什么是语义通信？张平教授详细解释了无线通信可能的“拐点”

迎接 6G “技术拐点”的可能性最大。

每一代交流的迭代都深刻地重塑着社会的面貌和人类的生活方式。 1G 语音通信到 5G 高速互联不仅是技术指标的飞跃，也是信息交互技术、产业生态学甚至社会经济结构的全面创新。现在，在全球范围内 5G 关于下一代通信技术，网络部署如火如荼。—— 6G 讨论和布局已经悄然拉开帷幕。

最近，中国工程院教授张平在论坛上发表了一篇关于论坛的文章。 6G 发展与语义信息深度融合的观点，引起了业界的高度关注。本次论坛，张平不只是把目光集中在眼睛上。 6G 技术本身具有物理层的特点，如高速、低延迟、广连接等。，而语义信息的前沿技术是如何以简单的方式讨论的？ 6G 相互融合，这种视角的提出，无疑是为了 6G 发展开辟了一个全新的水平，这意味着未来的通信不仅仅是数据传输，更是一种智能、高效、理解的信息交流和处理。

鉴于此，《通讯产业报(网)全媒体记者在此采访了张平教授，希望从通信领域权威专家的角度，进一步“拆解”语义信息。 6G 时代的重要作用和潜在价值。

6G 进行时

目前，移动通信已经成为促进社会发展最重要的基础设施之一。它就像一张无形的网，将人与人、人与世界紧密联系起来。路过 30 经过多年的快速发展，我国移动通信网络已覆盖城乡，移动用户遍布老少，基本实现了随时随地交流的理想。

从 1G 到 5G，每一代通信技术的迭代都带来了显著的通信能力提升，中国也借此机会成为移动通信领域的世界大国。到目前为止 2024 年 8 月份，我国建成了世界上规模最大、技术领先的网络基础设施，5G 基站数量超 400 万座，千兆宽带接入客户达到客户 1.9 亿户实现“城市通千兆，乡村通千兆” 5G、村庄通宽带"。

当技术发展永无止境时， 5G 当商业部署如火如荼的时候， 6G 讨论和布局已悄然进行。我国“十四五”数字经济发展规划明确提出前瞻性布局 6G 网络技术实力，增长 6G 技术研发支持力度，积极参与推动 6G 国际标准化工作。这足以说明国家正在进行。 6G 重视和期待发展。

6G 发展，不仅仅是技术升级，更是对未来网络需求的深刻洞察和积极响应。从网络自身发展的需要来看，低碳节能、低成本自动运维、端到端的网络弹性和敏捷性、平衡的上下链路能力和全网一致的业务体验都是 6G 必须面对和处理的考验。与此同时，对新业务和新场景的需求也越来越多样化，包括系统化、互动内容和形式多样化、业务开放和定制化、多维能力拓展等。 6G 提出了更高的要求。此外，网络结构、内部智慧、内生安全、开放开源等技术趋势。跨境紧密结合，云原生也使得 6G 发展更加多样化。

张平表示，6G 增强感知通信一体化，AI 通信一体化和泛在于连接三大应用领域，这将大大提高传统通信性能，如通信效率、延迟和连接数。然而，这也带来了可持续发展、多元素整合、业务能力按需供给、空中世界一体化全球覆盖等挑战。尤其是通信和 AI 组合，更是如此 6G 发展中的一个关键问题。

尽管有很多挑战，但是 6G 但意义不容小觑。张平指出，6G 具有前瞻性、创新性、颠覆性、结合性等特点，是基础性、先导性的未来产业。它将全面构建万物智联的新一代信息网络基础设施，是发展新生产力的重要战略支撑。6G 不仅是 5G 继承和发展将是多领域技术融合的转变。这将超越传统的通信范围，通过通信、感知、智能、计算和数据的整合，实现一切服务。

语义信息：发现 6G 精确切面技术

回顾过去，手机曾经只是通话工具的设备，现在已经成为人们生活中不可或缺的一部分。相关数据显示，中国大多数人每天使用手机的频率高达 221 次，55% 人们几乎从不关闭手机，手机的快速发展也见证了我们进入了一个新的信息时代。

然而，随着信息技术的快速发展，现有的经典通信技术正逐渐接近其理论极限，面临着技术的“天花板”，如容量增加困难、覆盖成本高、系统能耗高等。如何突破这一限制已经成为业界普遍关注的问题。在这种背景下，6G R&D和技术探索尤为重要。

6G 技术进化面临可持续发展的挑战需求

根据张平的介绍，经典的通信处理数据的方法是“模块化”，这是一种通过资源堆叠来提高网络性能的方法，导致通信系统复杂度迅速上升。但与经典通信不同，通信与智能融合的新通信技术提出了以“端到端”贯通提升代替“模块化”分离提升的新思路。这种方法可以通过更简单的网络结构显著提高通信系统的整体性能，为突破当前的技术瓶颈提供了可能。

实际上，6G 如何满足可持续发展的需要，特别是在频谱效率和香农信道容量方面，技术演进面临着一个难题。假设 6G 支持更高级别的调制方法，例如 1024QAM 调配，单天线频谱效率接近 10bps/Hz。然而，这也对传统的编码和调制技术提出了更高的要求。为了应对这一挑战，研究人员开始探索在通信系统设计中应用人工智能算法。

