在下一代無線通信（6G）時代，不管是在密集城市樓群，還是偏遠山區(qū)，都需要數(shù)據(jù)能夠高速傳輸和快速接入。然而，傳統(tǒng)基于純電技術的無線設備存在帶寬受限、頻段單一的問題，很難動態(tài)調度頻譜資源。

27日晚，北京大學王興軍教授—舒浩文研究員和香港城市大學王騁教授聯(lián)合團隊在《自然》在線發(fā)表科研成果。他們在國際上研制出首款基于光電融合集成技術的自適應全頻段高速無線通信芯片，為6G通信技術實用化奠定了顛覆性的硬件基礎。

一片只有指甲蓋大小的芯片，卻能輕松調度從微波、Sub 6 GHz到毫米波甚至太赫茲的全頻段資源，以超過120 Gbps的極速傳輸數(shù)據(jù)，徹底打破了傳統(tǒng)電子器件“一個頻段一套設備”的局面。

王興軍介紹：“當前我們正進入萬物互聯(lián)的時代，未來6G網(wǎng)絡不僅要支持虛擬現(xiàn)實、智慧工廠等對帶寬和時延要求極高的應用，還要在密集偏遠山區(qū)、深?？仗斓葟碗s環(huán)境中實現(xiàn)廣泛覆蓋。”不同頻段各有優(yōu)缺點，高頻段數(shù)據(jù)資源豐富、速率快，但難以遠距離傳輸；低頻段穿透性強、覆蓋范圍廣，但容量有限。傳統(tǒng)基于純電子技術的無線設備受材料和結構限制，通常只能在一個頻段工作，導致系統(tǒng)復雜、設備繁多，難以動態(tài)調度頻譜資源。真正實現(xiàn)“全頻段自適應利用”，一直是產(chǎn)業(yè)界和學術界面臨的核心難題。

研究團隊選擇了光電融合的方向。他們利用先進的薄膜鈮酸鋰光子材料，提出“超寬帶光電融合無線收發(fā)引擎”這一全新架構。該芯片最關鍵的突破是實現(xiàn)了頻率可廣泛、快速、精準重構的片上集成光電振蕩器（OEO）。

舒浩文表示：“該系統(tǒng)借助高精度光學微環(huán)‘鎖定’頻率，能在0.5 GHz至115 GHz近乎八個倍頻程的超寬范圍內，快速、精準、低噪聲地生成任意頻點的通信信號，這是其他平臺或技術方案無法達到的里程碑式突破。它從原理上避免了高頻段噪聲累積的業(yè)界難題，使得在115 GHz這樣的極高頻率下，信號質量依然穩(wěn)定。這意味著，只需單一芯片，就能替代以往多套不同頻段無線設備的功能，真正實現(xiàn)‘一芯多用’、動態(tài)調頻，在尺寸、功耗與性能之間取得前所未有的平衡?！?/p>

王騁稱，在實際測試中，該系統(tǒng)表現(xiàn)出驚人的性能一致性：全頻段內通信質量平滑穩(wěn)定，高端頻段沒有衰減，大于120 Gbps的傳輸速率完全達到6G通信的峰值指標要求?！斑@也意味著太赫茲通信走向實用又增添了關鍵砝碼。不僅如此，該芯片還展現(xiàn)出強大的‘環(huán)境智能’：當某一頻段受到干擾或阻塞，系統(tǒng)可實時、自動跳頻至清晰頻段，就像一位經(jīng)驗豐富的‘老司機’在擁堵頻譜中靈活變道，始終保持通信暢通?！?/p>

王興軍透露：“這項技術的意義遠超高速傳輸本身。這種全頻段重構的解決方案將催生更靈活、智能的AI無線網(wǎng)絡，有望重塑未來無線通信格局?！彼谝淮螢檎嬲饬x上的“AI原生網(wǎng)絡”奠定了硬件基礎，可通過內置算法動態(tài)調整通信參數(shù)，應對復雜電磁環(huán)境；也是通信—感知一體化系統(tǒng)的理想載體，能讓未來基站和車載設備在傳輸數(shù)據(jù)的同時，精準感知周圍環(huán)境，真正實現(xiàn)“通信即感知”。從產(chǎn)業(yè)角度看，這項突破將強力推動寬頻帶天線、光電集成模塊等關鍵部件升級，帶來從材料、器件到整機、網(wǎng)絡的全鏈條變革。

下一步，團隊將推進激光器、光電探測器和天線的一體化單片集成，目標是做出像U盤一樣“即插即用”的智能通信模組，可嵌入手機、移動基站、無人機、物聯(lián)網(wǎng)設備等任何終端中。王興軍說：“我們期待，這項研究能成為下一代無線通信技術革命的技術引擎，帶動整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)的協(xié)同創(chuàng)新與跨越式發(fā)展?！?/p>

（光明日報全媒體記者晉浩天）

原標題：《重磅！我科學家研發(fā)出這一芯片，全球首款！》

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