科学家正在利用一种先进的语义传输系统改进光通信 大大提高效率和稳健性

具有多模色散的光脉冲在 MMF 中的传播。单词被映射到不同的频率（不同的颜色），光脉冲被拉伸到不同的时间色散曲线中。这允许在接收器处识别脉冲频率，从而能够重建输入单词。图片来源：Gao, Z.、Jiang, T.、Zhang, M. 等人

随着人们对更快、更高效的通信的需求不断增长，传统系统也面临极限。语义通信是一种有前途的解决方案，它优先传输有意义的信息而不是原始数据，从而使通信更加高效、资源更加丰富。

在最近发表在《光：科学与应用》上的一项研究中，中国华中科技大学的一支研究团队（由唐明教授和吴豪博士以及博士生高正和江婷领导）介绍了一种创新的光语义通信系统。他们的方法使用多模光纤 (MMF) 来显著提高数据传输容量和可靠性。

该研究团队提出并验证了一种基于多模光纤（MMF）的新型光学语义传输方案。通过利用多模光纤中模间色散的频率敏感性，研究人员在频域实现了高维语义编码和解码。

该系统将符号映射到间隔为600千赫的128个不同频率上，与传统通信编码相比，容量提高了七倍。研究人员还通过实施四级脉冲幅度调制（PAM-4），进一步提高了频谱效率，实现了无解码错误的9.12比特/秒/赫兹。

科学家们在描述他们的突破时解释道：

“我们利用 MMF 中的模间色散在频域中实现了高维语义编码和解码。通过将符号映射到不同的频率，与传统通信编码方法相比，我们的传输容量提高了七倍。该系统还集成了 PAM-4 以提高频谱效率，实现了 9.12 位/秒/Hz 且无解码错误。”

实验系统。a、编码：根据编码表将每个单词映射到一个光频率。b、实验装置示意图。c、解码：使用指纹词典将每个色散曲线识别为相应的频率，然后根据编码表重建单词。d、使用深度学习模型实现情感分析。来源：Gao， Z.， Jiang， T.， Zhang， M. 等人。

“除了提高传输容量外，我们还利用 IMDb 电影评论数据集探索了情绪分析中的应用。通过将语义相似的符号编码到相邻频率，系统的噪声容忍度得到有效提高，即使在高符号错误率条件下也能实现准确的情绪分析。这种方法凸显了基于 MMF 的语义通信在提高光通信系统容量和稳定性方面的潜力，为带宽受限和嘈杂的环境提供了有希望的应用，”他们补充道。

“利用 MMF 进行语义通信的创新方法代表了光通信领域的重大进步。通过光频率直接传输语义信息的能力，以及系统的高容量和稳健性，使其成为未来通信技术的一个有前途的解决方案，”科学家预测。

此外，研究人员探索了该系统在情感分析中的应用，使用了IMDb电影评论数据集。通过将语义相似的符号编码到相邻频率上，有效提高了系统的抗噪性能，从而实现了准确的情感分析。这项工作凸显了基于多模光纤的语义通信在提升光学通信系统容量和鲁棒性方面的潜力，为带宽受限和噪声环境下的应用提供了广阔前景。