全球首款！我科學家研發出可智能實現全頻段高速通信芯片

科技日報記者 張佳星

利用先進的薄膜鈮酸鋰光子材料，基於全新架構，我國學者研發出首款基於光電融合集成技術的自適應、全頻段、高速無線通信芯片。8月27日，該成果刊登於《自然》。

傳統電子學硬件僅可在單個頻段工作，不同頻段的器件依賴不同的設計規則、結構方案和材料體系，難以實現跨頻段工作。

為了彌合不同頻段設備的“段溝”，北京大學王興軍教授、舒浩文研究員和香港城市大學王騁教授合作開展“超寬帶光電融合無線收發引擎”的研究，基於先進的薄膜鈮酸鋰光子材料平台，成功研製出能夠具有進行寬帶無線與光信號轉換、低噪聲載波本振信號協調、數字基帶調製等能力的集成芯片。

基於該核心芯片，團隊進一步提出高性能光學微環諧振器的集成光電振盪器（OEO）架構，通過高精度微環的頻率，精確選擇並鎖定振盪模式，產生在超寬帶範圍內任意頻點的低噪聲載波與本振信號。

相比傳統基於倍頻器的電子學方案，該片上OEO系統首次實現了0.5GHz至115GHz中心頻率的即時、靈活、快速重構，跨越近8個倍頻程的低噪聲信號調諧性能，既可調度數據資源豐富、速率極高卻難遠距傳輸高頻段，也可調度穿透性強、覆蓋廣卻容量有限的低頻段，是一次里程碑式突破。

這一方案從原理上規避了傳統倍頻鏈因噪聲累積而導致高頻段相位噪聲急劇惡化的問題，能夠克服以往系統在帶寬、噪聲性能與可重構性之間難兼顧的困難。

實驗驗證表明，基於芯片的創新系統可實現大於120Gbps的超高速無線傳輸速率，滿足6G通信峯值速率要求，且端到端無線通信鏈路在全頻段內性能一致，高頻段性能未見劣化。這為6G通信在太赫茲乃至更高頻段頻譜資源的高效開發掃清了障礙。

王興軍認為，該芯片將為“AI原生網絡”奠定硬件基礎，它可通過內置算法動態調整通信參數，應對複雜電磁環境，也可使未來的基站和車載設備在傳輸數據時精準感知周圍環境，拉動寬頻帶天線、光電集成模塊等關鍵部件升級，帶來從材料、器件到整機、網絡的全鏈條變革。

（圖片來自論文截圖）