基于光电融合集成技术的自适应高速无线通信芯片

利用先进的薄膜铌酸锂光子材料，基于全新架构，我国学者研发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。8月27日，该研究成果以“Ultrabroadband on-chip photonics for full-spectrum wireless communications”为题 ，在线发表于国际顶级学术杂志《自然》（Nature）上。

传统电子学硬件仅可在单个频段工作，不同频段的器件依赖不同的设计规则、结构方案和材料体系，难以实现跨频段工作。

为了弥合不同频段设备的“段沟”，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合作开展“超宽带光电融合无线收发引擎”的研究，基于先进的薄膜铌酸锂光子材料平台，成功研制出能够具有进行宽带无线与光信号转换、低噪声载波本振信号协调、数字基带调制等能力的集成芯片。

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超宽带光电融合集成技术赋能超宽带泛在接入无线网络示意图

基于该核心芯片，团队进一步提出高性能光学微环谐振器的集成光电振荡器（OEO）架构，通过高精度微环的频率，精确选择并锁定振荡模式，产生在超宽带范围内任意频点的低噪声载波与本振信号。

相比传统基于倍频器的电子学方案，该片上OEO系统首次实现了0.5GHz至115GHz中心频率的实时、灵活、快速重构，跨越近8个倍频程的低噪声信号调谐性能，既可调度数据资源丰富、速率极高却难远距传输高频段，也可调度穿透性强、覆盖广却容量有限的低频段，是一次里程碑式突破。

这一方案从原理上规避了传统倍频链因噪声累积而导致高频段相位噪声急剧恶化的问题，能够克服以往系统在带宽、噪声性能与可重构性之间难兼顾的困难。

实验验证表明，基于芯片的创新系统可实现大于120Gbps的超高速无线传输速率，满足6G通信峰值速率要求，且端到端无线通信链路在全频段内性能一致，高频段性能未见劣化。这为6G通信在太赫兹乃至更高频段频谱资源的高效开发扫清了障碍。

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全频段无线通信星座图及误码率结果

王兴军认为，该芯片将为“AI原生网络”奠定硬件基础，它可通过内置算法动态调整通信参数，应对复杂电磁环境，也可使未来的基站和车载设备在传输数据时精准感知周围环境，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。

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09451-8