許曉東：面向ComAI框架的語(yǔ)義通信空口與智簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

12月24日消息（顏翊）12月19日，以“6G通感算智融合創(chuàng)新，引領(lǐng)未來(lái)通信新潮流”為主題的第三屆6G前沿技術(shù)與趨勢(shì)論壇在北京召開(kāi)。本屆論壇由北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、中關(guān)村科技園區(qū)管理委員會(huì)指導(dǎo)，由中關(guān)村泛聯(lián)移動(dòng)通信技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用研究院（以下簡(jiǎn)稱“中關(guān)村泛聯(lián)院”）主辦。論壇歷時(shí)兩天，深度研討“6G+AI融合”“通信與算力融合”“通信與感知融合”等關(guān)鍵技術(shù)方向和發(fā)展路徑，推動(dòng)形成6G通感算智融合發(fā)展的產(chǎn)業(yè)共識(shí)。

在6G+AI融合發(fā)展分論壇上，中關(guān)村泛聯(lián)院副院長(zhǎng)、北京郵電大學(xué)教授許曉東發(fā)表演講，從空口和網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)方面，分享了面向ComAI框架的語(yǔ)義通信技術(shù)方案。

他指出，通信行業(yè)一直遵循香農(nóng)信息論，但近年來(lái)智能技術(shù)的融合為通信發(fā)展帶來(lái)了新的思路。張平院士提出的ComAI基礎(chǔ)融合框架就是自然智能與人工智能融合發(fā)展并于通信技術(shù)深度結(jié)合的產(chǎn)物，語(yǔ)義通信也是智能通信融合的典型技術(shù)。

從語(yǔ)義通信國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀來(lái)看，語(yǔ)義通信的研究已向多個(gè)方向拓展：從單模態(tài)到多模態(tài)再到跨模態(tài)，從信息恢復(fù)、重建到生成，從傳輸效率提升到沉浸交互式體驗(yàn)增強(qiáng)等，包括美國(guó)、歐洲等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)正在加快布局智能與通信融合，搶占領(lǐng)先地位。中國(guó)也成立了IMT-2030語(yǔ)義通信任務(wù)組，積極推進(jìn)面向標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)研究。

語(yǔ)義通信空口四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

許曉東表示，基于語(yǔ)義通信的ComAI新型空口可以充分利用語(yǔ)義信息的高維度特征，采用信源信道聯(lián)合處理等技術(shù)，降低傳輸帶寬需求，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)約設(shè)計(jì)，且各模塊可與傳統(tǒng)通信技術(shù)兼容。

首先是模分多址技術(shù)（MDMA），以語(yǔ)義角度以模型方式將信源高維度信息提取，進(jìn)而構(gòu)建針對(duì)多模態(tài)信源和信道特征的模型信息空間，基于智能技術(shù)賦能，充分利用信源信道語(yǔ)義域特征實(shí)現(xiàn)多用戶區(qū)分，可以有效提高上下行多用戶適配域。仿真結(jié)果表明，MDMA方案在獨(dú)立部署時(shí)較OFDM和NOMA方案有較大的性能增益。此外，將MDMA方案與現(xiàn)有NOMA方案疊加部署時(shí)，性能還可以獲得進(jìn)一步提升。

第二是語(yǔ)義模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以將語(yǔ)義通信系統(tǒng)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為語(yǔ)義數(shù)字信號(hào)，兼具信道編碼能力，在不同信道噪聲與數(shù)字調(diào)制方式下提高應(yīng)對(duì)噪聲的魯棒性。同時(shí)可以設(shè)計(jì)新的端到端離散訓(xùn)練框架，能夠在各種信道條件下高效且穩(wěn)健地收斂。基于該技術(shù)的數(shù)字語(yǔ)義通信系統(tǒng)能夠顯著降低由語(yǔ)義量化所帶來(lái)的性能損失，相較于已有量化算法，語(yǔ)義模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)具有更強(qiáng)的抗噪聲能力和魯棒性。

第三是語(yǔ)義知識(shí)庫(kù)技術(shù)，通過(guò)挖掘信源、信道及任務(wù)的語(yǔ)義知識(shí)，可以構(gòu)建多層級(jí)語(yǔ)義知識(shí)庫(kù)及輕量化部署機(jī)制，實(shí)現(xiàn)多層級(jí)語(yǔ)義信息統(tǒng)一標(biāo)識(shí)，進(jìn)而設(shè)計(jì)基于語(yǔ)義知識(shí)庫(kù)的信源信道聯(lián)合編碼方案、基于語(yǔ)義知識(shí)庫(kù)的多/跨模態(tài)語(yǔ)義傳輸，并構(gòu)建語(yǔ)義知識(shí)庫(kù)輔助的數(shù)字語(yǔ)義傳輸系統(tǒng)。