其中，Hoydis 人们试图将传统空口的所有模块连接起来，并使用人工智能进行整体研究。然而，除了成本和复杂性的增加，这种方法的增益并不明显。为了找到更有效的解决方案，研究人员开始将发射机、通道和接收器构建成深度神经网络。并且基于结构器 - 与人工智能算法相结合的评估器框架设计纠错码。尽管这种方法在性能上超越了经典代码，但是增益仍然有限。

但是，通信与智能的结合并非简单的技术积累。实际上，通信是对的 AI 理论贡献也不容忽视。交叉熵函数直接来自信息理论，用于衡量数据分布与真实分布的差距。深度学习中的各种任务可以看作是信息理论指导下的优化设计，即神经模型拟合的数据分布接近真实分布的过程。因此，通信与智能的结合不仅是技术创新，也是理论突破。

香农信道的容量和高斯信道的语义信道容量

所以，在张平看来，作为通信与人工智能深度融合的核心技术，语义通信正逐步成为未来通信的“拐点技术”。作为基础理论的突破，语义信息论揭示了语义通信的基本假设和同义特征。

通过同义投射，语义通信可以大大提高通信系统的频谱效率。在 S 接近 2 在语义通信的条件下， 6G 理论上，单天线频谱效率需要什么？ Eb/N0 能够降到 4G 以下。

模分多址除语义通信外， ( MDMA ) 也是 6G 一个关键的技术创新。MDMA 从语义的角度，以模型的方式提取信源的高维信息，从而构建一个针对多模态信源和信道特征的模型信息空间。这种基于智能技术赋能的新型多址方式，充分利用了信源信道的语义域特征。 6G 多客户技术区分提供了新的解决方案。

张平团队建立了第一个国际通信与智能融合的团队。 6G 外场试验网。

现在，为了验证这些关键技术的可行性，张平团队已经建立了第一个国际通信与智能融合的团队 6G 外场实验网。基于真实的无线环境，实验网完成了端到端语义通信能力的实验验证，支持多客户组网传输验证，模分多址、联合编码等关键技术。通过实际外场验证，研究者发现，语义通信可以在 4G/5G 链接上达到 6G 传递能力，谱效综合提高近近 10 倍。

这个结果不仅得到了验证 6G 技术的可行性，也为今后通信技术的发展提供了新的思路。

张平表示，新一代通信技术需要探索新的途径，要从“堆叠式创新”走向“颠覆性创新”。通信与智能的深度融合将是通信技术进化的重要方向。人工智能将提高通信的感知能力和语义理解能力，泛在通信中。 6G 同时将人工智能的触角延伸到各个领域的各个角落。二者结合将加快数字经济形成新的业态，为未来的社会发展注入新的活力。

“智简”创造新的生产力

本质上，新的生产力是由技术革命性突破、生产要素创新设备、产业深度转型升级而诞生的，具有高科技、高效率、高质量特点的先进生产力质量。

在数字时代，随着生产力构成要素的数字化、网络化、智能化变革，以互联网、云计算、大数据、人工智能为代表的新一代信息通信技术人群的突破和交叉演变，促进了经济发展模式和社会运行模式的深刻变化，加速了生产力的新质量转变。

早在 2022 年，张平便提出保持战略定力和科技自信，走“智简”自主创新路线。以构建“智能简化”通信系统为核心理念，从基础理论创新、垂直应用创新、规范布局等方面进行统筹推进。，从而促进创新链与产业链的高效衔接，赋能移动通信可持续发展。

其中，推动“智简” 6G 规范布局。面对 6G “专而精”的系统设计与实现面临着巨大的挑战，如全覆盖、全频带、全应用等。需要引导“智简”自主创新理念。 6G R&D和标准化工作，构建具有中国特色和核心竞争力的“智能简化”技术体系和创新生态，加强中国在移动通信领域的全球领先水平。

通信和网络领域需要实现互联互通，标准是技术商业化的基石。现在，6G 在全球范围内，技术研发与标准化工作进入关键窗口， 6G 该研究已从“愿景需求定义”进入“核心技术收敛和预规范化”阶段。3GPP 已逐步启动 6G 制定国际标准工作，将来 3~5 2008年是技术突破和产业培育的关键时期，而且语义通信的核心技术已成为 6G 备选核心技术是标准化组织所关注的，促进成立 IMT-2030 语义交流任务组，成员超过 30 家庭，共同推进面向 6G 国际标准化工作。

对于这一点，张平提出了四点建议。

第一，保持战略定力，占领标准高地。推动 6G 与智能相互赋能，实现国内外 6G 标准一体化推进。加强多边互利共赢机制，以技术水平和国际影响力建立新的“竞争合作”关系，促进中国主导的全球化 6G 标准。

第二，突破核心技术，构建自主生态。以智能通信结合、星地通信等关键技术为重点，加强我国科研优势， 6G 推进以语义通信为基础的智简基础理论创新体系建设，加强智简垂直领域的应用创新，构建智简垂直领域 6G 独立可控生态。

第三，促进建设 6G 实验网络，培养产业生态。推动建设国际化的目标 6G 联合研发、测试验证环境，整合创新资源，开展产业共性关键技术研发、科技创新转型和产业化，减少 6G 研究门槛，促进跨领域、大合作、高强度创新合作。

第四，帮助新的生产力，支持数字经济。提升 6G 社会主义现代化发展中的战略定位， 6G 培养“神经网络”作为链接数据元素、生产元素和新生产力的“神经网络”， 6G AI 新的应用领域和服务模式等未来应用。

采写：党博文

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