“一芯通吃”全频段芯片问世
6G时代，无论在城市楼群还是偏远山区，都需要数据的高速传输和快速接入，但基于纯电子技术的传统无线设备带宽受限、频段单一，难以动态调度频谱资源。北京大学王兴军教授、舒浩文研究员和香港城市大学王骋教授联合团队27日晚于《自然》在线发表科研成果——他们研制出首款基于光电融合集成技术的自适应全频段高速无线通信芯片，为6G通信技术实用化奠定了颠覆性的硬件基础。一片仅有指甲盖大小的芯片，竟能游刃有余地调度从微波、Sub 6GHz到毫米波甚至太赫兹的全频段资源，以超过120Gbps的极速传输数据，彻底打破了传统电子器件“一个频段一套设备”的僵局。
“当前我们正步入一个万物互联的时代，未来6G网络不仅要支撑虚拟现实、智慧工厂等对带宽和时延极其敏感的应用，还要在偏远山区、深海空天等复杂环境中实现广域覆盖。”王兴军介绍，不同频段各有优劣：高频段数据资源丰富、速率极高，却难以远距传输；低频段穿透性强、覆盖广，却容量有限。基于纯电子技术的传统无线设备受限于材料和结构，往往只能“守”在一个频段工作，导致系统复杂、设备冗赘、难以动态调度频谱资源。真正实现“全频段自适应利用”，始终是横亘于产业界与学术界面前的核心难题。
研究团队巧妙地选择了光电融合这条路。他们利用先进的薄膜铌酸锂光子材料，提出“超宽带光电融合无线收发引擎”这一全新架构。该芯片最关键的突破在于实现了频率可广泛、快速、精准重构的片上集成光电振荡器。“该系统借助高精度光学微环‘锁定’频率，能在0.5GHz至115GHz近乎八个倍频程的超宽范围内，快速、精准、低噪声地生成任意频点的通信信号，是迄今为止任何其他平台或技术方案无法企及的里程碑式突破。它从原理上规避了高频段噪声累积的业界经典难题，使得在115GHz这样的极高频率下，信号质量仍然稳定如初。这意味着，只需单一芯片，即可替代以往多套不同频段无线设备的功能，真正实现‘一芯多用’、动态调频，在尺寸、功耗与性能之间取得前所未有的平衡。”舒浩文说。
在实际测试中，该系统表现出了惊人的性能一致性：全频段内通信质量平滑稳定，高端频段未有衰减，大于120Gbps的传输速率已完全达到6G通信的峰值指标要求。“这也代表着，太赫兹通信走向实用再添关键砝码。不仅如此，该芯片还展现出强大的‘环境智能’：当某一频段受到干扰或阻塞，系统可实时、自动跳频至清晰频段，像一位经验丰富的‘老司机’在拥堵频谱中灵活变道，始终保持通信畅通无阻。”王骋表示。
“这项技术的意义远超高速传输本身。这种全频段重构的解决方案将催生更灵活、智能的AI无线网络，有望重塑未来无线通信格局。”王兴军透露，它第一次为真正意义上的“AI原生网络”奠定了硬件基础——可通过内置算法动态调整通信参数，应对复杂电磁环境；也是通信—感知一体化系统的理想载体，使得未来基站和车载设备在传输数据的同时，能精准感知周围环境，真正实现“通信即感知”。而从产业角度看，这项突破将强力拉动宽频带天线、光电集成模块等关键部件升级，带来从材料、器件到整机、网络的全链条变革。
下一步，研究团队将推进激光器、光电探测器和天线的一体化单片集成，目标是做出像U盘一样“即插即用”的智能通信模组，可嵌入从手机、移动基站到无人机、物联网设备的任何终端中。“我们期待，这项研究能成为下一代无线通信技术革命的技术引擎，带动整个产业生态的协同创新与跨越式发展。”王兴军说。（记者晋浩天）