【行業(yè)前沿】探訪江蘇省海底通信與感知重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

秒發(fā)越洋信息、瞬時(shí)跨境支付、全球賽事直播……這些都是怎么實(shí)現(xiàn)的？答案，就藏在海底。目前，全球95%的國(guó)際數(shù)據(jù)都需要通過(guò)橫亙大洋的海底光纜進(jìn)行傳輸。“海底信息高速公路”正在成為連接人類命運(yùn)共同體的紐帶。

2025年3月19日成立的江蘇省海底通信與感知重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，就是一個(gè)致力于鋪設(shè)“海底信息高速公路”和探索“海底感知智能觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”的“科創(chuàng)高地”。該實(shí)驗(yàn)室由江蘇亨通華海科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“亨通華海”）、東南大學(xué)、中國(guó)海洋大學(xué)以及中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司四家單位聯(lián)合共建。

實(shí)驗(yàn)室以國(guó)家“海洋強(qiáng)國(guó)”“國(guó)家信息安全”戰(zhàn)略為指引，瞄準(zhǔn)海底超長(zhǎng)距離大容量信息傳輸、海底廣域?qū)崟r(shí)長(zhǎng)期感知、海量感知數(shù)據(jù)智能處理三大方向，打響了一場(chǎng)向深海科技進(jìn)軍的攻堅(jiān)戰(zhàn)。

構(gòu)建水下“信息高速公路”

當(dāng)前，全球數(shù)據(jù)流量正以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。人們刷的短視頻、開的線上會(huì)議以及跨境商務(wù)交易等活動(dòng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，超過(guò)95%都要通過(guò)海底光纜傳輸。海洋通信正面臨著前所未有的容量危機(jī)。

對(duì)此，空分復(fù)用（SDM）技術(shù)已成為國(guó)際公認(rèn)的未來(lái)發(fā)展方向。傳統(tǒng)海底光纜就像一條單車道公路，數(shù)據(jù)只能單向排隊(duì)通行；而SDM技術(shù)相當(dāng)于把單車道公路拓成多車道，并且劃分不同的“專用通道”，讓更多數(shù)據(jù)同時(shí)高速傳輸。

江蘇省海底通信與感知重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托亨通華海的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，分階段推進(jìn)三代SDM技術(shù)研發(fā)：SDM1.0相當(dāng)于在一根海纜里塞進(jìn)更多的光纖“車道”；SDM2.0通過(guò)在同一根光纖中設(shè)置多個(gè)光纖芯，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的并行傳輸，將傳統(tǒng)單模光纖的“單車道”變成立體的“多車道”，成倍提高光纖系統(tǒng)的總傳輸容量；SDM3.0則相當(dāng)于在“車道”里再細(xì)分出不同的“通道”，最大化提升傳輸效率。

“通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，我們將突破傳統(tǒng)單模光纖傳輸容量的極限——這個(gè)極限就如同公路的設(shè)計(jì)時(shí)速上限，我們要做的就是通過(guò)技術(shù)升級(jí)，提高公路時(shí)速并增加車道，讓車輛跑得更快、更多。”江蘇省海底通信與感知重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任許人東介紹，實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)海底通信系統(tǒng)傳輸速率提升1至4倍、系統(tǒng)容量提升2至10倍。

這一目標(biāo)的達(dá)成，離不開實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)大的研發(fā)平臺(tái)支撐。這里已建成達(dá)到世界先進(jìn)水平的CNAS認(rèn)證亞太地區(qū)海洋通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、跨洋通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，以及模擬水下環(huán)境的大型試驗(yàn)水池。此外，東南大學(xué)、中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司則依托各自的國(guó)家級(jí)研究中心，為實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)研發(fā)提供理論與系統(tǒng)支撐。

打造深海“智能觀測(cè)網(wǎng)”

海洋約占地球表面積的71%，但人類只探索了不到5%的深海區(qū)域。構(gòu)建覆蓋淺海與深海的廣域、實(shí)時(shí)、長(zhǎng)期協(xié)同感知體系，就像給海洋裝上眼睛和耳朵，是海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重要支撐。

早在2018年，亨通華海就推出了水生態(tài)感知網(wǎng)系統(tǒng)解決方案。該方案通過(guò)光電復(fù)合海纜、主次接駁盒等核心裝備，在海底“織”就一張無(wú)形大網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海底動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

