中國工程院院士張平：語義通信是未來通信“拐點(diǎn)技術(shù)”

9月25日消息（苡臻）在昨日舉辦的“未來啟航·6G創(chuàng)新發(fā)展論壇”上，中國工程院院士，北京郵電大學(xué)教授，中關(guān)村泛聯(lián)院院長張平發(fā)表題為“ComAI:6G的愿景、技術(shù)及踐行”的主題演講。

他表示，移動(dòng)通信已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，經(jīng)過三十多年的發(fā)展，我國的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋城鄉(xiāng)，移動(dòng)用戶遍及老幼，已基本實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)溝通的夢想。

從1G無線通話、2G語音與短音普及低數(shù)數(shù)據(jù)、3G智能手機(jī)普及、4G手機(jī)上網(wǎng)普及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用繁榮，到5G萬物互聯(lián)，通信能力一直在增加。過去業(yè)界關(guān)注更多的是寬帶、高速，未來可能更加關(guān)注高效。

當(dāng)前，對于6G的發(fā)展和需求依然十分旺盛，國際國內(nèi)的形勢、戰(zhàn)略需求、產(chǎn)業(yè)生態(tài)上發(fā)生了一些變化，對網(wǎng)絡(luò)自身發(fā)展的趨勢需求、新業(yè)務(wù)新場景的需求、技術(shù)發(fā)展趨勢的需求更加多元化。6G已經(jīng)成為國際上大部分國家以及我國的重要發(fā)展策略，我國已有很多前瞻布局6G技術(shù)儲(chǔ)備，各個(gè)部委加快了6G方面的布局。

張平指出，6G增加了感知通信一體、AI通信一體和泛在連接三大應(yīng)用場景。相對5G，6G技術(shù)演進(jìn)面臨一些未知的挑戰(zhàn)：一是通信性能大幅提升，可持續(xù)發(fā)展成為挑戰(zhàn)。6G在通信效率、時(shí)延和連接數(shù)等傳統(tǒng)通信性能在質(zhì)量上將大幅提升。二是多要素融合，尤其是通信與AI的融合是關(guān)鍵難題。需要通過通信-感知-計(jì)算-人工智能-數(shù)據(jù)-安全等要素的深度融合。三是業(yè)務(wù)和能力的按需供給，按需的定制化和個(gè)性化服務(wù)與剛性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為矛盾。四是空天地一體全域覆蓋。6G包含多樣化的接入網(wǎng)，如移動(dòng)窩、衛(wèi)星通信無人機(jī)通信、可見光通信等，將構(gòu)建空天地一體化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的全球無縫覆蓋。

但是未來的6G場景是誘人的。例如，數(shù)字孿生人，治疑難雜癥；超能交通，解決交通擁堵；智能機(jī)器人，服務(wù)人口老齡化。從這些方面看，6G作為基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性未來產(chǎn)業(yè)，具有前瞻性、創(chuàng)新性、顛覆性、融合性等特點(diǎn)，將全面構(gòu)筑萬物智聯(lián)的新一代信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，是發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的重要戰(zhàn)略支撐。

張平指出，6G研究已從“遠(yuǎn)景需求定義”進(jìn)入“關(guān)鍵技術(shù)收斂和與標(biāo)準(zhǔn)化”階段。3GPP已逐步啟動(dòng)6G國際標(biāo)準(zhǔn)制定，未來3～5年是技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)培育的關(guān)鍵時(shí)期，還需做很多準(zhǔn)備。

極為重要的是可持續(xù)發(fā)展需求與寬帶矛盾的問題。頻譜效率從1、2、3、4、5G到6G的頻譜使用率和功耗是一個(gè)矛盾，頻譜效率越大，功耗越大?！跋戕r(nóng)線是一條走向崩潰的道路，對我們思想是一個(gè)束縛，要突破這個(gè)必須找到拐點(diǎn)技術(shù)?！?/p>

Hoydis等將傳統(tǒng)空口各模塊連接起來，提出用人工智能進(jìn)行整體研究，但除了成本和復(fù)雜度的增加，增益是非常有限的。

所以需要對通信過程進(jìn)行反思。如果說不能簡單拿人工智能方法設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)，那么人工智能到底怎么做呢？

張平認(rèn)為，AI應(yīng)該突破對香農(nóng)的理解。語義信息是通信與人工智能融合的關(guān)鍵，借助語義信息，通信融合AI將實(shí)現(xiàn)“最后一公里”的目標(biāo)，推動(dòng)無線AI、具身智能等應(yīng)用的成熟與普及。

據(jù)了解，張平團(tuán)隊(duì)日前在《通信學(xué)報(bào)》上發(fā)表的《語義通信的數(shù)學(xué)理論》建立了語義信息理論的數(shù)學(xué)框架，是經(jīng)典信息論的自然延伸。論文提出兩個(gè)語義通信的基本假設(shè)：一是語法表征性，即任意可觀察信息都是語法信息，語義信息表征必然依賴于語法信息；二是語義同義性，即同義性是語義信息根本特征，同義映射是語義到語法映射的基本方式。最后通過縝密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，證明語義通信容量突破了經(jīng)典。

張平強(qiáng)調(diào)，語義通信是未來通信的“拐點(diǎn)技術(shù)”。基于同義映射，語義通信可以大幅度提高通信系統(tǒng)的頻譜效率，在S接近2條件下，通過語義通信實(shí)現(xiàn)6G單天線頻譜效率理論上所需的E,/N,可以降至4G以下。

演講最后，對于我國發(fā)展6G，張平提出四點(diǎn)建議。一是保持戰(zhàn)略定力、搶占標(biāo)準(zhǔn)高地。推動(dòng)6G與智能互相賦能，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)國際6G標(biāo)準(zhǔn)一體化推進(jìn)。加強(qiáng)多邊合作共贏機(jī)制，以技術(shù)實(shí)力、國際影響力構(gòu)建新型“競合”關(guān)系，促進(jìn)達(dá)成我國主導(dǎo)的全球6G標(biāo)準(zhǔn)。

二是突破核心技術(shù)、構(gòu)建自主生態(tài)。圍繞我國科研優(yōu)勢，聚焦智能通信融合、星地通信等關(guān)鍵技術(shù)，加強(qiáng)6G基礎(chǔ)理論建設(shè)，推進(jìn)基于語義通信的智簡基礎(chǔ)理論創(chuàng)新體系，加強(qiáng)智簡垂直行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新，構(gòu)建6G自主可控生態(tài)。

三是引領(lǐng)建設(shè)6G試驗(yàn)網(wǎng)、培育產(chǎn)業(yè)生態(tài)。引領(lǐng)建設(shè)國際化的面向6G的聯(lián)合研發(fā)、測試驗(yàn)證環(huán)境，整合集聚創(chuàng)新資源，開展產(chǎn)業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、科技成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化、降低6G研究門檻，促進(jìn)跨領(lǐng)域、大協(xié)作、高強(qiáng)度的創(chuàng)新合作。

四是助力新質(zhì)生產(chǎn)力，支撐數(shù)字經(jīng)濟(jì)。提高6G在社會(huì)主義現(xiàn)代化進(jìn)程中的戰(zhàn)略定位，將6G作為鏈接數(shù)據(jù)要素、生產(chǎn)要素、新質(zhì)生產(chǎn)力的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，培育6G+AI全新應(yīng)用場景和服務(wù)模式等未來落地應(yīng)用。

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