近日，中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院李响教授团队在国际知名光学期刊《Optics Express》发表了题为“Efficient segmented power control for C+L+S ultra-wideband fiber transmission using CMA-ES”的研究论文。该研究针对超大容量光通信中的功率分配难题，提出了一种高效的分段功率优化策略，为未来高速光通信网络的建设提供了重要技术支撑。
随着全球数据流量的持续爆炸式增长，传统C波段光纤传输系统正逼近其基础容量极限。为满足未来长距离、大容量通信的需求，开发涵盖C+L+S波段的超宽带（UWB）光纤传输技术成为了业界备受瞩目的解决方案。然而，在极宽的频谱范围内，信道间受激拉曼散射（ISRS）效应会被显著放大，造成各频带信噪比失衡，也使得系统性能对入纤功率的分布极其敏感。该研究团队提出了一种结合协方差矩阵自适应进化策略的高效分段功率优化方法。该方法在极小幅增加变量维度的同时，充分发挥了CMA-ES在处理非线性非凸问题上的强悍全局搜索能力与极速收敛优势。
团队在10×100公里的长途C+L+S超宽带传输系统模型上进行了全面的实验验证，重点攻克了“单信道800 Gb/s的信噪比（SNR）平坦度优化”与“系统总容量最大化”两大实际工程目标。在平坦度优化方面，分段优化策略表现出众，成功将全频段的SNR波动抑制在仅0.335 dB，同时确保了所有传输信道的速率均稳稳保持在800 Gb/s以上。在容量最大化测试中，该系统成功实现了高达161.9 Tb/s的总吞吐量。实验进一步证实，相较于传统的粒子群优化（PSO）算法，CMA-ES算法在保证同等优化质量的前提下，收敛速度实现了显著跃升。此外，研究指出若结合三角近似方法，可将容量优化的计算效率提升惊人的51倍，但该近似方案仅适用于容量最大化场景，无法满足平坦度优化的严苛要求。
图1平坦度优化实验结果 (a)发射功率分布，(b)容量分布，(c)信噪比波动值，
(d)最小数据速率和(e)计算时间。（图例中“D-XX”为优化维度）
图2容量优化实验结果 (a)发射功率分布，(b)容量分布，(c)信噪比波动值，
(d) 收敛曲线和(e)计算时间。（图例中“D-XX”为优化维度）
图3数值拉曼解（RK+NLR）、三角近似（Tri-approx）和均匀发射功率基线（Flat power）的比较
（a - c） 800 Gb/s平整度目标下的结果：(a)信噪比分布，(b)纹波，(c)计算时间；
（d - f）吞吐量最大化目标下的结果：(d)信噪比分布，(e)总吞吐量，(f)计算时间
该研究表明，基于CMA-ES算法的分段功率优化策略，能够以极低的计算开销实现超大带宽光网络下的高维功率精准分配。这不仅有效缓解了拉曼散射带来的负面影响，更为未来大规模超宽带光纤传输系统的实际部署和性能权衡提供了高效、灵活的理论指导与技术方案。
论文第一作者为中国地质大学（武汉）机电学院博士生龚淼，通讯作者为中国地质大学（武汉）机电学院李响教授，研究得到了国家自然科学基金项目（62575270）、湖北省重点研发项目（2024BAB004），湖北省光学基础开放项目研究中心的资助。
论文引用：GONG M, HU X, LI X, et al. Efficient segmented power control for C+L+S ultra-wideband fiber transmission using CMA-ES [J]. Optics Express, 2026, 34(5): 7943-7956.
