【產通社，9月1日訊】北京大學（Peking University）官網(wǎng)消息，電子學院王興軍教授、舒浩文研究員和香港城市大學電氣工程學院王騁教授聯(lián)合團隊在下一代無線通信（6G）和光電融合領域取得重大突破，首次實現(xiàn)基于光電融合集成芯片的自適應全頻段高速無線通信。2025年8月27日，相關研究成果以《全頻段無線通信的超寬帶集成光電融合芯片》（“Ultrabroadband on-chip photonics for full-spectrum wireless communications”）為題，在線發(fā)表于國際頂級學術雜志《自然》（Nature）上。

為滿足日益增長的泛在接入需求，未來下一代無線通信網(wǎng)絡將動態(tài)實時利用全頻譜資源來支持多樣化應用場景。例如，高頻毫米波和太赫茲波段將提供更高的數(shù)據(jù)速率和更低的時延，從而支持擴展現(xiàn)實（XR）、遠程手術等新興數(shù)據(jù)密集型業(yè)務；而低傳播損耗的Sub-6GHz、微波等波段則繼續(xù)為城市或偏遠區(qū)域提供廣域覆蓋。此外，系統(tǒng)還需具備實時頻譜重構能力，以確保在復雜頻譜環(huán)境中的高效利用和穩(wěn)定連接。為實現(xiàn)這種自適應全頻段靈活無線通信的愿景，亟須一種通用型硬件解決方案，以兼容全頻段無線信號，并滿足小型化/輕量化集成和低功耗運行的需求。然而，傳統(tǒng)電子學硬件僅可工作在單個頻段，不同頻段的器件依賴不同的設計規(guī)則、結構方案和材料體系，難以實現(xiàn)跨頻段乃至全頻段范圍的工作。

為此，研究團隊提出了“通用型光電融合無線收發(fā)引擎”的概念，基于先進的薄膜鈮酸鋰光子材料平臺成功研制出超寬帶光電融合集成芯片，實現(xiàn)了超過110GHz覆蓋范圍的自適應可重構高速無線通信。該芯片在11×1.7mm的微小功能區(qū)域內，集成了寬帶無線-光信號轉換、可調諧低噪聲載波/本振源產生以及數(shù)字基帶調制等完整無線信號處理功能，實現(xiàn)了系統(tǒng)級的高度集成。團隊基于該核心芯片提出了高性能光學微環(huán)諧振器的集成光電振蕩器（OEO）架構。該架構通過高精度微環(huán)的頻率精確選擇并鎖定振蕩模式，從而產生在超寬帶范圍內任意頻點的低噪聲載波與本振信號。

相比傳統(tǒng)基于倍頻器的電子學方案，該片上OEO系統(tǒng)首次實現(xiàn)了0.5GHz至115GHz中心頻率的實時、靈活、快速重構能力。其跨越近8個倍頻程的低噪聲信號調諧性能，是迄今為止任何其他平臺或技術方案均無法企及的里程碑式突破。這一方案同時從原理上規(guī)避了傳統(tǒng)倍頻鏈因噪聲累積而導致高頻段相位噪聲急劇惡化的問題，從而徹底克服了以往系統(tǒng)在帶寬、噪聲性能與可重構性之間難以兼顧的根本挑戰(zhàn)。

實驗驗證表明，該系統(tǒng)可實現(xiàn)>120Gbps的超高速無線傳輸速率，滿足6G通信的峰值速率要求。尤為關鍵的是，得益于光電融合集成芯片的超寬帶特性，端到端無線通信鏈路在全頻段內展現(xiàn)出卓越的性能一致性，且高頻段性能未見劣化。這一突破性成果為6G通信高效開發(fā)太赫茲及乃至更高頻段的頻譜資源掃清了關鍵障礙。進一步，得益于光電融合集成電路的可調諧特性，該系統(tǒng)支持工作頻率的實時重構。即使在信道受噪聲干擾或多徑效應等被動影響而劣化時，仍能通過動態(tài)切換至安全頻段確保通信可靠性。

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：一方面，基于“AI原生”的理念，可通過植入AI算法實現(xiàn)硬件參數(shù)的動態(tài)自適應調整，以應對復雜多變的通信環(huán)境；另一方面，該架構還可應用于通信感知一體化場景，通過加載線性調頻信號，同步實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸與環(huán)境精準感知。該方案還將產生顯著的產業(yè)鏈帶動效應，特別是為寬頻帶可重構天線等關鍵器件的創(chuàng)新發(fā)展注入新動力。

下一步，研究團隊將著力提升系統(tǒng)集成度，以實現(xiàn)激光器、光電探測器和天線的單片集成，最終實現(xiàn)可適配任何系統(tǒng)的“即插即用”型智能無線通信模組。團隊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，帶動整個產業(yè)生態(tài)的協(xié)同創(chuàng)新與跨越式發(fā)展，實現(xiàn)我國在該領域從跟跑、并跑到領跑的跨越式發(fā)展。查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://news.pku.edu.cn/jxky/ffacb27f075c4d4d8f19bfd61af0ed19.htm。（Robin Zhang，產通數(shù)造）    （完）