信通院吳冰冰：光纖傳感是實(shí)現(xiàn)通感算一體化光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵

9月7日消息（水易）第24屆中國國際光電博覽會(huì)（CIOE）如期召開，在同期舉辦的“光電子芯片設(shè)計(jì)及制造、封裝技術(shù)論壇”上，中國信息通信研究院主任工程師吳冰冰解讀了《面向通感算一體化的光傳感技術(shù)及關(guān)鍵器件白皮書》。

吳冰冰介紹，5G/5G-A催生新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，未來6G將提供更加豐富的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，僅具備通信屬性的承載網(wǎng)絡(luò)無法滿足應(yīng)用需求，通信、感知與計(jì)算等多系統(tǒng)的深度融合成為技術(shù)發(fā)展新趨勢。

光纖同時(shí)具備信息傳輸與傳感功能，光通信網(wǎng)絡(luò)也是算力基礎(chǔ)設(shè)施承載底座，可形成大帶寬低時(shí)延通信、實(shí)時(shí)狀態(tài)感知、按需調(diào)度算力的通感算一體化高效協(xié)同、互惠增強(qiáng)的光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系。其中，光纖傳感作為感知層核心技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)通感算一體化光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，逐步成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

光纖傳感賦能通感算一體化

光纖傳感技術(shù)方案根據(jù)基本原理可分為基于光纖散射、偏振態(tài)監(jiān)控、光學(xué)干涉、光纖陣列光柵等類型?；诓煌淼墓饫w傳感技術(shù)方案，以及各種光學(xué)參量（如相位、強(qiáng)度、偏振、透/反射譜等）對特定物理和環(huán)境參量進(jìn)行傳感，并呈現(xiàn)出特異性的技術(shù)特點(diǎn)和適用范圍。

目前典型應(yīng)用場景為分布式感知，匹配通感算一體化光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，可實(shí)現(xiàn)對各種物理和環(huán)境參數(shù)的高分辨率、高靈敏度實(shí)時(shí)感知監(jiān)測?？蓱?yīng)用于包括光纜運(yùn)營管理、油氣管網(wǎng)監(jiān)測、電力線路監(jiān)測、地質(zhì)環(huán)境和火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警、周界安防、海纜監(jiān)測預(yù)警等場景。

吳冰冰表示，隨著光纖傳感與通信、計(jì)算的交叉融合，在超長距離傳感、傳感與通信信號(hào)串?dāng)_、事件模式識(shí)別算法、組網(wǎng)技術(shù)方案等方面呈現(xiàn)出新的技術(shù)難點(diǎn)與應(yīng)用研究熱點(diǎn)，業(yè)界正在積極探索相關(guān)解決方案。

超長距離傳感方面，通信光纜、輸電線路、石油管道等動(dòng)輒上百公里，延長傳感距離是光纖傳感可以廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵之一。常用解決方案為光信號(hào)放大，包括基于拉曼光纖放大器（RFA）和遠(yuǎn)程泵浦放大器（ROPA）等技術(shù)。

傳感與通信信號(hào)串?dāng)_方面，通感一體化既可利用未承載業(yè)務(wù)的“暗光纖”進(jìn)行傳感，也可在同一光纖中進(jìn)行通信與傳感信號(hào)的共傳，傳感系統(tǒng)通常采用高功率光脈沖，因非線性效應(yīng)影響，共纖傳輸時(shí)會(huì)對通信信號(hào)產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致誤碼率增加。通過降低峰值功率或波長串?dāng)_以及啁啾脈沖技術(shù)來解決。

事件模式識(shí)別算法方面，事件類型的歸類與判定需求逐步細(xì)化，對事件識(shí)別的準(zhǔn)確率、類型精細(xì)程度、事件識(shí)別通用性等提出挑戰(zhàn)。需要高效算法支撐，根據(jù)是否需要人工提取信號(hào)特征，當(dāng)前的主流方式分為傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)兩類，均已取得良好效果，深度學(xué)習(xí)平均識(shí)別率可達(dá)95%以上。

