5G基站極高的功耗一直被業(yè)內(nèi)詬病。其主導(dǎo)原因是，基站只能部署在室外，但96%的流量需求卻源于室內(nèi)用戶。

信號(hào)穿墻而過(guò)，強(qiáng)度下降了90%~99.9%。

如何服務(wù)好主導(dǎo)流量需求的室內(nèi)用戶，是6G必須要考慮的問(wèn)題。

回望初代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展到今天的5G，通信行業(yè)都在聚焦克服建筑與室內(nèi)環(huán)境的束縛，從優(yōu)化編碼技術(shù)到協(xié)調(diào)功率頻譜資源，飛速膨脹的基帶指標(biāo)帶來(lái)的真實(shí)效能收益卻越來(lái)越少。由近場(chǎng)通信技術(shù)驅(qū)動(dòng)的更高頻段和超大規(guī)模天線陣列，以及以語(yǔ)義通信和智能超表面等技術(shù)為代表的內(nèi)生智能新范式，將要應(yīng)對(duì)千行百業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的差異性需求。

擺在通信行業(yè)面前的，是復(fù)雜技術(shù)與碎片化需求之間的鴻溝。

建筑設(shè)計(jì)的「蝴蝶效應(yīng)」

建筑設(shè)計(jì)的微小變動(dòng)可以為信號(hào)孤島帶來(lái)巨變。

智能超表面被認(rèn)為是支撐6G移動(dòng)通信的關(guān)鍵創(chuàng)新，標(biāo)志著主動(dòng)干預(yù)電磁波傳播以?xún)?yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)的里程碑；在智能超表面被發(fā)明之前，業(yè)界只能被動(dòng)地適應(yīng)建筑內(nèi)的無(wú)線傳播障礙。

室外超表面一般覆蓋在建筑外表面，從基站射向超表面的波束被重塑并聚焦反射至視距之外的建筑物陰影區(qū)域，從而擴(kuò)大覆蓋范圍。然而，近96%的移動(dòng)流量發(fā)生在室內(nèi)，這是最智能的室外超表面也無(wú)法觸及的領(lǐng)域。

室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能的極限是被建筑材料和結(jié)構(gòu)束縛的，建筑設(shè)計(jì)卻從來(lái)不是無(wú)線性能的朋友。東北大學(xué)張繼良團(tuán)隊(duì)前期研究表明([1])，墻體建材的相對(duì)介電常數(shù)與厚度的細(xì)微偏差就會(huì)導(dǎo)致通信質(zhì)量14.4%以上的損失。

如不改變被動(dòng)適應(yīng)建筑無(wú)線環(huán)境的慣性思維，下一代移動(dòng)通信技術(shù)能夠?yàn)橛脩魩?lái)的收益將非常有限。

如圖1所示，如果設(shè)計(jì)師能夠在安全標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能要求的基礎(chǔ)上微調(diào)墻體材質(zhì)和厚度，就能將發(fā)射功率降低10倍，卻依然保持25dB信噪比下的網(wǎng)速([2])。

建材的相對(duì)介電常數(shù)與厚度共同定義了「建筑無(wú)線友好性（Building Wireless Friendliness）」指標(biāo)([1])。

建筑物無(wú)線性能是建筑物本身固有屬性，建筑設(shè)計(jì)師撒在圖紙上的每一筆都在勾勒占總流量96%的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)圖景。

5G到6G的屏障，不只在信息行業(yè)，也在建筑行業(yè)。

圖1：建筑無(wú)線環(huán)境友好性

建筑無(wú)線友好性

破除建筑與通信行業(yè)壁壘的理論基礎(chǔ)「建筑無(wú)線友好性」（Building Wireless Friendliness），在2022年被正式提出并付諸實(shí)踐。

裝配式建筑技術(shù)和建筑材料增材制造技術(shù)的涌現(xiàn)，為無(wú)線性能沖破建筑束縛提供靈活低成本的加工手段。裝配式建筑可縮短80%施工周期，而混凝土3D打印已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)加工。

為此，張繼良團(tuán)隊(duì)正通過(guò)整合復(fù)合材料建筑結(jié)構(gòu)和超材料嵌入建筑結(jié)構(gòu)，發(fā)掘通過(guò)調(diào)控復(fù)合建筑材料電磁特性提升裝配式工業(yè)建筑無(wú)線友好性的潛力。

張繼良團(tuán)隊(duì)提出的研究方向已經(jīng)開(kāi)始引起業(yè)界的關(guān)注。2025年3月，英國(guó)國(guó)民醫(yī)療服務(wù)體系發(fā)布的《健康和護(hù)理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)指南》明確提出「應(yīng)該預(yù)先規(guī)劃無(wú)線連接，再開(kāi)展建筑施工過(guò)程」。

圖2：超表面嵌入各類(lèi)建筑結(jié)構(gòu)與材料

智能墻體

通向無(wú)線友好型建筑

通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)和材料得到的無(wú)線友好型建筑是靜態(tài)的，這還不足以完全應(yīng)對(duì)室內(nèi)用戶的移動(dòng)性難題。

張繼良教授團(tuán)隊(duì)最新的研究([4])提出將低成本的無(wú)源超表面超表面瓦片嵌入建筑結(jié)構(gòu)中（如圖2的形式），使超表面無(wú)處不在，形成智能墻體，進(jìn)而從根本上提升建筑內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線性能。

