想象一下，當(dāng)一個(gè)體育場(chǎng)內(nèi)同時(shí)聚集 5 萬(wàn)人，假設(shè)其中 70% 的人正在使用手機(jī)，那就是幾萬(wàn)臺(tái)設(shè)備同時(shí)連接到一個(gè)相對(duì)有限的網(wǎng)絡(luò)資源上。在這樣的場(chǎng)合，不僅人員密集，而且大家的行為高度同步，比如很多人會(huì)在同一時(shí)間發(fā)朋友圈，這些行為會(huì)占用大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，讓“擁堵”雪上加霜。6G 技術(shù)則有希望解決這一問(wèn)題，而在近日幾位中國(guó)科學(xué)家更是用一款芯片為 6G 技術(shù)掃清了關(guān)鍵發(fā)展障礙之一。

日前，北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港城市大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出“通用型光電融合無(wú)線收發(fā)引擎”的新概念，研發(fā)出一款超寬帶光電融合集成芯片，這款芯片僅有指甲蓋大小，其能實(shí)現(xiàn)110GH 覆蓋范圍以上的自適應(yīng)可重構(gòu)高速無(wú)線通信，單通道實(shí)時(shí)速率達(dá)到 120Gbps，這意味著一秒以內(nèi)可以同時(shí)加載 1000 部 8K 超高清電影，讓網(wǎng)絡(luò)速率迎來(lái)了質(zhì)的飛躍，解決了帶寬、噪聲性能與可重構(gòu)性三者之間無(wú)法兼顧的難題，為面向 6G 通信開(kāi)發(fā)太赫茲清除了關(guān)鍵障礙，甚至有望助力開(kāi)發(fā)更高頻段的頻譜資源。北京大學(xué)官方新聞稿指出：“這一突破有望重塑無(wú)線通信格局，成為無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)生態(tài)的技術(shù)引擎，推動(dòng)我國(guó)在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的跨越式發(fā)展。”

（來(lái)源：Nature）

在上述“通用型光電融合無(wú)線收發(fā)引擎”概念的支持之下，以及基于薄膜鈮酸鋰光子材料平臺(tái)，研究人員研制出了這款芯片。該芯片具備系統(tǒng)級(jí)的高度集成能力，在11 mm × 1.7 mm 的較為微小的功能區(qū)域之內(nèi)，就能針對(duì)多個(gè)完整無(wú)線信號(hào)處理功能進(jìn)行集成，這些功能包括寬帶無(wú)線-光信號(hào)轉(zhuǎn)換、可調(diào)諧低噪聲載波、本振源產(chǎn)生以及數(shù)字基帶調(diào)制等。

進(jìn)一步地，研究人員基于這款芯片提出一種高性能光學(xué)微環(huán)諧振器的集成光電振蕩器（OEO，optoelectronic oscillator）架構(gòu)，在超寬帶范圍內(nèi)的任意頻點(diǎn)上，這款架構(gòu)可以通過(guò)高精度微環(huán)的頻率來(lái)精確地選擇振蕩模式，從而能夠產(chǎn)生低噪聲載波與本振信號(hào)。相比傳統(tǒng)方案，OEO 架構(gòu)首次實(shí)現(xiàn)了 0.5GHz-115GHz 中心頻率的快速、靈活、實(shí)時(shí)的重構(gòu)能力。OEO 架構(gòu)所擁有的跨越將近 8 個(gè)倍頻程的低噪聲信號(hào)調(diào)諧性能，是目前其他任何平臺(tái)或技術(shù)方案都無(wú)法達(dá)到的高度。OEO 架構(gòu)還能規(guī)避傳統(tǒng)倍頻鏈由于噪聲積累而導(dǎo)致的高頻段相位噪聲惡化的問(wèn)題，故能克服此前同類(lèi)系統(tǒng)在帶寬、噪聲性能與可重構(gòu)性之間難以兼顧的難題。如前所述，本次成果可以實(shí)現(xiàn)大于 120Gbps 的超高速無(wú)線傳輸速率，能夠滿足 6G 通信的峰值速率要求。依托光電融合集成芯片的超帶寬特性，讓端到端無(wú)線通信鏈路在全頻段內(nèi)具備性能一致性，而且高頻段性能也不會(huì)出現(xiàn)劣化。

