张平院士丨《全球首个面向6G智能通信融合外场试验网》入选2026全国优质科普作品征集活动

喜报

近日，中国科协官网发布“全民科学素质纲要实施工作办公室关于公布2026全国优质科普作品征集活动入选作品的通知”。经广泛征集、申报推荐、集中评审等规范环节，最终评选出2026全国优质科普作品征集活动入选作品。

入选的作品紧扣新时代公众科普需求，涵盖基础研究、前沿科技、民生服务等重点领域，包括科普图书、科普文章、科普视频、科普文创、科普智能体等12种类型。 其中，由张平院士撰写的科普文章《全球首个面向 6G 智能通信融合外场试验网》成功入选。

从5G到6G实现万物智联

移动通信技术的发展史，就是一部人类社会数字化转型的缩影。从 1G 的语音通话，到 2G 的短信服务，再到 3G 的移动互联网接入和 4G 的高速数据传输，每一次技术跃迁都带来了全新的应用场景和商业模式。如今，5G 网络已在全球范围内大规模部署，其大带宽、低时延、广连接的特性正在赋能智慧城市、工业互联网、自动驾驶等新兴领域。

然而，随着数字经济的蓬勃发展，当前的 5G 网络已逼近经典信息论的理论极限，在容量、时延、能效等方面难以满足未来需求。特别是无人设备、机器人等新型通信对象的涌现，催生了大量新型通信需求，传统通信方式显得力不从心。

如在工业领域，机械运动控制（响应时间 <1ms、控制精度为 99.99999%）、XR（响应时间 <10ms、带宽要求为 1~3Git/s）等有着特殊的时延及带宽要求，5G 难以满足。在能源领域，5G 的系统耗能较高，而优化自身能源系统的空间有限。在农业领域，5G 因建设成本较高而不能满足农场、草场、近海渔场等广阔区域无缝覆盖的需求；受限于大数据等信息技术的发展程度，现阶段 5G 也不能满足农产品全流程信息溯源的需求。

正是在这样的背景下，对 6G 的研发需求被提上日程，要实现通信与感知、计算、控制的深度耦合，从服务于人、人与物扩展到支撑智能体的高效互联，驱动万物互联到万物智联的跃迁，让信息应用进一步从真实世界扩展至虚拟世界，信息交互对象从“人—机—物”扩展至“人—机—物—灵”，支持实现“万物智联、数字孪生”的社会发展愿景。

突破经典通信理论，验证6G新范式

传统移动通信依赖“香农定理”和物理层资源扩展，而 6G 需突破理论极限，北京邮电大学、中关村泛联移动通信技术创新研究院、鹏城实验室、咪咕文化科技有限公司等多家团队联合建设了面向 6G 智能通信融合外场试验网（见图 1），通过试验实现了以下突破。

图 1 面向 6G 智能通信融合外场试验网（北京邮电大学海淀校区）

（1）提出了语义信息论的原创理论体系

从认识论观点看，信息分为 3 个层次：语法、语义和语用。经典信息论只研究语法信息，在研究范畴、研究层次与研究维度方面存在局限，从而限制了信息与通信系统性能的持续提升。扩展信息研究的层次，从语法信息深入语义信息，为通信系统优化提供新的研究角度。

语义通信（Semantic Communications），是指从信源中提取语义信息并编码，在有噪信道中传输的通信方式。传统的语法通信，要求接收端译码信息与发送端编码信息严格一致，即实现比特级的无差错传输。而语义通信与之相反，并不要求译码序列与编码序列严格匹配，只要求接收端恢复的语义信息与发送语义信息匹配即可。由于放松了信息传输的差错要求，语义通信有望突破经典通信系统的传输瓶颈，为6G 移动通信提供新的解决思路。

面向 6G 移动通信的语义通信系统如图 2 所示，在发送端，信源产生的信息首先送入语义提取模块，产生语义表征序列，接着送入语义信源编码器，对语义特征压缩编码，然后送入信道编码器，产生信道编码序列，送入传输信道。在接收端，信道输出信号首先送入信道译码模块，输出的译码序列再送入语义信源译码器，得到的语义表征序列再送入语义恢复与重建模块，最终得到信源数据送入信宿。在语义通信系统中，信道编译码器属于经典通信系统，而语义提取与编码模块则属于语义通信系统，经典通信信道通过统计转移概率建模，而语义信道则通过语义标签之间的逻辑转移概率来建模。语义通信与经典通信最重要的差异在于，语义编码与译码模块基于海量数据训练的知识库，通过深度学习网络，提取与重建语义信息，该过程对经典信号传输提供强先验知识，有效提升传输有效性和可靠性。

图 2 面向 6G 移动通信的语义通信系统

结合试验网，项目组发现了语义信息的本质特征—同义性，引入同义映射刻画语义信息与语法信息之间的关系，提出了语义通信的系统模型，总结语义通信系统的设计准则，证明了语义无失真信源编码定理、语义信道编码定理和语义限失真信源编码定理 3 个重要的语义编码定理，验证了语义通信系统的性能优于经典通信系统。

