复旦大学周雯副教授、余建军教授：光子太赫兹通感一体芯片 | 中国激光·封面

毫米波通信与感知一体化技术是极具发展潜力的前沿核心技术，可在统一平台实现高速通信与高精度感知的深度融合。针对传统射频电子设备的带宽局限，光子辅助上变频方案成为有效突破口，能够支撑超宽带通信与感知一体化工作。依托超大带宽优势，光子辅助MMW-ISAC系统可实现厘米级高分辨率感知，同时保障数十Gbit/s的高速数据传输。

目前该技术整体仍处于实验验证阶段，难以满足实际落地需求，现存短板较为突出：受信号功率衰减、接收机灵敏度不足影响，无线传输距离仅局限于20 m以内；高速并行数字信号处理算法研发难度高，现有系统均依赖离线处理，实时性较差；多数实验仅搭建单向链路，无法适配毫米波双向交互的业务场景。

因此，研发搭载实时数字信号处理（DSP）的双向传输MMW-ISAC系统，是突破现有技术壁垒、推动场景化应用的必然需求。

复旦大学周雯副教授、余建军教授课题组以构建实时、长距离、大容量光子辅助MMW-ISAC系统为核心目标，基于光子辅助技术路线开展了一系列技术创新：

1、基于双向飞行时间法，有效缓解了双可编程门阵列（FPGA）间时钟不同步带来的系统性能劣化问题；

2、在离散多音调（DMT）基础上优化设计通感融合信号，感知信息采用正交相移键控（QPSK）调制以保障感知鲁棒性，通信数据流通过16/64QAM高阶调制格式实现高速率传输；

3、自研128路并行快速傅里叶变换/逆变换模块、实时信号同步模块及信道补偿与均衡等核心模块，完成了流水线架构设计与时序收敛优化；

团队成功研制了一套实时双向光子辅助MMW-ISAC实验系统。该系统由两部分组成，包括基站（BS）和用户设备（UE）。实验装置部署在复旦大学邯郸校区，两端相距50.81 m（见图1）。

图1 实时双向光子辅助MMW波段ISAC系统的实验装置

UE和BS的实时收发器均基于Xilinx AUV901 FPGA平台实现，集成了6位、30GSa/s的数模/模数转换器（DAC/ADC）。该系统的测距功能基于TW-ToF原理，通过128路并行同步模块实现高精度飞行时间估计，根据BS和UE中异步收发器之间交换的ISAC信号的往返传播时间计算目标距离。

在上行链路中，UE发射机采用了两台频率间隔为100 GHz的外部腔激光器（ECL1和ECL2），其输出通过偏振维持光学耦合器（PM-OC）耦合,并注入马赫-曾德尔调制器（MZM）作为光学载波。

FPGA实时生成DMT-ISAC信号，随后通过电放大器（EA）放大，用于驱动MZM。调制后的光信号通过标准单模光纤传输，随后通过光电二极管转换为毫米波ISAC信号。

在BS接收端，包络检测器对100 GHz的ISAC信号进行下变频。产生的基带信号通过EA放大，由板载ADC以30 GSa/s、6位分辨率采样，并由FPGA实时处理。

本研究提出的实时双向光子辅助MMW-ISAC系统在50 m外场实验中实现了16.14-Gbit/s的高传输速率，距离分辨率达到0.508 cm。全面突破了现有系统在传输距离、实时性与工作模式上的局限。

通信方面，提出的系统可采用更高频的太赫兹光电器件和收发器件以提高工作频段，大幅提高通信速率；此外，还可引入相干接收架构以提升接收灵敏度和相位稳定性。感知方面，未来通过在FPGA上使用更高精度的外部时钟源可进一步降低测距误差。

课题组依托复旦大学“集成芯片与系统”国家重点实验室。实验室承担了大量国家级科研项目，包括国家重点研发计划、国自然基金重点项目、国自然联合基金、国家科技重大专项、国防预研项目以及各类国际合作项目，在国际重要刊物和国际会议上发表大量高质量学术论文，获得多项授权发明专利，荣获多项国家级二等奖、省部级一等奖、二等奖等奖项。实验室现有人员80余人，包括中国科学院院士2人，国家杰出青年基金获得者6人，长江学者特聘教授5人，国家海外特聘专家2人，四青人才16人。

周雯，复旦大学未来信息创新学院副教授，复旦大学“集成芯片与系统”国家重点实验室固定人员。主要研究方向包括高速光纤通信传输技术，基于光子辅助技术的毫米波产生、传输及探测技术，超5G、6G无线通信感知一体化技术以及面向智能通信的深度神经网络算法研究等。主持多项国家级科研项目，涵盖国家自然科学基金联合基金重点项目、国家重点研发计划课题、国家自然科学青年基金项目等。目前已在领域内发表及合作发表论文200余篇，申请并授权专利20余项。

余建军，复旦大学信息科学与工程学院教授、博士生导师，电气与电子工程师协会会士，美国光学学会会士，国家杰出青年基金获得者。余建军1999年于北京邮电大学电磁场与微波技术专业毕业获博士研究生学位；随后在美国贝尔实验室，朗讯科技公司和杰尔系统公司的技术部门就职；2011年在中兴通讯兼任高速光通信技术首席科学家；2013年获国家自然科学杰出青年基金资助；2019年入选电气与电子工程师协会会士。他的主要研究领域包括高速光纤技术、毫米波和太赫兹通信技术。

期刊简介

Journal Overview

《中国激光》是全面报道激光技术领域最新研究成果的旗舰级中文学术期刊（半月刊）。目前被EI、ESCI、AJ、CA、INSPEC、Scopus、CSCD等收录。中国科学院期刊分区表2区（2025）。根据《中国科技期刊引证报告》显示，《中国激光》综合评价总分在本领域内连续多年排名第一。17次被评为“百种中国杰出学术期刊”（获得次数最多的光学期刊）、6次入选“中国精品科技期刊”、2次荣获“百强报刊”称号，并多次获得“中国最具国际影响力学术期刊”和“中国国际影响力优秀学术期刊”等荣誉。2021年荣获“第五届中国出版政府奖”期刊奖提名奖。2022年入选《光学工程和光学领域高质量科技期刊分级目录》“T1级”。2024年入选中国科技期刊卓越行动计划项目——领军期刊。

科学编辑 | 复旦大学 王起航

编辑 | 沈灵灵