北京大學(xué)王興軍教授、舒浩文研究員和香港城市大學(xué)王騁教授聯(lián)合團隊于8月27日晚在《自然》雜志在線發(fā)表了一項重要科研成果。他們研發(fā)出首款基于光電融合集成技術(shù)的自適應(yīng)全頻段高速無線通信芯片,為6G通信技術(shù)實用化奠定了硬件基礎(chǔ)。這款芯片僅指甲蓋大小,卻能調(diào)度從微波、Sub 6GHz到毫米波甚至太赫茲的全頻段資源,數(shù)據(jù)傳輸速率超過120Gbps,徹底打破了傳統(tǒng)電子器件“一個頻段一套設(shè)備”的限制。
當前,我們正步入一個萬物互聯(lián)的時代,6G網(wǎng)絡(luò)不僅需要支撐虛擬現(xiàn)實、智慧工廠等對帶寬和時延極其敏感的應(yīng)用,還要在偏遠山區(qū)、深??仗斓葟?fù)雜環(huán)境中實現(xiàn)廣域覆蓋。不同頻段各有優(yōu)劣:高頻段數(shù)據(jù)資源豐富、速率極高,但難以遠距傳輸;低頻段穿透性強、覆蓋廣,但容量有限。基于純電子技術(shù)的傳統(tǒng)無線設(shè)備受限于材料和結(jié)構(gòu),往往只能在一個頻段工作,導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備冗贅、難以動態(tài)調(diào)度頻譜資源。真正實現(xiàn)“全頻段自適應(yīng)利用”始終是產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界面臨的核心難題。
研究團隊選擇了光電融合的技術(shù)路線,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(gòu)。該芯片最關(guān)鍵的突破在于實現(xiàn)了頻率可廣泛、快速、精準重構(gòu)的片上集成光電振蕩器。該系統(tǒng)借助高精度光學(xué)微環(huán)鎖定頻率,能在0.5GHz至115GHz近乎八個倍頻程的超寬范圍內(nèi),快速、精準、低噪聲地生成任意頻點的通信信號。這標志著在極高頻率下,信號質(zhì)量仍然穩(wěn)定如初。這意味著,只需單一芯片即可替代以往多套不同頻段無線設(shè)備的功能,真正實現(xiàn)“一芯多用”、動態(tài)調(diào)頻,在尺寸、功耗與性能之間取得前所未有的平衡。
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(nèi)通信質(zhì)量平滑穩(wěn)定,高端頻段未有衰減,大于120Gbps的傳輸速率已完全達到6G通信的峰值指標要求。此外,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時,系統(tǒng)可實時、自動跳頻至清晰頻段,始終保持通信暢通無阻。