日前，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）在線發(fā)表了一項(xiàng)來(lái)自中國(guó)的重大科研成果：北京大學(xué)王興軍教授、舒浩文研究員與香港城市大學(xué)王騁教授領(lǐng)銜的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，成功研制出全球首款基于光電融合集成技術(shù)的自適應(yīng)、全頻段、高速無(wú)線通信芯片。

這一突破性進(jìn)展標(biāo)志著我國(guó)在6G無(wú)線通信核心技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從“并跑”向“領(lǐng)跑”的跨越式發(fā)展，為未來(lái)智能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)奠定了顛覆性的硬件基礎(chǔ)。

打破“一個(gè)頻段一套設(shè)備”困局

當(dāng)前，第五代（5G）及之前的無(wú)線通信技術(shù)受限于傳統(tǒng)電子學(xué)硬件架構(gòu)，通常只能在特定頻段工作。不同頻段的設(shè)備依賴不同的設(shè)計(jì)規(guī)則、材料體系和結(jié)構(gòu)方案，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜、成本高昂，且難以實(shí)現(xiàn)跨頻段的動(dòng)態(tài)調(diào)度。

6G通信預(yù)計(jì)2030年商用，太赫茲頻段（0.1-10 THz）因其海量頻譜資源被視為核心頻段，但高頻段信號(hào)衰減快、器件設(shè)計(jì)難。隨著6G時(shí)代對(duì)超高速率、超低時(shí)延、廣域覆蓋和智能化通信的迫切需求，如何實(shí)現(xiàn)從微波、Sub-6GHz、毫米波到亞太赫茲波段的全頻譜資源高效利用，成為全球通信領(lǐng)域的核心難題。

針對(duì)這一瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出“超寬帶光電融合無(wú)線收發(fā)引擎”架構(gòu)，利用先進(jìn)的薄膜鈮酸鋰（Thin-Film Lithium Niobate, TFLN）光子材料平臺(tái)，將無(wú)線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵功能——包括寬帶無(wú)線-光信號(hào)轉(zhuǎn)換、低噪聲載波/本振信號(hào)生成、數(shù)字基帶調(diào)制與解調(diào)等——高度集成于單一芯片之上。

超寬帶光電融合集成技術(shù)賦能全頻段泛在接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)示意圖

此次突破使單芯片覆蓋全頻段（含太赫茲）成為可能，可簡(jiǎn)化6G基站與終端設(shè)計(jì)，降低組網(wǎng)成本。《自然》期刊審稿人評(píng)價(jià)：“該工作通過(guò)光電協(xié)同設(shè)計(jì)，突破了電子學(xué)頻段隔離與光子學(xué)帶寬受限的雙重矛盾，為6G空天地一體化網(wǎng)絡(luò)提供了關(guān)鍵硬件支撐。”

芯片僅指甲蓋大小，性能實(shí)現(xiàn)里程碑式跨越

該芯片功能區(qū)域尺寸僅為11毫米 × 1.7毫米，大小與拇指指甲相當(dāng)，卻實(shí)現(xiàn)了從0.5 GHz至115 GHz的超寬頻率覆蓋，跨越近八個(gè)倍頻程，兼容微波、毫米波乃至亞太赫茲頻段。這一性能打破了傳統(tǒng)電子器件“一個(gè)頻段一套設(shè)備”的僵局，真正實(shí)現(xiàn)了“一芯多用”。

研究團(tuán)隊(duì)制備的超寬帶光電融合芯片（圖自：北京大學(xué)）

其核心技術(shù)突破在于構(gòu)建了片上集成光電振蕩器（OEO），通過(guò)高精度光學(xué)微環(huán)諧振器“鎖定”頻率，可在全頻段內(nèi)實(shí)時(shí)、靈活、低噪聲地生成任意頻點(diǎn)的通信信號(hào)。相比傳統(tǒng)電子倍頻方案在高頻段因噪聲累積導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量急劇劣化的難題，該技術(shù)從原理上規(guī)避了這一限制，確保了在115 GHz極高頻率下信號(hào)依然穩(wěn)定清晰。

