长期以来,光纤通信与无线通信在信号架构和硬件约束上存在显著差异,两个领域虽然各自发展迅速,却难以在统一的基础设施上实现高速兼容的端到端传输。
这一"带宽鸿沟"已成为制约电信通讯系统升级的关键瓶颈。
随着人工智能技术的快速发展,算力芯片间的高速互联需求日益迫切;与此同时,星地通讯、智能网联汽车等新兴应用对下一代移动通信技术提出了更高的容量和更低的时延要求。
面向"万物互联"时代,如何打破光纤与无线通信的技术壁垒,成为全球通信领域的重要课题。
针对这一难题,由北京大学电子学院王兴军教授、舒浩文研究员团队与鹏城实验室余少华院士团队、上海科技大学陈佰乐副教授团队、国家信息光电子创新中心肖希总经理团队等机构组成的联合研究团队,经过深入攻关,在集成光子学领域取得突破性进展。
研究成果于2月18日在线发表于国际顶尖学术期刊《自然》,论文题为《集成光子学赋能超宽带光纤-无线通信》。
该研究的核心创新在于首次提出并实现了"光纤-无线融合通信"的全新概念。
研究团队基于先进的薄膜铌酸锂光子材料平台和改进型单行载流子光电探测器结构,成功研制出超过250GHz宽带平坦电-光-电转换链路的集成光子芯片。
这一突破从原理上规避了传统电学倍频链中的带宽限制和噪声积累问题,在有线和无线频段均能提供超过100GHz的可用信号带宽。
薄膜铌酸锂调制器和磷化铟探测器的带宽指标均创造了新的纪录。
在软件算法层面,研究团队将人工智能技术创新应用于信道均衡领域,提出了基于神经网络的数字信号处理算法。
这一算法显著提升了系统对非线性损伤等复杂干扰的自适应能力,彻底克服了传统均衡算法在处理复杂信道时的根本局限。
实验验证表明,该融合通信系统在电信通讯的所有主要场景中均能支持创世界纪录的数据传输速率。
光纤通信实现单通道256Gbaud(512Gbps)的超高速直调直检传输,太赫兹无线通信实现单通道400Gbps的信号传输,完成了86路8K高清视频的实时无线传输演示。
这意味着该系统可以实现"一套系统、跨场景复用",在光纤、无线及其混合链路等多种应用场景中均能保持优异性能。
更为重要的是,研究团队提出的超宽带集成光子器件和人工智能均衡算法同时适用于有线和无线通信,首次在物理层面弥合了两大通信领域的技术鸿沟。
这一突破为下一代通信系统的统一设计提供了新的可能性。
在模拟6G大规模用户接入场景的测试中,该系统实现了86个信道的多路实时8K视频接入,传输带宽相较目前5G标准提升了一个数量级,充分展现了其在未来通信网络中的应用潜力。
这一里程碑式的突破有望重塑现有电信通讯系统的架构设计。
对于制约算力发展的数据中心互联瓶颈,该技术可提供更高速的互联方案;对于新兴的泛在接入需求,该技术能够提供更高容量和更低时延的解决方案;对于未来的全光互联愿景,该研究奠定了坚实的技术基础。
这项具有里程碑意义的技术突破,标志着我国在通信技术领域实现从"跟跑"到"领跑"的关键跨越。
它不仅为6G时代的信息高速公路铺设了技术基石,更展现出中国科研团队攻克尖端技术难题的系统性创新能力。
在全球数字经济竞争白热化的今天,此类基础性、原创性科研成果的持续涌现,正不断夯实我国建设网络强国的技术根基,为构建人类数字命运共同体贡献中国智慧。