然而，用戶的普遍移動(dòng)性卻給超表面嵌入建筑的信道引入了復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化。若要無(wú)線友好型建筑的電磁環(huán)境動(dòng)起來(lái)，將反射波束聚焦移動(dòng)的用戶，深刻理解室內(nèi)人類(lèi)行為模式至關(guān)重要。

研究首次嘗試給出室內(nèi)人類(lèi)行為約束下的超表面嵌入建筑的無(wú)線性能潛力。

該研究已被通信領(lǐng)域頂級(jí)期刊IEEE Wireless Communications接收，文章第一作者為東北大學(xué)吳子揚(yáng)，通信作者為東北大學(xué)張繼良教授，聯(lián)合美國(guó)田納西理工大學(xué)Muhammad Ismail教授以及Ranplan Wireless聯(lián)合創(chuàng)始人張杰教授共同完成。

預(yù)印本鏈接：https://arxiv.org/abs/2507.14876

論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11202168

首先要理解人類(lèi)移動(dòng)行為給建筑無(wú)線環(huán)境帶來(lái)什么問(wèn)題。

用戶設(shè)備的移動(dòng)性是跨尺度的。

在宏觀上受到回溯趨勢(shì)（Return tendency）與有界Lévy游走共同約束，用戶總是趨向于在特定時(shí)間去特定地點(diǎn)，在選擇目的地時(shí)，行程距離明顯存在冪律分布特征。

這一特征是無(wú)標(biāo)度的，也就是說(shuō)，在任何尺度上都成立。該項(xiàng)研究通過(guò)大量的實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)證實(shí)了在室內(nèi)環(huán)境中用戶的宏觀移動(dòng)性依然受到上述規(guī)律約束。

在更小的尺度上，用戶會(huì)選擇特定的方式到達(dá)目的地，包括躲避障礙物與其它用戶的行為模式，這進(jìn)一步導(dǎo)致了視線鏈路的頻繁遮擋。

在微觀尺度上，用戶所持設(shè)備長(zhǎng)期處于微小的震動(dòng)當(dāng)中，多項(xiàng)研究都表明行走、站立、坐等不同行為狀態(tài)下的設(shè)備指向性統(tǒng)計(jì)特征有明顯的差別。

上述尺度因素共同主導(dǎo)了超表面嵌入建筑信道的潮汐演化特征。

圖3：超表面嵌入建筑的信道時(shí)空演化。（a）和（b）分別是智能墻體表面信道統(tǒng)計(jì)的時(shí)空分布快照。中每個(gè)快照中的分布均已歸一化處理，最亮區(qū)域?qū)?yīng)最高信道增益或鏈路生存率。智能墻體信道狀態(tài)的部分自相關(guān)函數(shù)顯示出馬爾可夫階數(shù)的增加。（c）展示了時(shí)變智能墻體信道增益與超表面鏈路存活率的概率密度函數(shù)。

群體移動(dòng)行為帶來(lái)的挑戰(zhàn)

由于6G高頻段（如毫米波、可見(jiàn)光）對(duì)遮擋和位移高度敏感，用戶移動(dòng)性成為信道模態(tài)演化的核心驅(qū)動(dòng)力，導(dǎo)致不存在普適的超表面嵌入建筑信道模型。

人類(lèi)行為的不確定性迫使依賴(lài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的反射波束追蹤，但信道演化呈現(xiàn)潮汐特征，具備可預(yù)測(cè)性。

利用該特征，可動(dòng)態(tài)激活僅10%超表面面積，通過(guò)低復(fù)雜度深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)區(qū)域蠕變式激活，顯著降低控制與供電負(fù)擔(dān)。

然而，人類(lèi)行為破壞信道馬爾可夫特性，抬高了信道狀態(tài)空間維度。張繼良團(tuán)隊(duì)提出輕量級(jí)類(lèi)MuZero方法，在時(shí)間嵌入潛在空間訓(xùn)練，生成抗環(huán)境不確定性的控制策略。

圖4：智能墻體的信道概念漂移。上圖指出了三類(lèi)信道概念漂移的來(lái)源。下圖展示了不同移動(dòng)階段下智能墻體信道增益的概率密度函數(shù)的演化過(guò)程。

不同波長(zhǎng)下的本征泛化能力存在顯著差異。例如，與可見(jiàn)光通信相比，毫米波具有更好的衍射能力，導(dǎo)致其信道特性具有更強(qiáng)的隨機(jī)性。

這種隨機(jī)性不僅模糊了陰影區(qū)域的邊界，也掩蓋了人類(lèi)行為模式演化的細(xì)節(jié)。

因此，為毫米波信道訓(xùn)練的算法自然表現(xiàn)出更好的泛化性。相比之下，可見(jiàn)光信道清晰地描繪了人類(lèi)行為在建筑環(huán)境中的投影，不可避免地導(dǎo)致多模態(tài)信道特征演變和更嚴(yán)重的泛化挑戰(zhàn)。

回到建筑本來(lái)的使命上。

建筑無(wú)線環(huán)境的「具身智能」不能以妥協(xié)安全性和基礎(chǔ)功能性為代價(jià)，這些都是可以被量化的，很容易被作來(lái)約束無(wú)線友好型建筑。但是人類(lèi)行為、建筑審美等概念是難以被量化卻無(wú)法回避的。

研究團(tuán)隊(duì)初步探索的一系列強(qiáng)化學(xué)習(xí)和生成式方法天然地在處理不可量化概念上具備優(yōu)勢(shì)，相信行為學(xué)、美學(xué)等現(xiàn)實(shí)約束下建筑設(shè)計(jì)「端到端」一鍵生成已經(jīng)見(jiàn)到了曙光。