憑借光電融合集成的可調(diào)諧特性，本次成果還能支持工作頻率的實(shí)時(shí)重構(gòu)。當(dāng)系統(tǒng)由于一些被動(dòng)影響導(dǎo)致劣化時(shí)，比如遇到信道受到噪聲干擾或遇到多徑效應(yīng)時(shí)，系統(tǒng)依然能夠動(dòng)態(tài)地切換到安全頻段，從而能夠確保通信的可靠性。以本文開(kāi)頭提到的幾萬(wàn)人聚集的體育場(chǎng)為例，目前體育場(chǎng)中的傳統(tǒng)無(wú)線設(shè)備一般使用相同且固定的頻率，這會(huì)帶來(lái)用戶手機(jī)之間的相互干擾，進(jìn)而讓上網(wǎng)體驗(yàn)變得極差。而本次成果好比搭建了一條“寬闊的高速公路”，其能讓周?chē)竞褪謾C(jī)在不同頻段之間進(jìn)行切換從而進(jìn)行通信。這樣一來(lái)，每一部手機(jī)都能找到自己的“專(zhuān)屬通道”，從而能夠選擇通暢的頻段進(jìn)行通信。

（來(lái)源：Nature）

2025 年政府工作報(bào)告首次明確提出“培育 6G 等未來(lái)產(chǎn)業(yè)”，這標(biāo)志著6G 正式成為國(guó)家戰(zhàn)略布局的重要組成部分。很多人可能會(huì)覺(jué)得 5G 速度已經(jīng)很快了，為什么要急于發(fā)展 6G？事實(shí)上，本文開(kāi)頭的“體育館萬(wàn)人上網(wǎng)之痛”正是 5G 不足的體現(xiàn)之一。6G 之于 5G，不僅僅是命名中數(shù)字的的升級(jí)，6G 也意味著沙漠、海洋甚至是天宮空間站也將擁有極速 Wi-Fi，更意味著前者將能實(shí)現(xiàn)通信頻段的大規(guī)模擴(kuò)展，并能全面激活毫米波、太赫茲等高頻頻譜資源，從而能夠帶來(lái)高速的數(shù)據(jù)傳輸能力，以及接近零延遲的通信體驗(yàn)，進(jìn)而能夠用于自動(dòng)駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)和遠(yuǎn)程精準(zhǔn)手術(shù)等領(lǐng)域。

誠(chéng)然，5G 帶來(lái)的傳輸速度已經(jīng)十分之快，但是它的通信方式依舊好比是“在多條固定不變的車(chē)道上行駛”，那么自然就無(wú)法根據(jù)“實(shí)時(shí)路況”來(lái)“靈活變道”。而要想讓傳統(tǒng)電子芯片兼容全部頻段，只能在不同頻段配備對(duì)應(yīng)的專(zhuān)用芯片。這既會(huì)增加設(shè)備復(fù)雜度和部署成本，同時(shí)在高頻頻段下也會(huì)面臨信號(hào)噪聲大和衰減嚴(yán)重等問(wèn)題，進(jìn)而嚴(yán)重影響傳輸質(zhì)量。本次論文的共同通訊作者王興軍長(zhǎng)期從事硅基光電子集成芯片與信息系統(tǒng)工作，此前曾在NatureNature Photonics等期刊發(fā)表過(guò)多篇論文，并在北大工作已有 16 年之久。為了掃清發(fā)展 6G 的障礙，他和團(tuán)隊(duì)以光電融合為切入點(diǎn)開(kāi)展了本次研究。光，具有極高的頻率和極寬帶寬等優(yōu)勢(shì)。而所謂光電融合指的是，將電信號(hào)先轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，在光域完成高效處理之后，再轉(zhuǎn)換回電信號(hào)進(jìn)行傳輸。這樣一來(lái)，就能建成一條極寬的“高速公路”。當(dāng)再次面臨體育館中幾萬(wàn)臺(tái)手機(jī)同時(shí)使用的情況時(shí)，就可以讓每部手機(jī)自主、實(shí)時(shí)地選擇最通暢的“車(chē)道”。

據(jù)了解，本次成果第一次為真正意義上的“AI 原生網(wǎng)絡(luò)”奠定了硬件基礎(chǔ)，既可以利用內(nèi)置算法來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)整通信參數(shù)，也可以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的電磁環(huán)境。與此同時(shí)，本次成果也是“通信-感知”一體化系統(tǒng)的理想載體，能讓基站和車(chē)載設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，精準(zhǔn)地感知周?chē)h(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)真正的“通信即感知”，進(jìn)而能夠推動(dòng)寬頻帶天線、光電集成模塊的升級(jí)，實(shí)現(xiàn)從材料、器件到整機(jī)、再到網(wǎng)絡(luò)的全鏈條變革。