如今，江蘇省海底通信與感知重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步突破海底感知技術(shù)，構(gòu)建了海底通感融合系統(tǒng)：一種方式是把“通信光纜”和“傳感器”合二為一，讓海底光纜不僅能傳輸數(shù)據(jù)，還能像“神經(jīng)末梢”一樣感知海洋環(huán)境的變化；另一種方式是光纖通感一體化技術(shù)，讓一根光纖同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信和多種參數(shù)監(jiān)測(cè)，就像一根電線既能通電，又能監(jiān)測(cè)電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)；第三種方式是多參量光學(xué)探測(cè)技術(shù)，相當(dāng)于給海洋裝上了“高精度顯微鏡”，能精準(zhǔn)捕捉海水的細(xì)微變化。

“傳統(tǒng)的海洋感知設(shè)備就像老式收音機(jī)，只能接收單一信號(hào)，而且容易受海洋環(huán)境影響，經(jīng)常‘罷工’；我們利用多種通感融合技術(shù)組建的海底通感融合系統(tǒng)，就像智能手機(jī)，能長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)海水溫度、鹽度、壓力等多個(gè)參數(shù)，精度更高、更耐用。”許人東說(shuō)，未來(lái)實(shí)驗(yàn)室將實(shí)現(xiàn)海洋固定觀測(cè)與移動(dòng)觀測(cè)的充分融合。

在產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制下，實(shí)驗(yàn)室整合了中國(guó)海洋大學(xué)在深海物聯(lián)、東南大學(xué)在光傳感領(lǐng)域的科研優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，中國(guó)海洋大學(xué)的綜合科學(xué)考察船，亨通華海的專業(yè)遠(yuǎn)洋深海海纜施工船就像“深海作業(yè)平臺(tái)”，能帶著科研設(shè)備奔赴全球各大洋，為實(shí)驗(yàn)室開展海上試驗(yàn)提供堅(jiān)實(shí)保障。

“我們將構(gòu)建通感一體化的深海—淺海協(xié)同觀測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)海底廣域、長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)探測(cè)。”許人東說(shuō)，這一體系將為全球氣候變化監(jiān)測(cè)、地震海嘯預(yù)警預(yù)報(bào)提供重要數(shù)據(jù)支撐。例如，通過(guò)監(jiān)測(cè)海底地殼的微小變化，能提前預(yù)警地震海嘯；通過(guò)監(jiān)測(cè)海水溫度、鹽度變化，能為氣候變化研究提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

激活海洋“數(shù)字寶藏”

海底通感融合系統(tǒng)每天都會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)。一個(gè)深海觀測(cè)站一天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，堪比一個(gè)中型圖書館的藏書信息量。然而，這些原始數(shù)據(jù)往往存在結(jié)構(gòu)多樣、干擾嚴(yán)重、信息缺失等問(wèn)題，就像一堆雜亂無(wú)章的零件。

“海底數(shù)據(jù)的智能處理，就是把這些雜亂無(wú)章的零件組裝成能發(fā)揮作用的機(jī)器，是打通‘感知—應(yīng)用’最后一公里的關(guān)鍵。”許人東介紹，實(shí)驗(yàn)室將借助邊緣計(jì)算單元，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、格式轉(zhuǎn)換、實(shí)時(shí)計(jì)算、壓縮傳輸以及初步分析等，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。

中國(guó)海洋大學(xué)作為我國(guó)海洋大數(shù)據(jù)智能計(jì)算的前沿力量，依托海洋大數(shù)據(jù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，研發(fā)了一系列海洋數(shù)據(jù)智能處理算法，能夠快速處理海量海洋數(shù)據(jù)，為實(shí)驗(yàn)室提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

“我們研發(fā)的智能算法，能夠自動(dòng)剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、補(bǔ)充缺失數(shù)據(jù)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，就像給數(shù)據(jù)做了一次全面體檢和整理歸檔，將數(shù)據(jù)清洗效率提升40%。”江蘇省海底通信與感知重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任殷波介紹，通過(guò)邊緣計(jì)算，實(shí)驗(yàn)室將實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理與深度分析，為海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)、資源開發(fā)等提供及時(shí)可靠的決策支撐。

“我們將大力推進(jìn)深海技術(shù)與智能裝備創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)，以科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合為路徑，建成國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際一流的高水平學(xué)術(shù)平臺(tái)。”許人東表示，未來(lái)三年內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室將建成三個(gè)高水平創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)，突破三項(xiàng)前沿技術(shù)、攻克三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、牽頭或參與制定三項(xiàng)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)。這些核心目標(biāo)，將推動(dòng)我國(guó)在海洋通信與感知領(lǐng)域從“跟跑”向“并跑”跨越。

源 | 科技日?qǐng)?bào)（原文有刪改）