張平教授：6G泛在智能的通信理論及實踐2024

6G的愿景關鍵詞：泛在智能□ITU-R定義了6G的6個典型場景和15個性能指標，通信、感知、計算、AI、安全等多維能力要素融合一體、空天地一體泛在連接成為6G的核心技術特征MT-2030的新能力2030使反沉浸式通信定位糖度沉浸式通信感知通信一體化感知通信一體化人工智能和通信一體化低延遲通信超大規(guī)模連接低延遲通信超大規(guī)模連接mu)泛在連接泛在連接MT2020的能力增強26G演進還面臨可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展能源消耗能源消耗可持續(xù)思考G思考G時間3通信面臨的三大瓶頸一)、理論性首先，當今通信體制無法逾越理論極限的天花板二)、智能性其次，當今通信體制與人工智能的設計范式難以匹配再次，當今的通信體制無法靈活適配復雜場景變化的需求三)、靈活性一)理論極限現(xiàn)有無失真/限失真信源編碼方法已經逼近雜度開銷巨大但收效甚微現(xiàn)有信道編碼傳輸方法已經逼近信道容量極限，通過開拓頻譜、提高功率、增加天線抬升容量限，代價巨大，難以可持續(xù)發(fā)展00逼近率失真逼近率失真6二)AI與通信的差異通通信信源信源發(fā)送機信宿信宿接收機Al取代傳統(tǒng)通信設計技術的簡單操作信源AI輔助的術AI輔助的調制技術AI輔助的信道估計解調檢測AI輔助的AI輔助的信宿信宿現(xiàn)有Al輔助空口設計主要針對單一模塊技術提供優(yōu)化，尤其是在接收端口通信：模塊的優(yōu)化、成本低廉；Al:全局的優(yōu)化、不計成本AI與通信融合簡單操作后的困境將發(fā)射機、信道和接收機99輸入真實信號信源信宿輸出DtWiu[1]L.Huang.H.Zhong,R.L,Y.GeandJ.Wong,"AICoinIEEETransnclionsonComnunioalions,vol.6和{DE/GA,PW}和{DE/GA,PW}三)當代通信體制的剛性口當代通信體制采用分離式設計，將通信鏈路分解為多級處理過程，涉及信息壓信宿信宿當代通信系統(tǒng)當代通信系統(tǒng)信道編碼增加冗余降低錯誤率加密和偽裝等技術提高通信系統(tǒng)安全信道編碼增加冗余降低錯誤率加密和偽裝等技術提高通信系統(tǒng)安全交織信宿結構僵化結構僵化基于信息不增性原理，分離式設計最多不損失性能，并非最優(yōu)方案口無損的高效傳輸是通信的基本關注點，而多模態(tài)信源語義的提取及處理是AI關注通信問題的三個層次考慮信息效用，關注意圖的準確傳遞通信問題的三個層次語義提取形成的模型考慮信息含義，關注含義的準確傳遞信宿恢復的模型信宿恢復的模型語義橫型信源解碼解調調制編碼解碼解調調制編碼信息符號傳輸忽略信息含義，關注符號的精確傳輸忽略信息含義，關注符號的精確傳輸《語義通信的數學理論》建立了《語義通信的數學理論》建立了語義信息理論(訂力毀蛋經典通信系統(tǒng)模型XJ作為語義背景知識，描述語義信息與語法信息之間的語義通信的基本模型揭示了語義信息與語法信息；語法表現(xiàn)形式?？谡Z義信息繼承了語法信息的概率屬性，但其本質是同義性：●概率屬性(繼承):●同義特征(特有):“我們確信這項工作(同義映射)能夠為所在的研究領域產生深遠影響，并將為世界各地的研究人員帶來激發(fā)?！眕(ù)p(ù)同義映射同義映射同義映射同義映射一對多一對多映射指導指導語義熵與語法熵的關系：H.(u)≤H(U)口語義互信息：包括上語義互信息和下語義互口語義互信息：包括上語義互信息和下語義互信息下語義互信息下語義互信息語義熵的重要意義口第三定理：語義限失真信源編碼定理R(D)→R(D)的基礎理論縝密的數學推導證明語義通信容量突破了經典口信道容量的提升●香農信道容量(限帶高斯信道):現(xiàn)有通信技術已經逼近香農信道容量，目前已經●語義信道容量(限帶高斯信道):平均同義區(qū)間長度表征信息辨識能力高斯信道的香農信道容量和語義信道容量語義通信是6G及未來通信的“拐點技術”口基于同義映射，語義通信可以大幅度提高通信系統(tǒng)的頻譜效率，從而可以賦能4G通信鏈路實現(xiàn)6G傳輸能力2G頻譜效率1(頻譜效率5G頻譜效率26Eb/N?[dB]20同義映射語義基同義映射語義基(構成語義信息空間)調義信息(構成語義信息空間)調義信息隱會表現(xiàn)p(u)磚塊層壓板磚塊11ZnanpP.XuW.GooH.etal.Towodwlboomeavoludonayandprimilve-cooseθG:An柔性化智能設計語義語義語義信源語義信宿安全語義通信系統(tǒng)：語義特征時/頻/功/空等資源域口同義映射：信源語義空間到發(fā)射語義空間的壓縮映射?；謴蜕捎成洌航邮照Z義口模型體系：各空間映射的方法總集合，是一種語義基的構建方法，支撐智能通信口模型傳輸：各空間映射方法的相互匹配，知識替代比特成為傳輸的量值。語義知識庫模型傳輸語義知識庫模型傳輸信源信息信宿知識(智能)的傳輸形成了新的通信范式口基于模型體系的智能網絡：在網絡內實現(xiàn)承載模型的分發(fā)、更新與演化propn0001ngvphuhng語義通信的實用性架構口基于5G鏈路建成兩用戶模分多址樣機，完成MDMA上下行鏈路系統(tǒng)驗證口兩用戶完全共用5G同一時頻資源，MDMA高清視頻傳輸質量優(yōu)于5G通信方式基站端碼+模分多址多用三解調譯多用片群調+碼+模分多址空口他輔成空口他輔成owT品前100U溫島四1按明00U國物器2文件發(fā)遇■閉器1文件橡收根缺6G智能通信融合外場試驗網建設口建成國際首個面向6G智能與通信融合的外場試驗網，打造開放的聯(lián)合研發(fā)、測試驗證環(huán)境口實際外場驗證了語義通信可以在4G、5G鏈路上可以達到6G傳輸能力口集聚創(chuàng)新資源，開展產業(yè)共性關鍵技術研發(fā)，推進關鍵技術國際標準化，支撐未來產業(yè)化口為高校、科研院所等研發(fā)機構提供理論研究與關鍵技術前期驗證環(huán)境，降低6G研究門檻6G試驗內場6G試驗外場支撐6G標準化指標的驗證能力升級提供測試能力、促進6G未來產業(yè)發(fā)展面向6G的端到端平臺搭建內外場試驗環(huán)境建設、關鍵技術驗證完成外場部署及試驗驗證工作6G面向6G的端到端平臺搭建內外場試驗環(huán)境建設、關鍵技術驗證完成外場部署及試驗驗證工作沉浸式大視頻場景通感一體場景(二期)工業(yè)互聯(lián)網場景信一體化智能通低延遲通信低延遲通信泛在連接語義通信場景無人車/無人機組網場景衛(wèi)星地面互聯(lián)場景面向6G的語義通信標準化進程研究方向典型場景指標體系模分多址技術信源信道聯(lián)合編碼技術語義通信HARQ技術基于語義通信的CSI反饋智簡空口雙工技術語義同步/導頻