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)未來通信新潮流”為主題的第三屆6G前沿技術(shù)與趨勢論壇在北京召開。本屆論壇由北京市科學技術(shù)委員會、中關(guān)村科技園區(qū)管理委員會指導,由中關(guān)村泛聯(lián)移動通信技術(shù)創(chuàng)新應用研究院(以下簡稱“中關(guān)村泛聯(lián)院”)主辦。論壇歷時兩天,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,推動形成6G通感算智融合發(fā)展的產(chǎn)業(yè)共識。
在6G+AI融合發(fā)展分論壇上,中關(guān)村泛聯(lián)院副院長、北京郵電大學教授許曉東發(fā)表演講,從空口和網(wǎng)絡(luò)兩個方面,分享了面向ComAI框架的語義通信技術(shù)方案。
他指出,通信行業(yè)一直遵循香農(nóng)信息論,但近年來智能技術(shù)的融合為通信發(fā)展帶來了新的思路。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,語義通信也是智能通信融合的典型技術(shù)。
從語義通信國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看,語義通信的研究已向多個方向拓展:從單模態(tài)到多模態(tài)再到跨模態(tài),從信息恢復、重建到生成,從傳輸效率提升到沉浸交互式體驗增強等,包括美國、歐洲等多個國家和地區(qū)正在加快布局智能與通信融合,搶占領(lǐng)先地位。中國也成立了IMT-2030語義通信任務(wù)組,積極推進面向標準等相關(guān)研究。
語義通信空口四項關(guān)鍵技術(shù)
許曉東表示,基于語義通信的ComAI新型空口可以充分利用語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,實現(xiàn)簡約設(shè)計,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),以語義角度以模型方式將信源高維度信息提取,進而構(gòu)建針對多模態(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義域特征實現(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方案在獨立部署時較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,性能還可以獲得進一步提升。
第二是語義模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù),可以將語義通信系統(tǒng)的模擬信號轉(zhuǎn)換為語義數(shù)字信號,兼具信道編碼能力,在不同信道噪聲與數(shù)字調(diào)制方式下提高應對噪聲的魯棒性。同時可以設(shè)計新的端到端離散訓練框架,能夠在各種信道條件下高效且穩(wěn)健地收斂?;谠摷夹g(shù)的數(shù)字語義通信系統(tǒng)能夠顯著降低由語義量化所帶來的性能損失,相較于已有量化算法,語義模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)具有更強的抗噪聲能力和魯棒性。
第三是語義知識庫技術(shù),通過挖掘信源、信道及任務(wù)的語義知識,可以構(gòu)建多層級語義知識庫及輕量化部署機制,實現(xiàn)多層級語義信息統(tǒng)一標識,進而設(shè)計基于語義知識庫的信源信道聯(lián)合編碼方案、基于語義知識庫的多/跨模態(tài)語義傳輸,并構(gòu)建語義知識庫輔助的數(shù)字語義傳輸系統(tǒng)。
第四是語義級反饋重傳機制,可以結(jié)合編碼分布和信道噪聲的分布計算接收信號的語義互信息,通過語義互信息與發(fā)送編碼語義熵的占比大小判斷接收的信號可靠性。語義重傳數(shù)據(jù)時預設(shè)語義熵總量,按照語義互信息量排序進行傳輸,直至累積傳輸?shù)幕バ畔⒘窟_到語義熵總量的預設(shè)比例。這一機制使得傳輸效率實現(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%。
語義智簡網(wǎng)絡(luò)四項關(guān)鍵技術(shù)
在ComAI框架面向網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)方面,許曉東介紹了智簡網(wǎng)絡(luò)概念,基于語義模型體系的智簡網(wǎng)絡(luò)是在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實現(xiàn)語義承載模型的分發(fā)、更新與演化。智簡網(wǎng)絡(luò)包括三層架構(gòu),語義信息自下而上匯聚,可逐層按需求更新模型,以適應6G多樣化場景需求。他詳細介紹了語義智簡網(wǎng)絡(luò)的四項關(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)。
一是面向語義通信的高效智簡模型傳輸技術(shù),提出了時延容忍約束的模型傳輸方案,可以充分考慮語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。
二是面向模型時效性的語義模型更新技術(shù),針對承載語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,提出了基于時效性的模型更新技術(shù),構(gòu)建了云-邊-端協(xié)同模型訓練更新架構(gòu)。
三是面向語義通信模型切分的多路徑傳輸技術(shù),針對模型體量過大造成終端設(shè)備難以直接運行的難題,將模型切分為基本分量和增強分量,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)模型部署的通信負擔。
四是面向任務(wù)和語義感知的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分析與優(yōu)化,針對面向任務(wù)的語義通信需求,分析了基于邊緣服務(wù)器部署密度的語義模型成功部署概率,設(shè)計了面向語義通信的智簡網(wǎng)絡(luò)能效優(yōu)化方案。
語義通信正面向6G的標準化推進
當前,語義通信關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成為6G標準化組織關(guān)注的候選關(guān)鍵技術(shù),我國已成立了IMT-2030語義通信任務(wù)組,國內(nèi)外運營商、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,我國已經(jīng)搭建了國際首個語義通信端到端原型平臺,基于真實無線環(huán)境實現(xiàn)了端到端語義通信傳輸能力的驗證,并在本次大會期間發(fā)布了基于該平臺的視覺信息語義傳輸原型平臺,支持高清圖片、視頻彩鈴、2K高清視頻等多種視覺信源模態(tài)的高效傳輸。據(jù)悉,這一平臺已在中國移動的視頻彩鈴業(yè)務(wù)中得到應用,提升了窄帶高清的用戶體驗,實際傳輸效率提高10%。此外,該平臺還可應用于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的高效傳輸,實現(xiàn)了超高壓縮比和良好的接收圖像質(zhì)量。
基于ComAI框架,北郵和中關(guān)村泛聯(lián)院率先搭建了國際首個面向6G智能與通信融合的外場試驗網(wǎng),目前正進一步擴大試驗規(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,打造開放的聯(lián)合研發(fā)、驗證環(huán)境,開展產(chǎn)業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā),推進關(guān)鍵技術(shù)國際標準化,支撐未來6G更好地賦能千行百業(yè)。
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