第四是語(yǔ)義級(jí)反饋重傳機(jī)制，可以結(jié)合編碼分布和信道噪聲的分布計(jì)算接收信號(hào)的語(yǔ)義互信息，通過(guò)語(yǔ)義互信息與發(fā)送編碼語(yǔ)義熵的占比大小判斷接收的信號(hào)可靠性。語(yǔ)義重傳數(shù)據(jù)時(shí)預(yù)設(shè)語(yǔ)義熵總量，按照語(yǔ)義互信息量排序進(jìn)行傳輸，直至累積傳輸?shù)幕バ畔⒘窟_(dá)到語(yǔ)義熵總量的預(yù)設(shè)比例。這一機(jī)制使得傳輸效率實(shí)現(xiàn)顯著提升，高信噪比情況下相比現(xiàn)有方案，傳輸效率大幅提高，低信噪比情況下傳輸效率平均可提升50%。

語(yǔ)義智簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

在ComAI框架面向網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)方面，許曉東介紹了智簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)概念，基于語(yǔ)義模型體系的智簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)是在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義承載模型的分發(fā)、更新與演化。智簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)包括三層架構(gòu)，語(yǔ)義信息自下而上匯聚，可逐層按需求更新模型，以適應(yīng)6G多樣化場(chǎng)景需求。他詳細(xì)介紹了語(yǔ)義智簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)的四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，包括模型傳輸、模型更新、模型切分和模型賦能網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)。

一是面向語(yǔ)義通信的高效智簡(jiǎn)模型傳輸技術(shù)，提出了時(shí)延容忍約束的模型傳輸方案，可以充分考慮語(yǔ)義模型性能及傳輸性能需求，聯(lián)合優(yōu)化模型選擇與資源分配。

二是面向模型時(shí)效性的語(yǔ)義模型更新技術(shù)，針對(duì)承載語(yǔ)義的模型更新的算力制約及模型更新質(zhì)量、推理性能等關(guān)聯(lián)因素，提出了基于時(shí)效性的模型更新技術(shù)，構(gòu)建了云-邊-端協(xié)同模型訓(xùn)練更新架構(gòu)。

三是面向語(yǔ)義通信模型切分的多路徑傳輸技術(shù)，針對(duì)模型體量過(guò)大造成終端設(shè)備難以直接運(yùn)行的難題，將模型切分為基本分量和增強(qiáng)分量，提出了基于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的模型切分多路徑傳輸方案，可以有效緩解大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)模型部署的通信負(fù)擔(dān)。

四是面向任務(wù)和語(yǔ)義感知的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分析與優(yōu)化，針對(duì)面向任務(wù)的語(yǔ)義通信需求，分析了基于邊緣服務(wù)器部署密度的語(yǔ)義模型成功部署概率，設(shè)計(jì)了面向語(yǔ)義通信的智簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)能效優(yōu)化方案。

語(yǔ)義通信正面向6G的標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)

當(dāng)前，語(yǔ)義通信關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成為6G標(biāo)準(zhǔn)化組織關(guān)注的候選關(guān)鍵技術(shù)，我國(guó)已成立了IMT-2030語(yǔ)義通信任務(wù)組，國(guó)內(nèi)外運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商、終端廠商及科研院所等成員已近40家。

許曉東介紹，我國(guó)已經(jīng)搭建了國(guó)際首個(gè)語(yǔ)義通信端到端原型平臺(tái)，基于真實(shí)無(wú)線環(huán)境實(shí)現(xiàn)了端到端語(yǔ)義通信傳輸能力的驗(yàn)證，并在本次大會(huì)期間發(fā)布了基于該平臺(tái)的視覺(jué)信息語(yǔ)義傳輸原型平臺(tái)，支持高清圖片、視頻彩鈴、2K高清視頻等多種視覺(jué)信源模態(tài)的高效傳輸。據(jù)悉，這一平臺(tái)已在中國(guó)移動(dòng)的視頻彩鈴業(yè)務(wù)中得到應(yīng)用，提升了窄帶高清的用戶體驗(yàn)，實(shí)際傳輸效率提高10%。此外，該平臺(tái)還可應(yīng)用于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的高效傳輸，實(shí)現(xiàn)了超高壓縮比和良好的接收?qǐng)D像質(zhì)量。

基于ComAI框架，北郵和中關(guān)村泛聯(lián)院率先搭建了國(guó)際首個(gè)面向6G智能與通信融合的外場(chǎng)試驗(yàn)網(wǎng)，目前正進(jìn)一步擴(kuò)大試驗(yàn)規(guī)模。他期望基于泛聯(lián)院和6G協(xié)同創(chuàng)新基地，集聚創(chuàng)新資源，打造開(kāi)放的聯(lián)合研發(fā)、驗(yàn)證環(huán)境，開(kāi)展產(chǎn)業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化，支撐未來(lái)6G更好地賦能千行百業(yè)。

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