中国工程院院士张平：语义通信是未来通信的拐点技术

在近日举办的“未来启航·6G创新发展论坛”上，中国工程院院士、北京邮电大学教授、广东院士联合会会员张平发表题为“ComAI:6G的愿景、技术及践行”的主题演讲。

中国工程院院士、北京邮电大学教授、广东院士联合会会员张平。

他表示，移动通信已经成为社会发展最重要的基础设施，经过三十多年的发展，我国的移动通信网络覆盖城乡，移动用户遍及老幼，已基本实现随时随地实现沟通的梦想。

从1G无线通话、2G语音与短音普及低数数据、3G智能手机普及、4G手机上网普及移动互联网应用繁荣，到5G万物互联，通信能力一直在增加。过去业界关注更多的是宽带、高速，未来可能更加关注高效。

当前，对于6G的发展和需求依然十分旺盛，国际国内的形势、战略需求、产业生态上发生了一些变化，对网络自身发展的趋势需求、新业务新场景的需求、技术发展趋势的需求更加多元化。6G已经成为国际上大部分国家以及我国的重要发展策略，我国已有很多前瞻布局6G技术储备，各个部委加快了6G方面的布局。

张平院士指出，6G增加了感知通信一体、AI通信一体和泛在连接三大应用场景。相对5G，6G技术演进面临一些未知的挑战：一是通信性能大幅提升，可持续发展成为挑战。6G在通信效率、时延和连接数等传统通信性能在质量上将大幅提升。二是多要素融合，尤其是通信与AI的融合是关键难题。需要通过通信-感知-计算-人工智能-数据-安全等要素的深度融合。三是业务和能力的按需供给，按需的定制化和个性化服务与刚性的系统设计成为矛盾。四是空天地一体全域覆盖。6G包含多样化的接入网，如移动窝、卫星通信无人机通信、可见光通信等，将构建空天地一体化网络，实现真正意义上的全球无缝覆盖。

但是未来的6G场景是诱人的。例如，数字孪生人，治疑难杂症；超能交通，解决交通拥堵；智能机器人，服务人口老龄化。从这些方面看，6G作为基础性、先导性未来产业，具有前瞻性、创新性、颠覆性、融合性等特点，将全面构筑万物智联的新一代信息网络基础设施，是发展新质生产力的重要战略支撑。

张平院士指出，6G研究已从“远景需求定义”进入“关键技术收敛和与标准化”阶段。3GPP已逐步启动6G国际标准制定，未来3～5年是技术突破和产业培育的关键时期，还需做很多准备。

极为重要的是可持续发展需求与宽带矛盾的问题。频谱效率从1、2、3、4、5G到6G的频谱使用率和功耗是一个矛盾，频谱效率越大，功耗越大。“香农线是一条走向崩溃的道路，对我们思想是一个束缚，要突破这个必须找到拐点技术。”

Hoydis等将传统空口各模块连接起来，提出用人工智能进行整体研究，但除了成本和复杂度的增加，增益是非常有限的。

所以需要对通信过程进行反思。如果说不能简单拿人工智能方法设计通信系统，那么人工智能到底怎么做呢？

张平院士认为，AI应该突破对香农的理解。语义信息是通信与人工智能融合的关键，借助语义信息，通信融合AI将实现“最后一公里”的目标，推动无线AI、具身智能等应用的成熟与普及。

据了解，张平院士团队日前在《通信学报》上发表的《语义通信的数学理论》建立了语义信息理论的数学框架，是经典信息论的自然延伸。论文提出两个语义通信的基本假设：一是语法表征性，即任意可观察信息都是语法信息，语义信息表征必然依赖于语法信息；二是语义同义性，即同义性是语义信息根本特征，同义映射是语义到语法映射的基本方式。最后通过缜密的数学推导，证明语义通信容量突破了经典。

张平院士强调，语义通信是未来通信的“拐点技术”。基于同义映射，语义通信可以大幅度提高通信系统的频谱效率，在S接近2条件下，通过语义通信实现6G单天线频谱效率理论上所需的E,/N,可以降至4G以下。