许晓东：面向ComAI框架的语义通信空口与智简网络技术
C114讯 12月24日消息（颜翊）12月19日，以“6G通感算智融合创新，引领未来通信新潮流”为主题的第三届6G前沿技术与趋势论坛在北京召开。本届论坛由北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会指导，由中关村泛联移动通信技术创新应用研究院（以下简称“中关村泛联院”）主办。论坛历时两天，深度研讨“6G+AI融合”“通信与算力融合”“通信与感知融合”等关键技术方向和发展路径，推动形成6G通感算智融合发展的产业共识。
在6G+AI融合发展分论坛上，中关村泛联院副院长、北京邮电大学教授许晓东发表演讲，从空口和网络两个方面，分享了面向ComAI框架的语义通信技术方案。
他指出，通信行业一直遵循香农信息论，但近年来智能技术的融合为通信发展带来了新的思路。张平院士提出的ComAI基础融合框架就是自然智能与人工智能融合发展并于通信技术深度结合的产物，语义通信也是智能通信融合的典型技术。
从语义通信国内外研究现状来看，语义通信的研究已向多个方向拓展：从单模态到多模态再到跨模态，从信息恢复、重建到生成，从传输效率提升到沉浸交互式体验增强等，包括美国、欧洲等多个国家和地区正在加快布局智能与通信融合，抢占领先地位。中国也成立了IMT-2030语义通信任务组，积极推进面向标准等相关研究。
语义通信空口四项关键技术
许晓东表示，基于语义通信的ComAI新型空口可以充分利用语义信息的高维度特征，采用信源信道联合处理等技术，降低传输带宽需求，实现简约设计，且各模块可与传统通信技术兼容。
首先是模分多址技术（MDMA），以语义角度以模型方式将信源高维度信息提取，进而构建针对多模态信源和信道特征的模型信息空间，基于智能技术赋能，充分利用信源信道语义域特征实现多用户区分，可以有效提高上下行多用户适配域。仿真结果表明，MDMA方案在独立部署时较OFDM和NOMA方案有较大的性能增益。此外，将MDMA方案与现有NOMA方案叠加部署时，性能还可以获得进一步提升。
第二是语义模数转换技术，可以将语义通信系统的模拟信号转换为语义数字信号，兼具信道编码能力，在不同信道噪声与数字调制方式下提高应对噪声的鲁棒性。同时可以设计新的端到端离散训练框架，能够在各种信道条件下高效且稳健地收敛。基于该技术的数字语义通信系统能够显著降低由语义量化所带来的性能损失，相较于已有量化算法，语义模数转换技术具有更强的抗噪声能力和鲁棒性。
第三是语义知识库技术，通过挖掘信源、信道及任务的语义知识，可以构建多层级语义知识库及轻量化部署机制，实现多层级语义信息统一标识，进而设计基于语义知识库的信源信道联合编码方案、基于语义知识库的多/跨模态语义传输，并构建语义知识库辅助的数字语义传输系统。
第四是语义级反馈重传机制，可以结合编码分布和信道噪声的分布计算接收信号的语义互信息，通过语义互信息与发送编码语义熵的占比大小判断接收的信号可靠性。语义重传数据时预设语义熵总量，按照语义互信息量排序进行传输，直至累积传输的互信息量达到语义熵总量的预设比例。这一机制使得传输效率实现显著提升，高信噪比情况下相比现有方案，传输效率大幅提高，低信噪比情况下传输效率平均可提升50%。
语义智简网络四项关键技术
在ComAI框架面向网络的关键技术方面，许晓东介绍了智简网络概念，基于语义模型体系的智简网络是在网络内实现语义承载模型的分发、更新与演化。智简网络包括三层架构，语义信息自下而上汇聚，可逐层按需求更新模型，以适应6G多样化场景需求。他详细介绍了语义智简网络的四项关键技术，包括模型传输、模型更新、模型切分和模型赋能网络优化技术。
一是面向语义通信的高效智简模型传输技术，提出了时延容忍约束的模型传输方案，可以充分考虑语义模型性能及传输性能需求，联合优化模型选择与资源分配。
二是面向模型时效性的语义模型更新技术，针对承载语义的模型更新的算力制约及模型更新质量、推理性能等关联因素，提出了基于时效性的模型更新技术，构建了云-边-端协同模型训练更新架构。
三是面向语义通信模型切分的多路径传输技术，针对模型体量过大造成终端设备难以直接运行的难题，将模型切分为基本分量和增强分量，提出了基于网络功能虚拟化的模型切分多路径传输方案，可以有效缓解大规模网络模型部署的通信负担。
四是面向任务和语义感知的异构网络分析与优化，针对面向任务的语义通信需求，分析了基于边缘服务器部署密度的语义模型成功部署概率，设计了面向语义通信的智简网络能效优化方案。
语义通信正面向6G的标准化推进
当前，语义通信关键技术已经成为6G标准化组织关注的候选关键技术，我国已成立了IMT-2030语义通信任务组，国内外运营商、设备商、终端厂商及科研院所等成员已近40家。
许晓东介绍，我国已经搭建了国际首个语义通信端到端原型平台，基于真实无线环境实现了端到端语义通信传输能力的验证，并在本次大会期间发布了基于该平台的视觉信息语义传输原型平台，支持高清图片、视频彩铃、2K高清视频等多种视觉信源模态的高效传输。据悉，这一平台已在中国移动的视频彩铃业务中得到应用，提升了窄带高清的用户体验，实际传输效率提高10%。此外，该平台还可应用于卫星遥感数据的高效传输，实现了超高压缩比和良好的接收图像质量。
基于ComAI框架，北邮和中关村泛联院率先搭建了国际首个面向6G智能与通信融合的外场试验网，目前正进一步扩大试验规模。他期望基于泛联院和6G协同创新基地，集聚创新资源，打造开放的联合研发、验证环境，开展产业共性关键技术研发，推进关键技术国际标准化，支撑未来6G更好地赋能千行百业。
