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信息技術(shù)的飛速發(fā)展，讓人們的生活日新月異。從1G到5G的每一次技術(shù)升級，都帶來了翻天覆地的變化。如今，6G的呼聲日益高漲，而在這場技術(shù)革命的前沿，語義通信技術(shù)嶄露頭角。北京郵電大學(xué)教授、中國工程院院士張平及其團(tuán)隊(duì)，正是這一領(lǐng)域的先行者和開拓者。

1948年，克勞德·香農(nóng)發(fā)表了《通信的數(shù)學(xué)理論》，標(biāo)志著信息論的誕生。香農(nóng)公式為現(xiàn)代通信奠定了基礎(chǔ)，使得通信技術(shù)在過去幾十年里迅猛發(fā)展。隨著科技的發(fā)展，經(jīng)典信息論的局限性逐漸顯現(xiàn)出來，通信系統(tǒng)正逼近理論極限。如何突破這一極限，成為整個(gè)通信業(yè)界共同關(guān)注的科學(xué)難題。


張平院士團(tuán)隊(duì)提出的語義信息論，為這一難題提供了一條全新的解決路徑。與傳統(tǒng)信息論不同，語義信息論不僅關(guān)注數(shù)據(jù)的傳輸，還強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的“意義”或“語義”內(nèi)容。換句話說，語義信息論更關(guān)注信息傳輸?shù)睦斫夂吞幚?，而不僅僅是數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳遞。


基于語義信息論，張平院士團(tuán)隊(duì)搭建了國際首個(gè)面向6G通信與智能融合的外場試驗(yàn)網(wǎng)。該試驗(yàn)網(wǎng)驗(yàn)證了語義通信在4G鏈路上可以達(dá)到6G傳輸能力，這一突破使得語義信道容量超越了香農(nóng)極限，提升了通信系統(tǒng)的容量、覆蓋和效率等核心指標(biāo)，性能提升達(dá)十倍之多。


語義通信技術(shù)的實(shí)驗(yàn)證明了其可行性。與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，語義通信具有更高的傳輸效率和可靠性。由于只傳輸重要的語義信息而不是全部信息，語義通信對傳輸帶寬的需求較低，大大提高了傳輸效率。在實(shí)際應(yīng)用中，這一技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于沉浸式視頻傳輸、無人車聯(lián)、無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)等場景，展示出其強(qiáng)大的潛力。


6G的發(fā)展正處于關(guān)鍵技術(shù)遴選的窗口期。根據(jù)3GPP分享的6G標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間表，2024年9月將啟動6G業(yè)務(wù)需求研究，2025年6月啟動6G技術(shù)預(yù)研，2027年上半年啟動6G標(biāo)準(zhǔn)制定，2029年完成6G基礎(chǔ)版本標(biāo)準(zhǔn)。張平院士介紹，現(xiàn)代語義通信關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成為6G標(biāo)準(zhǔn)化組織關(guān)注的候選技術(shù)，國內(nèi)外多家單位積極參與了技術(shù)提案的提交。


在6G的發(fā)展進(jìn)程中，芯片制程的限制是一大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)通信技術(shù)對芯片制程要求高，導(dǎo)致能耗大、成本高。張平院士團(tuán)隊(duì)提出的語義通信技術(shù)，通過“先理解，后傳輸”的新范式，顯著降低了對芯片制程的依賴，實(shí)現(xiàn)了在4G鏈路上達(dá)到6G傳輸能力。這一技術(shù)突破，為通信系統(tǒng)的低功耗、高效率發(fā)展提供了新的可能。


人工智能的飛速發(fā)展，為語義通信提供了強(qiáng)有力的支持。通過先進(jìn)的算法和算力，人工智能能夠有效提取圖像、文本和語音的語義信息，使語義通信在工程層面成為可能。張平院士也指出，通信需要考慮成本和便攜性，大模型并不適用于無線通信領(lǐng)域。因此，小模型、微模型將成為語義通信實(shí)際應(yīng)用中的主要形式。


語義通信在智能時(shí)代的應(yīng)用前景廣闊。無人機(jī)、元宇宙等領(lǐng)域的智能體之間的通信需求日益增加，語義通信可以有效解決這些智能體之間的通信問題。在智能時(shí)代，不再僅僅是人與人之間的理解，還包括人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器之間的理解。語義通信通過傳遞模型和含義等信息，解決了人工智能在通信中的最后一公里問題。

語義通信技術(shù)的資源節(jié)省優(yōu)勢不可忽視。與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，語義通信大幅減少了帶寬需求和能耗。張平院士團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)證明，基于4G鏈路實(shí)現(xiàn)6G傳輸能力，對芯片制程的要求大大降低，體現(xiàn)了語義通信技術(shù)在資源利用上的高效性和可行性。

在國家層面，語義通信技術(shù)得到了廣泛支持。目前，國家已成立了針對語義通信國際標(biāo)準(zhǔn)化的任務(wù)組，運(yùn)營商、設(shè)備商、終端廠商等多家單位積極參與，完成了大量技術(shù)提案。語義通信技術(shù)在未來有望成為6G國際標(biāo)準(zhǔn)，推動我國在通信領(lǐng)域的國際競爭力。

語義通信技術(shù)的提出，不僅是從0到1的理論突破，更是我國在通信基礎(chǔ)理論上的重要進(jìn)展。張平院士指出，過去我國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)倒三角形結(jié)構(gòu)，應(yīng)用和設(shè)備較為先進(jìn)，但在基礎(chǔ)理論和操作系統(tǒng)等方面相對薄弱。語義通信理論的提出，使我國在通信基礎(chǔ)理論上站在了國際前沿，推動了產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展。


張平院士團(tuán)隊(duì)的重要論文《語義通信的數(shù)學(xué)理論》，詳細(xì)揭示了語義信息的本質(zhì)特征，建立了完整的語義信息理論框架。這一理論突破了傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的理論極限，為未來通信技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和方向。

在語義通信研究中，張平院士團(tuán)隊(duì)提出了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，包括語義基、非線性變換編碼、模分多址(MDMA)、語義全雙工(SDD)等。這些技術(shù)在語義通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要的支撐作用，推動了語義通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展。


總結(jié)來看，語義通信技術(shù)的提出和發(fā)展，是我國通信技術(shù)領(lǐng)域的一次重要突破。張平院士團(tuán)隊(duì)通過理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了語義通信技術(shù)的可行性和先進(jìn)性。未來，隨著6G標(biāo)準(zhǔn)的制定和推廣，語義通信技術(shù)有望成為通信領(lǐng)域的核心技術(shù)，推動我國在全球通信技術(shù)競爭中占據(jù)有利地位。正如古人所言，“工欲善其事，必先利其器”，語義通信技術(shù)的成功，為我國通信技術(shù)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和廣闊的前景。