我国6G关键技术新突破！张平院士：基于语义通信，可在4G链路上实现6G传输能力

北京邮电大学教授、中国工程院院士张平

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作者 | 张雅婷

运营编辑 | 王一晴

“我们提出的语义信息论，弥补了基础理论的短板，让中国跟其他国家站在同一起跑线上。”

近日，在“信息论：经典与现代”学术研讨会上，北京邮电大学教授、中国工程院院士张平对外介绍了关于语义信息论方面的理论突破、语义通信的关键技术。

基于语义信息论，张平院士团队搭建了国际首个面向6G通信与智能融合的外场试验网。该试验网验证了语义通信在4G链路上可以达到6G传输能力，语义信道容量突破了香农极限对通信系统的禁锢，在三项通信核心基础指标上均获得10倍的性能提升。

张平院士告诉搜狐科技，语义通信技术落地没有困难，实验证明了理论是可行的，现在就是需要被大规模采用，希望成为6G国际标准，让同行认可它的先进性。

如何突破经典理论极限？

1948年，克劳德·香农发表的经典论文——通信的数学理论，标志着信息论的诞生。在信息论以及香农公式的基础上，通信技术不断发展。

不过，经典信息论指导下的通信技术已经逐步逼近理论极限，如何突破经典理论极限是整个业界都关注的重大科学问题。

张平院士向搜狐科技表示，在过去通信系统发展思路中，比如从4G到5G带宽宽了，传输的速率高了，就要增加多个天线，这样做下去对芯片制程的要求更高，功耗也更高。

“我们现在5G基站已经消耗的能量，相当于几个三峡大坝所消耗的能量，如果再按照过去的发展思路，消耗的资源就更多了。”

按过去的发展思路已经到头了，通信产业需要新的拐点技术，在现有芯片制程以及资源支撑能力下，找到一条新的发展道路。

为此，张平院士团队提出现代语义通信，并将之视为6G发展的关键技术。

不同于强调数据本身的传统通信，语义通信是强调“先理解，后传输”的通信新范式，关注的是信息的“意义”或“语义”内容的传输和理解。

与传统通信相比，语义通信系统有更高的传输效率。由于仅传输重要的语义信息而不是全部信息，因此语义通信对传输带宽需求较低，可以提升传输可靠性和传输容量，进而提升无线传输效率。

据了解，张平院士团队的重要论文《语义通信的数学理论》，揭示了同义性是语义信息的本质特征，从同义映射这一核心概念出发，建立完整的语义信息理论框架，扩展了通信系统的理论极限。

张平院士认为，这一理论实现的是从0到1的突破。

“我们国家产业发展是倒三角形的，应用很好、设备也很好，但到器件、操作系统就越来越差，没有一个自己提出来的完整的基础理论。我们今天提出的基础理论，弥补了这一点，让这个竞争不是三角形，而是正方形，跟别人是站在同一起跑线。”

在语义通信研究中，张平院士团队提出了语义基、非线性变换编码、模分多址(MDMA)、语义全双工(SDD)等语义通信关键技术，这些技术将在语义通信系统设计中，发挥重要的支撑作用。

抢占6G制高点

目前，6G发展正处于愿景需求和关键技术遴选的窗口期。

根据3GPP分享的6G标准时间表，2024年9月将启动6G业务需求研究，2025年6月启动6G技术预研，2027年上半年启动6G标准制定，2029年完成6G基础版本标准。

据张平院士介绍，现代语义通信关键技术已经成为6G标准化组织关注的候选技术，目前国家已成立了针对语义通信国际标准化的任务组，运营商、设备商、终端厂商等国际国内30余家单位积极参与，完成的技术提案已超过60项。

在语义信息论指导下，张平院士团队已经搭建了国际首个面向6G通信与智能融合的外场试验网。

据介绍，该试验网验证了语义通信在4G链路上可以达到6G传输能力，语义信道容量突破了香农极限对通信系统的禁锢，在三项通信核心基础指标(容量、覆盖、效率)上均获得10倍的性能提升。

目前，上述研究成果已经形成了从基础理论、关键技术到实验验证的完整体系。并且这一技术已在沉浸式视频传输、无人车联、无人机网络、泛在连接卫星通信及大规模物联网等场景验证了其优异的性能。

张平院士向搜狐科技表示，语义通信技术的重要性，就像OFDM技术在4G里边一样，一开始也是在北邮实验室做的实验系统，后来运营商认为它是可行的，很快将其变为了商用系统。

而现在，相关实验表明，语义通信技术的落地没有困难，理论是可行的，现在需要的是被大规模采用，成为6G国际标准。

张平院士介绍称，现在正在推6G标准第一版，最快的话可能到2028年左右，很多6G关键技术面向实际应用的原理、样机就都可以出来。

“语义通信技术是对资源最大的节省”

在5G向6G的技术演进中，如何突破芯片制程限制，是行业共同关注的问题。

比如，中国工程院院士邬贺铨曾提到，6G的研究离不开集成电路技术，6G对芯片的要求比5G高得多，需要有创新的思路，能够在芯片制程工艺受限的情况下，实现6G的技术标准以及6G网络的开放。

现代语义通信关键技术，是否会受到芯片制程的制约？据张平院士透露称，现在实验用的都是国产算力，一开始研究这个问题就是想“另辟蹊径”，不受芯片制程的制约。

他表示，目前基于语义通信，已经可以做到基于4G链路实现6G的传输能力，4G最主要的好处就是对芯片要求没那么大。

“语义通信技术实际上是对资源最大的节省，我们在全球是第一个将人工智能引入6G网络，对功耗、芯片要求都没有那么大。”

而人工智能在算法、算力、数据方面巨大进步，能够提取图像、文本、语音的语义信息，也使语义通信在工程层面成为可能。

不过，大模型在无线通信领域能不能用，仍然是值得商榷的问题。“通信需要考虑成本、便携性，不能背一个大模型到处去跑，所以我们这个模型可能是小模型、微模型。”

与此同时，张平院士也指出，语义通信在无人机、元宇宙等领域解决了智能体最基本的通信问题。

他表示，在智能时代，不再是人与人之间的理解，还包括机器，机器的智能是我们要辅助的，要教会机器去懂语言是一个很复杂的过程。“语义通信解决了人工智能在通信里边最后一公里的问题，能够把模型、含义这些信息最高的形态，通过通信的手段传递。”