用于现实 28 GHz 曝露的混合射线追踪‑QuaDRiGa/FDTD 方法，在三维室外环境下用于 6G 无小区大规模 MIMO

这对日常手机用户为何重要

随着 5G 及即将到来的 6G 网络部署，许多人关心在街上用智能手机时身体实际吸收了多少无线电能量。本文以严谨方式回应了这一日常问题：结合真实城市的详细三维模型、先进的无线网络仿真和虚拟人体模型，估算在 28 GHz 附近这一未来网络关键频段的现实曝露水平。研究聚焦于 6G 的最新天线概念——许多小天线分布在建筑表面而非集中在一个点——并探讨：我们周围的场强有多大、头部附近如何形成微小“热点”、这些水平与国际安全限值如何比较？

把世界变成数字化试验室

作者构建了一个数值管线，从简单的两地址间步行路线开始，最终得到沿路人体吸收功率的详细估计。他们使用 Google 的逼真三维城市模型，这些模型精细地捕捉了建筑、树木、车辆和街道设施，然后应用深度学习对不同表面（如墙面、道路或植被）进行分类。这个丰富的虚拟环境用于在真实的人行路径周围放置现有风格的 5G 基站和未来 6G 的“无小区大规模 MIMO”接入点——即分布在立面上的众多小型天线单元。

追踪从基站到组织的无线电波

该方法的核心是跟踪无线电波在到达人之前如何传播、散射和相互干涉。首先，射线追踪程序从每个发射端发出大量虚拟射线，跟随它们在三维城市中的反射和绕射，以构建大尺度的信号强度分布。接着，成熟的无线信道工具 QuaDRiGa 补充了随人位置微小移动（以波长的分数计）而产生的细小尺度波动。这些合成场随后被映射到环绕用户头部或躯干附近区域的“惠更斯盒”上。最后，时域有限差分（FDTD）模拟将现实的人体解剖模型（即所谓的人体模体）放入该盒中，计算皮肤和组织实际吸收了多少功率，使用国际指南推荐的新表面吸收功率密度度量。

城市案例研究：赫尔辛基街道与纽约塔群

为展示该方法的揭示能力，团队进行了两个大型案例研究。在赫尔辛基，他们比较了传统 5G 风格的基站（许多天线集中在教堂塔楼上）与 6G 风格的“无小区”部署（数百个小型接入点分布在周围建筑上）。两者都为步行中的智能手机用户服务。研究发现，分布式的 6G 系统使沿路线的曝露更为均匀：与天线集中情形相比，吸收功率的变化约降低 20 分贝，意味着尖峰和谷值更少。在纽约世贸中心区域，他们进行了完整的射线追踪，考察用户在户外行走并短暂进入室内的情形。结果显示，主动服务的用户平均经历的曝露比附近非用户高出约 20 分贝，但与安全限值相比绝对水平仍非常低。

放大头部周围的微小热点

现代天线阵列的一个关键关注点是它们可以进行波束成形，将多个单元的信号叠加使其在用户处增强。因此，研究考察了靠近耳部时的小尺度热点——波长量级的场增强区域。通过扫描几厘米宽的体积，作者展示这些热点通常呈大致球形或椭球形，直径约为一个波长，并常伴随一到三个环状旁瓣（场强短暂再上升）。平均而言，主热点内的电场比由更大波束产生的周围背景高约 12 分贝（约强四倍）。随着用户行走和反射条件变化，这些模式平滑地移动；当关闭波束成形时它们消失，证实这是协同发射的直接结果。

研究对安全性的结论

在所有以现实发射功率进行的仿真中，无论是空气中的入射功率密度还是人体表面吸收的功率密度，都远低于国际非电离辐射防护委员会推荐的限值。即便在保守假设下——将短时步行与适用于 30 分钟平均值的限值比较——模拟的最大值也保持在允许水平的大约 1% 以下。与此同时，该方法揭示了曝露在时空上变化的细微结构，表明即将到来的 6G 无小区系统能够平滑大尺度变化，但仍会在用户周围产生微小热点。作者认为，这种环境、网络与人体的端到端数字孪生可以帮助监管者、工程师和公众更好地理解现实曝露情况、规划更安全的网络，并在必要时完善安全指南。

引用: 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

关键词: 5G 与 6G 曝露, 毫米波 安全性, 无小区大规模 MIMO, 电磁热点, 无线网络 剂量测定