也就是說(shuō)，本次成果是一個(gè)能夠進(jìn)行全頻段重構(gòu)的解決方案，預(yù)計(jì)它不僅可以催生更加智能、更加靈活的 AI 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，還有望重塑無(wú)線通信的格局。而通過(guò)加載線性調(diào)頻信號(hào)，還能一并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與環(huán)境精準(zhǔn)感知。此外，預(yù)計(jì)這一成果還將帶來(lái)一定的產(chǎn)業(yè)鏈帶動(dòng)效應(yīng)，助力寬頻帶可重構(gòu)天線等器件的發(fā)展。

（來(lái)源：Nature）

日前，關(guān)于本次成果的相關(guān)論文發(fā)表于Nature。北京大學(xué)博士后陶子涵、北京大學(xué)博士生王皓玉、香港城市大學(xué)助理教授馮寒珂、北京大學(xué)博士生郭藝君以及博士后沈碧濤是共同一作，北京大學(xué)王興軍教授、香港城市王騁教授以及北京大學(xué)舒浩文研究員擔(dān)任共同通訊作者。北京大學(xué)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)何燕冬研究員等為論文作出了貢獻(xiàn)。其中，北大團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)了本次芯片的設(shè)計(jì)、測(cè)試和系統(tǒng)集成，香港城市大學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)芯片流片。

圖 | 相關(guān)論文（來(lái)源：Nature）

據(jù)了解，論文共同一作陶子涵獲得了首批國(guó)家自然科學(xué)基金青年學(xué)生基礎(chǔ)研究項(xiàng)目資助，項(xiàng)目名稱(chēng)為“面向 6G 全頻譜接入的集成微波光子射頻前端芯片研究”，這一項(xiàng)目支撐了本次成果的開(kāi)展。值得注意的是，陶子涵的師兄便是陶源盛。陶子涵在一篇報(bào)道中回憶稱(chēng)[1]，當(dāng)他剛接觸微波光子這一方向時(shí)，組里只有陶源盛在做這個(gè)方向，后者當(dāng)時(shí)已經(jīng)進(jìn)入了忙碌的博士五年級(jí)。陶源盛深知與其自己悶著頭搞，不如多請(qǐng)教有經(jīng)驗(yàn)的人，但是他認(rèn)為要有情商地向別人請(qǐng)教。于是，他盡量先把要請(qǐng)教的問(wèn)題整理好，在去食堂的路上、或者在午飯和晚飯時(shí)向陶源盛請(qǐng)教，目的就是為了盡量不給陶源盛帶來(lái)額外的負(fù)擔(dān)。以至于有段時(shí)間陶子涵甚至覺(jué)得午飯時(shí)間和晚飯時(shí)間是自己進(jìn)步最大的時(shí)候。正是這份努力以及其他合作者的共同支持，促成了本次成果的面世。

（來(lái)源：北京大學(xué)電子學(xué)院高層培訓(xùn)中心）

另?yè)?jù)悉，中國(guó)在 6G 方面的研發(fā)水平整體處于前列，6G 專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量也位于全球領(lǐng)先地位。而在接下來(lái)，王興軍團(tuán)隊(duì)將和產(chǎn)業(yè)界開(kāi)展合作，努力解決天線等配套部件的寬帶化難題，助力構(gòu)建自主化的 6G 產(chǎn)業(yè)鏈。具體來(lái)說(shuō)，他們將推進(jìn)激光器、光電探測(cè)器和天線的一體化單片集成，力爭(zhēng)做出像 U 盤(pán)一樣即插即用的智能通信模組，讓其既能嵌入手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，也能嵌入到移動(dòng)基站和無(wú)人機(jī)之中，從而能夠成為 6G 的技術(shù)引擎。

參考資料：

1.PKU 電子學(xué)人相關(guān)報(bào)道 https://mp.weixin.qq.com/s/XwAaujTXWSewUjfWfo74bQ

相關(guān)論文Tao, Z., Wang, H., Feng, H. et al. Ultrabroadband on-chip photonics for full-spectrum wireless communications. Nature 645, 80–87 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09451-8

北京大學(xué)官方報(bào)道https://mp.weixin.qq.com/s/bqc5wlbBqUZTBEGSZx6S0w

北京大學(xué)電子學(xué)院高層培訓(xùn)中心相關(guān)報(bào)道https://mp.weixin.qq.com/s/6TCVWDyNV_GPSh4nEoz2aQ

北京大學(xué)圖書(shū)館相關(guān)報(bào)道https://mp.weixin.qq.com/s/oieRrCTLQCid7KtJoRuGLw

其他報(bào)道https://m.yunnan.cn/system/2025/08/28/033611961.shtml

其他報(bào)道https://baijiahao.baidu.com/s?id=1841694505503983148&wfr=spider&for=pc

王興軍個(gè)人主頁(yè)http://pcis.pku.edu.cn/info/1014/1011.htm