【行業(yè)前沿】探訪江蘇省海底通信與感知重點實驗室

秒發(fā)越洋信息、瞬時跨境支付、全球賽事直播……這些都是怎么實現(xiàn)的？答案，就藏在海底。目前，全球95%的國際數(shù)據(jù)都需要通過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實驗室，就是一個致力于鋪設(shè)“海底信息高速公路”和探索“海底感知智能觀測網(wǎng)絡(luò)”的“科創(chuàng)高地”。該實驗室由江蘇亨通華海科技股份有限公司（以下簡稱“亨通華海”）、東南大學(xué)、中國海洋大學(xué)以及中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司四家單位聯(lián)合共建。

實驗室以國家“海洋強國”“國家信息安全”戰(zhàn)略為指引，瞄準(zhǔn)海底超長距離大容量信息傳輸、海底廣域?qū)崟r長期感知、海量感知數(shù)據(jù)智能處理三大方向，打響了一場向深海科技進(jìn)軍的攻堅戰(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)級增長。人們刷的短視頻、開的線上會議以及跨境商務(wù)交易等活動所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，超過95%都要通過海底光纜傳輸。海洋通信正面臨著前所未有的容量危機。

對此，空分復(fù)用（SDM）技術(shù)已成為國際公認(rèn)的未來發(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)同時高速傳輸。

江蘇省海底通信與感知重點實驗室依托亨通華海的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，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通過在同一根光纖中設(shè)置多個光纖芯，實現(xiàn)光信號的并行傳輸，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——這個極限就如同公路的設(shè)計時速上限，我們要做的就是通過技術(shù)升級，提高公路時速并增加車道，讓車輛跑得更快、更多。”江蘇省海底通信與感知重點實驗室副主任許人東介紹，實驗室的目標(biāo)是實現(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，離不開實驗室強大的研發(fā)平臺支撐。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)實驗室、跨洋通信系統(tǒng)實驗室，以及模擬水下環(huán)境的大型試驗水池。此外，東南大學(xué)、中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司則依托各自的國家級研究中心，為實驗室的技術(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、實時、長期協(xié)同感知體系，就像給海洋裝上眼睛和耳朵，是海洋強國建設(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”就一張無形大網(wǎng)，實現(xiàn)對海底動態(tài)的實時監(jiān)測。

如今，江蘇省海底通信與感知重點實驗室在此基礎(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)，讓一根光纖同時實現(xiàn)通信和多種參數(shù)監(jiān)測，就像一根電線既能通電，又能監(jiān)測電壓、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，只能接收單一信號，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，能長時間實時同步監(jiān)測海水溫度、鹽度、壓力等多個參數(shù)，精度更高、更耐用。”許人東說，未來實驗室將實現(xiàn)海洋固定觀測與移動觀測的充分融合。

在產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新機制下，實驗室整合了中國海洋大學(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。同時，中國海洋大學(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”，能帶著科研設(shè)備奔赴全球各大洋，為實驗室開展海上試驗提供堅實保障。

“我們將構(gòu)建通感一體化的深海—淺海協(xié)同觀測體系，實現(xiàn)對海底廣域、長期、實時探測。”許人東說，這一體系將為全球氣候變化監(jiān)測、地震海嘯預(yù)警預(yù)報提供重要數(shù)據(jù)支撐。例如，通過監(jiān)測海底地殼的微小變化，能提前預(yù)警地震海嘯；通過監(jiān)測海水溫度、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)每天都會產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)。一個深海觀測站一天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，堪比一個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、信息缺失等問題，就像一堆雜亂無章的零件。

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

中國海洋大學(xué)作為我國海洋大數(shù)據(jù)智能計算的前沿力量，依托海洋大數(shù)據(jù)國家地方聯(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)，為實驗室提供了強大的技術(shù)支撐。

“我們研發(fā)的智能算法，能夠自動剔除錯誤數(shù)據(jù)、補充缺失數(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實驗室副主任殷波介紹，通過邊緣計算，實驗室將實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時處理與深度分析，為海洋環(huán)境監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)、資源開發(fā)等提供及時可靠的決策支撐。

“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，建成國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流的高水平學(xué)術(shù)平臺。”許人東表示，未來三年內(nèi)，實驗室將建成三個高水平創(chuàng)新人才團(tuán)隊，突破三項前沿技術(shù)、攻克三項關(guān)鍵技術(shù)、牽頭或參與制定三項國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)。這些核心目標(biāo)，將推動我國在海洋通信與感知領(lǐng)域從“跟跑”向“并跑”跨越。

源 | 科技日報（原文有刪改）