全頻段無(wú)線通信星座圖及誤碼率結(jié)果

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，基于該芯片的無(wú)線通信系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)大于120 Gbps的超高速無(wú)線傳輸速率，完全滿足6G通信的峰值速率指標(biāo)。尤為關(guān)鍵的是，端到端通信鏈路在全頻段內(nèi)性能高度一致，高頻段未出現(xiàn)性能劣化，為太赫茲通信的實(shí)用化掃清了關(guān)鍵障礙。

智能通信：動(dòng)態(tài)調(diào)頻、環(huán)境感知、AI原生網(wǎng)絡(luò)

該芯片不僅具備超寬帶和高速傳輸能力，更擁有卓越的“環(huán)境智能”。系統(tǒng)支持工作頻率的實(shí)時(shí)重構(gòu)，當(dāng)某一頻段受到干擾或阻塞時(shí)，可在180微秒內(nèi)完成頻率切換，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至清晰頻段建立新通信通道，顯著提升通信可靠性和頻譜利用效率。

王興軍教授形象地比喻：“這項(xiàng)技術(shù)就像一條超寬的高速公路，車輛（電子信號(hào)）可以在多個(gè)車道（頻段）上靈活行駛。如果一條車道擁堵，車輛能迅速變道，確保暢通無(wú)阻。”

系統(tǒng)協(xié)調(diào)無(wú)線頻譜管理

研究團(tuán)隊(duì)指出，這一成果將為“AI原生網(wǎng)絡(luò)”奠定硬件基礎(chǔ)。未來(lái)，通過(guò)植入AI算法，系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境的自主感知與優(yōu)化。同時(shí)，該架構(gòu)也是通信-感知一體化的理想載體，未來(lái)基站或車載設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，還能精準(zhǔn)感知周圍環(huán)境，真正實(shí)現(xiàn)“通信即感知”。

推動(dòng)全鏈條產(chǎn)業(yè)變革，邁向“即插即用”智能模組

從產(chǎn)業(yè)角度看，這項(xiàng)突破將強(qiáng)力拉動(dòng)寬頻帶可重構(gòu)天線、光電集成模塊、激光器、探測(cè)器等上下游關(guān)鍵部件的技術(shù)升級(jí)，有望帶動(dòng)從材料、器件到整機(jī)、網(wǎng)絡(luò)的全鏈條變革。

下一步，研究團(tuán)隊(duì)將致力于推進(jìn)激光器、光電探測(cè)器和天線的單片集成，目標(biāo)是開發(fā)出像U盤一樣“即插即用”的智能通信模組，可廣泛嵌入手機(jī)、移動(dòng)基站、無(wú)人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等各類終端，為智慧城市、遠(yuǎn)程醫(yī)療、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）、自動(dòng)駕駛等未來(lái)應(yīng)用場(chǎng)景提供強(qiáng)大支撐。

北京大學(xué)電子學(xué)院2020級(jí)博士生陶子涵（現(xiàn)為北京大學(xué)博雅博士后）、北京大學(xué)集成電路學(xué)院2022級(jí)博士生王皓玉、香港城市大學(xué)電氣工程學(xué)院研究助理教授馮寒珂、北京大學(xué)電子學(xué)院2023級(jí)博士生郭藝君以及北京大學(xué)電子學(xué)院2019級(jí)博士生沈碧濤（現(xiàn)為北京大學(xué)博新、博雅博士后）為該論文共同第一作者；王興軍、王騁以、舒浩文為共同通訊作者；北京大學(xué)長(zhǎng)三角光電科學(xué)研究院助理研究員孫丹、香港城市大學(xué)博士后陶源盛、北京大學(xué)集成電路學(xué)院何燕冬研究員等為該文作出了重要貢獻(xiàn)。研究工作得到科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、香港研究資助局等項(xiàng)目支持。

王興軍團(tuán)隊(duì)（圖自：北京大學(xué)新聞網(wǎng)）

此次成果的發(fā)布，不僅彰顯了中國(guó)在光電融合與6G前沿技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力，更預(yù)示著未來(lái)無(wú)線通信格局將迎來(lái)深刻重塑。隨著6G商用化進(jìn)程的推進(jìn)，這一“全頻段、自適應(yīng)、智能化”的芯片技術(shù)，有望成為下一代通信革命的核心引擎。

論文原文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41586-025-09451-8