北京大学研究团队全球首次实现全代际无线通信技术突破 光子芯片与电磁超表面融合开辟通信硬件革新新路径

问题——移动通信从2G语音时代迈向5G/5G-A并加速走向6G,网络能力持续提升的同时,产业长期面临一个“隐性成本”:每演进一代技术,基站与终端往往需要新增或更换一套面向新频段、新体制的射频与信号处理硬件。

多代网络并行覆盖的现实需求,使基站侧设备不断叠加,带来体积、运维、功耗与成本压力。

对于运营网络而言,硬件重复建设和能耗上升不仅影响部署效率,也制约绿色低碳目标下的长期可持续发展。

原因——一方面,不同代际通信制式在频段、带宽、调制方式和空口协议上差异明显,传统方案普遍采用“专用硬件+分立器件”的路径来实现性能最优;另一方面,面向6G的更高频段与更宽带宽对信号生成、分配与相位控制提出更高要求,传统微波链路和电学调控方式在精度、同步与扩展性上面临瓶颈,导致“代际升级=堆叠硬件”的惯性延续。

影响——硬件冗余带来的直接结果是站点空间紧张、能耗与散热负担加重、网络建设和迭代周期拉长。

在用户侧,网络长期多制式共存增加总体运维成本,最终也会影响到服务价格与体验优化空间。

更重要的是,6G被普遍认为将走向“通信与感知融合、空天地一体、智能化网络”等方向,若底层硬件平台难以统一与规模化,相关新业务落地可能面临成本与能效的“双重门槛”。

对策——针对上述痛点,北京大学常林研究员团队提出一种可扩展的统一硬件平台思路:将光子芯片与电磁超表面进行融合,利用光学方式在芯片级完成多频段信号的生成与调制,再通过超表面等结构实现对无线辐射与波束的有效控制。

研究团队表示,该平台在实验室条件下实现了同时覆盖2G至6G+的无线通信能力,为“以一套硬件适配多代际网络”提供了可验证路径。

按其论文披露的实验结果,该思路有望显著减少基站侧分立射频链路与重复模块,推动站点设备更轻量化,并在能耗方面展现出大幅下降的潜力。

在面向6G的高频调控方面,团队进一步引入光学微梳等技术驱动天线阵列,改变以往主要依赖电学方式对高频信号进行相位与幅度控制的路径,实现对高频信号更高维度、更精细的调控能力。

论文披露的实验表明,在特定场景下其传输效率相较传统方案获得显著提升,并展示了在同一系统中兼顾数据传输与目标参数感知的能力,为“通感一体化”这一6G关键方向提供了新的实现方案。

前景——业内普遍认为,6G研究将更加注重“系统级创新”与“可工程化落地”。

此次成果以光子芯片与电磁结构的融合为抓手,探索用统一硬件平台承载跨代际通信能力,契合网络演进中降本、降耗、提效的现实诉求。

下一步仍需在多场景鲁棒性、规模化制造、与现网协议体系适配、可靠性与长期运行等方面持续验证,并推动与产业链在器件封装、测试标准、互联接口等环节形成协同。

若能在工程化层面取得突破,未来基站可能从“多代并存的设备叠加”转向“平台化、可重构的能力供给”,为通信网络的持续演进打开新的空间。

从追赶者到领跑者,中国通信科技的这次跨越不仅解开了困扰行业二十年的"戈尔迪之结",更在6G竞赛中树立了新的技术范式。

当全球仍在争论Sub-6GHz与毫米波的技术路线时,我国科学家用光子芯片的"中国方案"给出了更高维度的答案。

这场静悄悄的芯片革命,或将重塑未来十年全球通信产业的竞争格局。