياس كثافة الطاقة الممتصة على السطح الموصى به من قبل الإرشادات الدولية.

دراسات حالة مدنية: شوارع هلسنكي وأبراج نيويورك

لتوضيح ما يمكن أن تكشفه هذه الطريقة، يجري الفريق دراستي حالة موسعتين. في هلسنكي، يقارنون محطة قاعدة نمطية بأسلوب 5G مع العديد من الهوائيات المجمعة معاً على برج كنيسة مقابل إعداد «خالٍ من الخلايا» بأسلوب 6G حيث تُنتشر مئات نقاط الوصول الصغيرة عبر المباني القريبة. كلاهما يخدم مستخدماً يمشي وهو يحمل هاتفاً ذكياً. يجدون أن النظام الموزع 6G يجعل التعرّض على طول المسار أكثر توازناً: يقل تباين الطاقة الممتصة بنحو 20 ديسيبل مقارنةً بالهوائيات المجمعة، ما يعني قلة الذِروَات والقيعان الحادة. في منطقة مركز التجارة العالمي بنيويورك، يشملون تتبع الأشعة الكامل ويفحصون مستخدماً يمشي في الهواء الطلق ويدخل مبنى لفترة وجيزة. يظهرون أن المستخدم المخدوم بنشاط يختبر، في المتوسط، تعرّضاً أعلى بنحو 20 ديسيبل من غير المستخدم القريب، ولكنه لا يزال عند مستويات مطلقة منخفضة للغاية مقارنةً بالحدود السلامية.

التكبير على النقاط الساخنة الصغيرة حول الرأس

ثمة قلق رئيسي بشأن مصفوفات الهوائيات الحديثة أنها يمكن أن تُجَمِع الإشارات (تشكّل شعاعاً) بحيث تتعاضد عند موقع المستخدم. لذلك تفحص الدراسة نقاطاً ساخنة صغيرة—مناطق مكافئة لحجم الطول الموجي تتكثف فيها الحقول—حول أذن افتراضية عندما يُمسك الهاتف بالرأس. من خلال مسح حجم بعرض عدة سنتيمترات، يُظهر المؤلفون أن هذه النقاط الساخنة عادةً ما تكون ذات شكل تقريبا كروي أو بيضاوي بعرض نحو طول موجي واحد وغالباً ما تظهر حلقة أو اثنتان محيطتين، أو حواف جانبية، حيث يرتفع الحقل لفترة وجيزة مجدداً. في المتوسط، يكون الحقل الكهربائي داخل البقعة الساخنة الرئيسية أعلى بنحو 12 ديسيبل (أي أقوى بنحو أربعة أضعاف) من الخلفية المحيطة الناتجة عن الشعاع الأكبر. تتحرك هذه الأنماط بسلاسة مع مشي المستخدم وتغيرات الانعكاسات، وتختفي عند إيقاف تشكيل الشعاع، مما يؤكد أنها نتيجة مباشرة للإرسال المنسق.

ماذا تقول الدراسة عن السلامة

عبر جميع المحاكاة عند قدرات مرسلات واقعية، تبقى كل من كثافة القدرة الساقطة في الهواء وكثافة القدرة الممتصة على السطح في الجسم أقل بكثير من الحدود الموصى بها من قبل اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع غير المؤين. حتى تحت افتراضات متحفظة—بالمقارنة بين مشي قصير وحدود معرّفة لمتوسطات 30 دقيقة—فإن القيم القصوى المحاكاة تبقى أقل بنحو 1 بالمئة من المستويات المسموح بها تقريباً. وفي الوقت نفسه، تكشف الطريقة عن بنية دقيقة لكيفية تغير التعرض في المكان والزمان، موضحةً أن أنظمة 6G الخالية من الخلايا القادمة يمكنها تسوية التغيرات واسعة النطاق بينما تظل تخلق نقاطاً ساخنة صغيرة قرب المستخدم. يجادل المؤلفون بأن التوأم الرقمي الكلي للبيئة والشبكة وجسم الإنسان هذا يمكن أن يساعد الجهات الرقابية والمهندسين والجمهور على فهم التعرّض الواقعي بشكل أفضل، وتخطيط شبكات أكثر أماناً، وتنقيح إرشادات السلامة إذا لزم الأمر.

الاستشهاد: Wydaeghe, R., Shikhantsov, S., Vermeeren, G. et al. Hybrid ray-tracing-QuaDRiGa/FDTD method for realistic 28 GHz exposure with 6G CF-MaMIMO in 3D outdoor environments. npj Wirel. Technol. 2, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s44459-026-00031-4

الكلمات المفتاحية: التعرّض لشبكات 5G و6G, سلامة موجات المليمتر, ماسيف MIMO خالٍ من الخلايا, نقاط ساخنة كهرومغناطيسية, قياس الجرعات في الشبكات اللاسلكية