我国科学家突破光纤无线融合通信技术 创造多项世界纪录为6G发展奠基

长期以来,光纤通信与无线通信分别支撑骨干传输与移动接入,是信息基础设施的两大支柱。

但在工程体系上,两类网络往往在器件形态、调制方式、信号处理与协议栈等方面各自发展,形成“各自为战”的格局:光纤侧擅长超大带宽、低损耗远距离传输,无线侧强调灵活覆盖与移动性。

如何在同一套设备、同一条技术链上实现光纤与无线的无缝衔接,减少跨网转换带来的时延、能耗与成本,一直是通信领域的核心难题之一。

随着6G面向沉浸式交互、工业互联网、空天地一体化与超大规模连接等场景加速推进,这一难题的解决更显迫切。

围绕上述痛点,北京大学王兴军教授—舒浩文研究员团队联合鹏城实验室余少华院士团队、上海科技大学陈佰乐副教授课题组、国家信息光电子创新中心肖希团队等开展协同攻关,在国际上首次提出集成“光纤—无线融合通信”的新概念,并在系统层面实现跨网络无缝融合。

研究团队以自研超宽带光电融合集成芯片为核心关键器件,带宽超过250吉赫兹,使得同一基础硬件能够在光纤传输与高速无线接入之间复用,为“一个系统覆盖多类主流电信场景”提供了可行路径。

从原因看,光纤与无线难以统一,关键在于信号在两类介质中的传播特性差异显著,导致链路模型、噪声与干扰形态、均衡与补偿方式各不相同。

传统方案往往需要在光电转换、射频前端、数字信号处理等环节设置“接口墙”,不仅增加设备复杂度,也限制了系统升级空间。

此次研究通过“器件集成+算法协同”的方式破题:一方面用超宽带光电融合集成芯片扩大可处理频谱范围,另一方面以神经网络为核心改造信道均衡等数字信号处理流程,使系统能够在复杂信道条件下自适应调整,提升对多场景、多干扰类型的鲁棒性。

据介绍,基于该芯片与系统架构,团队在关键指标上取得多项世界纪录:调制器带宽达到250吉赫兹以上,单根光纤实现每秒512吉比特数据传输,同时无线端实现每秒400吉比特高速传输。

审稿专家评价该实验具有挑战性并在多项指标上刷新纪录,认为相关研究对融合光学与太赫兹通信系统的发展具有重要意义。

更具应用指向的是,在面向6G的“大规模用户接入”模拟场景中,该系统完成了86路8K高清视频实时流畅传输展示,其可用带宽相较5G标准提升一个数量级,显示出面向未来高并发业务的承载潜力。

从影响看,这一突破不仅意味着“更快的速率”,更指向网络形态的结构性变化。

其一,它有望推动移动网络与光纤网络在更低成本与更低时延条件下实现深度一体化,减少跨网转换与重复建设,提高资源利用效率。

其二,它为6G时代太赫兹频谱资源的开发与利用提供了新的工程化路线:太赫兹频段具备超大带宽潜力,但也面临传播损耗大、链路易受环境影响等挑战,需要更高性能的器件与更智能的信号处理协同支撑。

其三,研究强调关键技术与制备工艺基于国产集成光学平台完成,降低对国外传统微电子先进制程的依赖,为构建自主可控的信息产业链条提供了示范意义。

从对策与落地路径看,面向6G产业化仍需跨越从实验室到规模部署的多重门槛。

首先,要在保持超宽带性能的同时进一步提升系统集成度,减少分立器件带来的互连损耗与可靠性风险。

其次,需要在标准与网络架构层面推动“光—无线协同”的工程接口统一,形成可演进、可运维、可扩展的系统方案。

再次,需围绕能耗与成本建立端到端评估体系,在基站、无线数据中心、园区专网等典型场景开展更多长期运行验证,以检验在复杂环境与多业务混合条件下的稳定性。

研究团队表示,下一步将继续提升集成水平,目标是把系统“单片集成”于一块芯片,实现从激光器到天线的微型化集成,为高密度部署提供更具工程可行性的器件形态。

展望未来,6G被普遍认为将进入“通信与感知、计算、智能深度融合”的新阶段。

此次光纤与无线跨网融合的新体系,叠加智能化信号处理能力,为构建更统一、更高效的信息基础设施提供了关键支撑。

若后续在可靠性、规模制造、系统运维与标准协同方面持续突破,指甲盖大小的高集成模组支撑多场景收发的设想,有望在未来6G基站、室内超高速接入、边缘数据中心互联等方向展现更大空间。

这项里程碑式突破不仅代表着中国在6G竞赛中取得先发优势,更折射出我国科研攻关模式的深刻变革——从单一技术突破转向系统集成创新,从跟随模仿转向源头创新。

当全球通信产业尚在探索5G应用场景之际,中国科学家已为下一代通信革命埋下关键基石。

这项技术未来若实现规模化应用,或将重构全球通信产业格局,为数字经济发展注入新动能。