協(xié)同組網(wǎng)方面，組網(wǎng)方案的有效設(shè)計(jì)是保證網(wǎng)絡(luò)中傳感和通信信號(hào)融合傳輸，以及協(xié)同數(shù)字信號(hào)處理或算力資源來增強(qiáng)傳感性能的關(guān)鍵基礎(chǔ)。業(yè)界已經(jīng)提出包括基于波分復(fù)用的架構(gòu)組網(wǎng)、基于PON的架構(gòu)組網(wǎng)等方案，還需綜合兼顧系統(tǒng)代價(jià)、鏈路預(yù)算等多方因素，另外在統(tǒng)一管控層面也需進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵光電器件產(chǎn)品較為成熟

吳冰冰介紹，光纖傳感用關(guān)鍵光電器件主要包括：激光器、調(diào)制器、探測器、光纖放大器、光纖濾波器、特種光纖等。

激光器作為激光光源、相干檢測中的混頻參考源、或用于系統(tǒng)內(nèi)器件及光路的泵浦光，形成受激散射或光放大。調(diào)制器將激光器發(fā)射的連續(xù)光調(diào)制為脈沖光，用于分布式測量。

探測器用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，便于后續(xù)的信號(hào)處理或系統(tǒng)反饋，影響光傳感系統(tǒng)的響應(yīng)度、空間分辨率等特性。

光放大器用于放大經(jīng)過調(diào)制的光脈沖，并保持線寬、偏振、波形等參數(shù)。光纖濾波器用于選擇性地傳遞或抑制某些波長區(qū)域的光信號(hào)。特種光纖主要是根據(jù)不同的功能特定開發(fā)的光纖類型，特異性較強(qiáng)。

據(jù)了解，光纖傳感用光電器件產(chǎn)品發(fā)展較為成熟，國際廠商眾多、具備批量化生產(chǎn)能力。國內(nèi)廠商大部分光電器件產(chǎn)品具備批量化生產(chǎn)能力，窄線寬激光器、寬帶可調(diào)諧激光器、光電調(diào)制器、可調(diào)諧濾波器、擾偏模塊等少數(shù)產(chǎn)品具備小批量生產(chǎn)能力。

另外在光纖傳感設(shè)備產(chǎn)品方面，主要集中在傳統(tǒng)OTDR、DTSS/BOTDR、DAS/DVS、DTS和OFDR領(lǐng)域，國內(nèi)外水平相當(dāng)，基本具備批量/小批量產(chǎn)品化能力；COTDR、POTDR、BOTDA、BOCDA商用化程度略低，國內(nèi)外產(chǎn)品化水平存在差距；SOP處于研發(fā)階段。

最后，吳冰冰表示，通信、感知和計(jì)算多系統(tǒng)深度融合成為技術(shù)發(fā)展新趨勢，助力信息基礎(chǔ)設(shè)施向智能化、數(shù)字化邁進(jìn)，通感算一體化光網(wǎng)絡(luò)目前已進(jìn)入熱點(diǎn)探索階段。光纖傳感技術(shù)是實(shí)現(xiàn)通感算一體化光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，為有效解決存在的問題和挑戰(zhàn)，業(yè)界各方需從關(guān)鍵技術(shù)研究、核心器件攻關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、多領(lǐng)域融合、海量數(shù)據(jù)安全等方面協(xié)同推進(jìn)。

生成海報(bào)

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站內(nèi)容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息，均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準(zhǔn)確性及可靠性，但不保證有關(guān)資料的準(zhǔn)確性及可靠性，讀者在使用前請進(jìn)一步核實(shí)，并對任何自主決定的行為負(fù)責(zé)。本網(wǎng)站對有關(guān)資料所引致的錯(cuò)誤、不確或遺漏，概不負(fù)任何法律責(zé)任。任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識(shí)產(chǎn)權(quán)或存在不實(shí)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)及時(shí)向本網(wǎng)站提出書面權(quán)利通知或不實(shí)情況說明，并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細(xì)侵權(quán)或不實(shí)情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后，將會(huì)依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實(shí)，溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開相關(guān)鏈接。