北京邮电大学团队在光通信领域具有深厚的积累：成功发射了北邮“光谱一号”，北邮“光谱二号”卫星载荷；率先提出语义光通信新范式，以 AI 提取核心语义信息并通过光载波传输，大幅提升传输效率、抗干扰能力与频谱利用率。于建校70周年之际，徐坤教授团队深度总结了语义光通信的最新进展，以“语义光通信：从地面到空天”为题在《光学学报》“北京邮电大学建校70周年”纪念专辑发表特邀综述。
文章链接：徐坤, 于振明, 黄宏宇, 王翔, 丁文博, 张威, 程黎明, 狄珈羽. 语义光通信：从地面到空天（特邀）[J]. 光学学报, 2026, 46(7): 0700001.
光通信承载了全球主要的数据传输，是数字时代的核心底座。但随着全息通信、卫星遥感、人工智能、自动驾驶等业务爆发，传统范式遭遇瓶颈。地面光纤通信容量逼近香农极限，分离式编解码传输效率低，低信噪比下性能陡降，难以适配全息、VR/AR 等大带宽、低时延需求。自由空间光通信面临大气衰减、湍流扰动等损伤，导致信号畸变、传输不稳，传统方案难以兼顾效率与可靠性。
语义通信打破“只传符号、不懂意义”的局限，将 AI 与光通信深度融合，提取并传输核心语义、剔除冗余数据，为突破光通信性能瓶颈提供全新路径。北京邮电大学团队率先开展语义光通信系统研究，推动技术从理论走向应用。
图1 通信系统的三个层次
在全息点云光纤传输方面，团队提出轻量化点云几何语义通信系统（JCMPC），采用编码调制一体化架构，从点云数据中直接提取核心语义特征进行传输，有效规避传统方案的 “悬崖效应”。实验表明，该方案在 80 km 光纤传输中仍保持高质量点云重建，抗信道损伤能力与传输稳定性大幅提升，为元宇宙、VR/AR 等全息通信场景提供核心支撑。
在采传一体语义光纤通信方面，团队首创通信与计算成像一体化（ICCI）框架，将光学信息采集、语义编码与信道传输进行联合优化，解决传统方案跨域损伤、流程繁琐的问题。实验结果显示，在无色散补偿条件下，多维光学信息传输距离从 5 km 提升至 80 km，在高噪声恶劣信道中仍能稳定恢复高光谱、高速视频等核心信息，为多维光学成像的实时高效传输提供全新技术路径。
图2（a）高光谱信息一体化采集传输结果，其中，SE表示光谱恢复误差；（b）高速视频信息一体化采集传输结果，其中，FN表示视频信息中的第N帧
针对大气湍流、信号功率微弱等自由空间传输难题，团队提出基于语义通信架构的离散时间模拟传输的自由空间光通信系统（DTAT‑FSO）。该系统采用联合信源信道编码调制（JSCCM），直接将图像语义特征映射为离散时间模拟符号，无需动态调整调制编码方式，即可自动适配信道状态变化。结果表明，在强度调制/直接检测与相干光传输场景下，系统接收灵敏度分别提升2.5 dB与0.8 dB，规避传统方案的 “悬崖效应”与“平台效应”，在低接收光功率、高动态湍流环境中仍可实现高质量图像稳定传输。
图3 当接收光功率为-10.5 dBm时三种通信方案传输图像的结果（a）Kodak数据集（b）ADE20k数据集
面向空天遥感信息高速回传需求，团队将语义光通信技术推向在轨实践。“北邮光谱二号”高光谱载荷与单载波 200 Gbps 星间激光通信载荷搭载“北邮二号、三号” 卫星成功发射，支持视频级47 波段高光谱语义信息采集与超高速数据传输。在轨试验结果表明，该系统可以清晰获取地表植被、河流、山地等场景的多波段遥感信息，并完成精准的地物分类，为卫星遥感、灾害监测、海洋观测等空天应用提供工程化支撑。
图4（a）北邮二号在轨运行状态（b）星间200 Gbps在轨试验方案图
语义光通信已实现多场景实验验证：在地面光纤通信方面，支撑数据中心互联、全息通信，降低网络负载。在空天自由空间光通信方面，增强传输系统对大气湍流损伤的鲁棒性，保障信息稳定传输，为空天地一体化网络提供核心技术。
未来，语义光通信仍可在以下方向开展深化研究：融合大模型技术，进一步提升语义提取与理解能力；完善空天信道精准建模，增强复杂环境下的系统适应性；加快语义编解码硬件化与实时化工程攻关，推动语义光通信与F6G 深度融合，最终构建空天地一体化全域智能语义光通信网络。
徐坤，北京邮电大学教授。主要从事卫星激光通信、光无线融合通信、微波光子技术、人工智能与光子神经网络、计算成像等方向研究。获国家杰出青年基金和科技领军人才计划支持，中国光学学会会士、中国通信学会会士。现任北京邮电大学校长，担任中国通信学会副理事长、中国空天信息和卫星互联网创新联盟副理事长。
来源：中国激光杂志社