2026年3月4日，北京大学电子学院常林团队与宋令阳、邸博雅团队合作在顶级学术期刊《自然·光子学》（Nature Photonics）在线发表了题为“Multiband wireless systems based on microwave integrated photonics with metasurfaces”的研究文章。该团队在世界上首次提出了一种可扩展的统一平台，通过将光子集成电路与电磁超表面相结合，成功实现了支持从2G到6G及以上不同频段移动系统的并行无线通信架构。这一突破不仅打破了多频段硬件集成的壁垒，还为未来大规模无线系统的降本增效提供了基础性方案。
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在当今信息时代，无线技术是移动通信和物联网的绝对支柱。随着数据容量需求的持续激增，通信系统从2G一路演进到新兴的6G，并不断向新的频段扩展。然而，传统架构在多频段融合方面面临着诸多根本性的挑战。电子元器件固有的带宽限制使其只能在狭窄的频谱内工作，导致每一代无线系统都需要专属的射频链路，造成了严重的硬件冗余。特别是在高频段，这种传统的叠加方式会带来难以承受的成本和极高的终端功耗。此外，传统天线技术随着频率升高，动态元件功耗高、馈电网络复杂，难以支撑大规模部署，导致能效下降，且通常针对单一频率设计，缺乏多频段波束赋形能力，严重制约了高频段的性能发挥。
基于集成光学与超表面的并行无线系统架构
为攻克这些难题，研究团队研发了一种全新的光电子集成驱动大规模超表面方案，改变了传统的无线终端设计思路。该平台利用自同步双梳技术，无需离散的电子振荡器，即可同时生成超过60个高达100 GHz的、可灵活重构的微波频率。基于这项技术，团队提出了基于集成光学与超表面的多频段并行发射机。为了完成信号的空间调控，团队引入了低功耗、紧凑型的超表面来进行多频段波束赋形。与传统相控阵相比，超表面的设计更加紧凑，具有灵活的波束调控能力，且能将功耗大幅降低40%以上。该架构打破了常规瓶颈，成功实现了极具挑战性的1024-QAM高阶通信调制传输，这一成果达到了光子学辅助无线链路领域的先进水平。更具突破性的是，该架构极大缩短了射频前端的信号路径，首次实现了利用数据中心的标准硅基光电子收发器直接驱动无线边缘设备，将数据中心处理与无线网络实现了无缝、高能效和低延迟的连接。在实验验证环节，系统不仅实现了全固态毫米波频段的点云雷达成像，也成功传输了高清视频帧，展现出了优异的性能与多功能一体化能力。
并行无线系统实验链路
未来，这项高度集成的技术将为全频段无线通信系统的发展提供变革性的基石。它不仅有望大幅缩小基站体积，推动毫米波、太赫兹频段从研究走向实际应用，还能显著降低传输延迟，为自动驾驶和卫星通信等对延迟极度敏感的终端场景提供强有力的支撑。
该论文的共同第一作者为北京大学电子学院博士研究生陈玉君、高佳皓和电子学院博士后张绪光。北京大学电子学院常林研究员、邸博雅研究员和宋令阳教授为共同通讯作者。主要合作者还包括香港城市大学王骋教授，北京交通大学李铮教授，香港城市大学博士毕业生张珂、博士研究生陈逸堃、商成斐，北京大学电子学院博士后张祥鹏、张磊、博士研究生周子璇、张笑语，上海科技大学博士研究生高佳璠。该工作由北京大学电子学院光子传输与通信重点实验室作为第一单位完成。该研究得到了国家自然科学基金、北京杰出青年科学家计划、北京市自然科学基金、上海2025“科技创新行动计划”、 石家庄-北京大学合作联合研究项目、何享健科学基金等的大力支持。