这是对经典信息论的拓展与创新，是信息与通信基础理论的原创性突破。

（2）提出了基于语义的模分多址关键技术

面对更高的频率利用需求，在多用户接入方面，项目团队创新性地提出了基于语义模型域的模分多址技术，通过构建信源和信道特征的语义模型空间，突破了传统空时频域资源分配的限制。外场试验证明，基于模分多址的语义通信系统在低信噪比条件下，频谱效率相比传统 5G 系统提升至 2 倍；在低信噪比（SNR<5dB）下，模分多址试验系统相比传统 5G 系统可以充分保证用户信号恢复性能（PSNR>24dB），显著提升了多用户语义通信系统的资源利用率与可靠性。

（3）搭建了端到端语义通信平台验证了 6G 关键场景

本次试验搭建了国际首套语义通信端到端平台，验证了语义通信技术在 5G 链路上达到 6G 传输能力的可行性，频谱效率提升至传统方案的 7.5 倍。

该平台在沉浸式通信、6G 泛在连接等场景中进行了外场测试，证实了通信智能融合技术体系在实际应用中的性能优势。针对沉浸式通信场景，信源信道联合编码技术叠加视频编解码模块后，较传统通信方案传输带宽需求减少 63%。针对 6G 泛在连接场景，提出语义信源信道联合处理方案，实测传输容量提升4dB，显著增强了星地链路的抗干扰与深衰落能力。

抢占全球6G话语权，推动中国方案国际化

试验网的成果不仅停留在实验室，更取得了核心技术专利，加速推动了全球 6G 标准制定等一系列重要成果。

在核心技术专利方面，项目团队已申请 100 余项，已获得国家发明专利授权 10 余项，覆盖语义通信理论、模分多址、端到端系统架构等核心环节。标准方面，外场试验网为标准化工作提供了重要试验验证平台，项目团队向 3GPP、CCSA、IMT-2030 提交标准提案文稿 50 余项，牵头中国通信标准化协会（CCSA）语义通信相关标准研究项目（2022B85）已成功结项，并牵头推动成立 CCSA 语义通信方向的技术与标准推进委员会（TC630），发起成立 IMT-2030 语义通信任务组，吸引了全球 40 余家单位参与，联合推进面向 6G 的标准化工作。

基于试验网的研究，团队在国内外权威期刊和学术会议上发表论文 68 篇，对 6G 研究产生了持续的国际影响，IEEE Fellow Dusit Niyato 等国际权威学者多次引用团队成果。该成果还获得了IEEE TCCN Recognition Award（2024），标志着中国在语义通信领域的理论创新获得国际认可。

未来展望

按照国际电信联盟（ITU）的工作安排和通信产业十年一个代际的发展规律，预计 2025 年将正式启动 6G 技术标准研究，2025—2027 年完成技术研究阶段，2029 年 3 月完成第一个版本的技术规范、部分国家启动试商用，2030 年左右 6G 将逐步推进商用。

目前，世界主要的科技大国都在加快 6G 研发，例如美国积极推进合作共建 6G 研发联盟，率先开放6G试验频谱，加强太赫兹技术的研究和应用。美国《未来网络法案》（2021 年）要求，美国联邦通信委员会牵头成立由政府部门、通信公司、公共利益组织代表组成的 6G 工作组，形成 6G 标准、部署、供应链方面的共识。

欧盟委员会加强与各成员国合作，推动企业参与相关科研项目，共同开展 6G 技术创新。2022 年，欧盟启动 Hexa-X-II 项目，参与者扩展至 44 个国家和组织，旨在创建 6G 预标准化平台和系统视图，确立 6G 标准化基础。

日本加大政策引导，积极推进 6G 研发，日本《6G综合战略》（2020 年）提出了 6G 关键技术的战略目标，采取财政支持、税收优惠等举措推动 6G 技术研发和标准研究，以提高 6G 产业的国际竞争力，如2020 年设立了总额为 2200 亿日元的专项基金，支持私营部门开展 6G 技术研发；2023 年新增 662 亿日元预算，用于 6G 无线网络研究；同时加快牌照发放，自 2022 年起，日本企业可快速获得频率试验用牌照，涵盖102~1100GHz 波段。

韩国是全球最早探索 6G 的国家之一，2018 年通信主管部门即调研 6G 核心技术开发需求。《6G研发计划》（2021 年）提出，2025 年前为开展核心技术自主研发、占领全球标准制定主导地位、巩固研究及产业基础等提供公共资金支持。《韩国网络2030 战略》（2023 年）提出了“下一代网络模范国家”发展愿景，拟在 2026 年面向全球推广 6G 技术和 pre-6G 网络。

我国也高度重视 6G 研究，2019 年，国家 6G技术研发推进工作组、总体专家组成立，着力推动6G 网络的性能参数、骨干架构、关键技术研发及标准化，协调开展 6G 应用场景示范。此外，设置了多个国家重点研发计划项目，通过国际移动通信（IMT）-2030（6G）推进组协调 6G 研发创新，新兴研发机构积极构建 6G 试验平台。2022 年，我国 6G 前沿技术研究进入测试及验证的初步阶段。面向 6G 智能通信融合外场试验网已验证了语义通信的可行性，但语义信息论仍需要进一步完善，还需要产业生态的共同合作，降低实现复杂度。