近日，華中科技大學的唐明&吳豪及其研究團隊取得一項新進展。經過不懈努力，他們透過多模光纖實現從符號傳遞到情感分析的光學語義通訊。相關研究成果已於2025年1月23日發表於國際知名學術期刊《光：科學與應用》。

具有多模色散的光脈衝在MMF 中的傳播。單字被映射到不同的頻率（不同的顏色），光脈衝被拉伸到不同的時間色散曲線。這允許在接收器處識別脈衝頻率，從而能夠重建輸入單字。圖片來源：Gao, Z.、Jiang, T.、Zhang, M. 等人

隨著人們對更快、更有效率的通訊的需求不斷增長，傳統系統也面臨極限。語義通訊是一種有前途的解決方案，它優先傳輸有意義的資訊而不是原始數據，從而使通訊更加高效、資源更加豐富。

在最近發表在《光：科學與應用》上的一項研究中，中國華中科技大學的一支研究團隊（由唐明教授和吳豪博士以及博士生高正和江婷領導）介紹了一種創新的光語義通訊系統。他們的方法使用多模光纖(MMF) 來顯著提高資料傳輸容量和可靠性。

研究團隊提出並驗證了一種基於多模光纖（MMF）的新型光學語意傳輸方案。透過利用多模光纖中模間色散的頻率敏感性，研究人員在頻域實現了高維度語義編碼和解碼。

該系統將符號映射到間隔為600千赫的128個不同頻率上，與傳統通訊編碼相比，容量提高了七倍。研究人員也透過實施四級脈衝幅度調變（PAM-4），進一步提高了頻譜效率，實現了無解碼錯誤的9.12位元/秒/赫茲。

科學家在描述他們的突破時解釋：

「我們利用MMF 中的模間色散在頻域中實現了高維語義編碼和解碼。透過將符號映射到不同的頻率，與傳統通信編碼方法相比，我們的傳輸容量提高了七倍。該系統還集成了PAM-4 以提高頻譜效率，實現了9.12 位元/秒/Hz 且無解碼錯誤。」

實驗系統。 a、編碼：根據編碼表將每個單字映射到一個光頻率。 b、實驗裝置示意圖。 c、解碼：使用指紋字典將每個色散曲線識別為對應的頻率，然後根據編碼表重建單字。 d、使用深度學習模型實現情緒分析。資料來源：Gao， Z.， Jiang， T.， Zhang， M. 等人。

「除了提高傳輸容量外，我們還利用IMDb 電影評論資料集探索了情緒分析中的應用。透過將語義相似的符號編碼到相鄰頻率，系統的噪聲容忍度得到有效提高，即使在高符號錯誤率條件下也能實現準確的情緒分析。這種方法凸顯了基於MMF 的語義通信在提高光通信系統和穩定性方面的潛力，為寬帶和穩定性方面的潛力提供了限制

「利用MMF 進行語義通訊的創新方法代表了光通訊領域的重大進步。透過光頻率直接傳輸語義資訊的能力，以及系統的高容量和穩健性，使其成為未來通訊技術的一個有前途的解決方案，」科學家預測。

此外，研究人員還探索了該系統在情緒分析中的應用，使用了IMDb電影評論資料集。透過將語義相似的符號編碼到相鄰頻率上，有效提高了系統的抗噪性能，從而實現了準確的情感分析。這項工作凸顯了基於多模光纖的語意通訊在提升光學通訊系統容量和穩健性方面的潛力，為頻寬受限和雜訊環境下的應用提供了廣闊前景。