电子科大突破性技术：光纤传感带宽瓶颈被打破，长距离高频感知成为现实
电子科技大学王子南教授团队联合四川大学研究人员，在光纤分布式声波传感（DAS） 领域取得重大突破。他们提出的同频信道复用（CCM） 方案，成功解决了传统DAS系统在长距离传感时响应带宽严重受限的世界性难题，相关成果已发表于《中国科学：信息科学》。
打破枷锁：长距离与高频感知不可兼得的困局
基于瑞利散射的光纤DAS技术，凭借利用现有通信光缆即可实现长距离、分布式感知的独特优势，已成为地球物理勘探、大型基础设施安全监测等领域的核心工具。然而，其发展长期受制于一个固有矛盾：传感距离越长，系统能有效感知的信号频率（响应带宽）就越低。在数十公里的典型应用场景中，传统DAS的响应带宽通常被限制在5 kHz以下，难以捕捉诸如机械故障早期高频振动、特定声波事件等关键信息，极大限制了其在复杂环境监测中的应用潜力。
现有提升带宽的方案主要依赖于频分复用或空分复用，本质上需要系统提供额外的频率资源或物理空间（如多芯光纤）。这不仅增加了系统复杂性和成本，更与当前全球通信光缆“通感一体化”的发展趋势背道而驰——该趋势追求在现有单纤单频通信资源上高效叠加感知功能。
图1. 同信道复用方案的探测脉冲示意图
创新破局：数字域的同频信道复用（CCM）
王子南团队独辟蹊径，将提升系统容量的维度从物理域（频域/空域）转向了数字域，提出了革命性的同频信道复用（CCM） 方案，并构建了CCM-DAS系统。其核心创新在于：
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数字域正交化： 团队深入解析了探测脉冲在瑞利散射多径叠加系统中的传播与卷积过程。利用序列二次规划（SQP）算法，精心设计出多组正交相位编码加载到探测脉冲上。这使得多路传感信号虽然占用完全相同的物理频率和空间光纤路径，却在数字域实现了彼此正交。
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破解串扰难题： 物理限制（如光纤色散、非线性效应）不可避免地会在同频信道间引入串扰。为此，团队应用凸优化算法，为每组正交编码量身定制了专属的失配滤波器作为解码器。该滤波器能精准地从包含串扰噪声的混合信号中分离提取出目标信道的信号，显著提升了系统抗同频串扰的鲁棒性。
这一技术的突破性意义在于，它首次在基于瑞利散射的信息系统（RSIS）中实现了真正的同频信道复用，颠覆了该领域“同频必串扰”的传统认知。
卓越性能：带宽与信噪比大幅提升
团队通过严谨的理论分析、仿真验证和实验测试，全面证明了CCM方案的可行性和优越性。关键实验结果令人振奋：
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带宽飞跃： 实验采用三组正交编码进行CCM复用。结果表明，该方案成功突破了传感距离对响应带宽的枷锁，将系统有效响应带宽提升至传统方法的数倍。
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信噪比优化： CCM方案显著提升了系统解调扰动信号的信噪比（SNR），使其对微弱高频信号的探测能力大大增强。
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精准感知： 系统成功解调了单频信号和频率快速变化的啁啾信号（图2）。解调出的啁啾信号时域波形清晰，其短时傅里叶变换结果准确展示了信号频率随时间的变化规律，充分证明了CCM-DAS对宽带扰动信号的高保真探测与解析能力。
(图2： (a) 10 km传感距离下解调信号的瀑布图；(b) 单频扰动信号的功率谱密度对比（传统vs CCM）；(c) 啁啾扰动信号的时域解调结果；(d) 解调啁啾信号的短时傅里叶变换结果)
深远影响：通往“通感一体”未来的关键基石
王子南团队此项突破性工作，不仅为长距离光纤DAS系统感知高频信号这一长期难题提供了高效解决方案，其提出的“数字域正交化” 核心思想，对更广泛的基于瑞利散射的信息系统具有重要的借鉴价值。更重要的是，CCM技术使得在同一根光纤、同一通信频段上高效叠加高性能传感功能成为可能，消除了构建高密度、高集成度“通信-感知融合”网络的一个关键障碍，为未来大规模“通感一体化”网络的实现奠定了坚实的技术基础。这项研究标志着光纤分布式声波传感技术迈入了一个全新的发展阶段。
