张平院士团队打破香农极限，实现 6G 传输能力

北京邮电大学教授、中国工程院院士张平张平院士团队打破香农极限，实现 6G 传输能力，图：搜狐科技

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作者 | 张雅婷

“我们提出的语义信息理论弥补了基础理论的不足，使中国与其他国家站在了同一起跑线上。”

近日，在“信息论：经典与现代”学术研讨会上，北京邮电大学教授、中国工程院院士张平介绍了语义信息理论的理论突破以及语义通信的关键技术。

张平院士团队基于语义信息理论，建成了全球首个6G通信与智能融合外场试验网络，试验网络验证了语义通信在4G链路上可实现6G传输容量，语义信道容量突破了通信系统的香农极限，在通信三大核心基础指标上实现了10倍性能提升。

张平院士告诉搜狐科技，语义通信技术实现起来没有什么困难，实验证明理论是可行的，现在需要大规模采用，希望它能成为6G国际标准，让同行认识到它的先进性。

如何突破经典理论的限制？

1948年，克劳德·香农发表了经典论文《通信的数学理论》，标志着信息论的诞生。基于信息论和香农公式，通信技术不断发展。

然而以经典信息论为指导的通信技术已逐渐接近其理论极限，如何突破经典理论的极限是整个业界关注的重大科学问题。

张平院士告诉搜狐科技，过去通信系统的发展思路，比如从4G到5G，带宽越来越宽，传输速率越来越高，那就要增加更多的天线，这样做对芯片的制程工艺会提出更高的要求，功耗也会更高。

“我们5G基站消耗的能源相当于几座三峡大坝消耗的能源。如果继续按照过去的发展思路，我们会消耗更多的资源。”

过去的发展思路已经到达极限，通信行业需要新的拐点技术，在现有的芯片制程工艺和资源支撑能力基础上，找到新的发展路径。

为此，张平院士团队提出了现代语义通信，并将其作为6G发展的关键技术。

区别于传统传播强调数据本身，语义传播是一种强调“先理解、后传递”的新型传播范式，注重信息“意义”或“语义”内容的传递和理解。

与传统通信相比，语义通信系统具有更高的传输效率，由于只传输重要的语义信息而不是传输所有信息，因此语义通信对传输带宽要求较低，可以提高传输可靠性和传输容量，从而提高无线传输效率。

据了解，张平院士团队的重要论文《语义通信的数学理论》揭示了同义词是语义信息的本质特征，从同义词映射的核心概念出发，建立了完整的语义信息理论框架，拓展了通信系统的理论极限。

张平院士认为，这一理论实现了从0到1的突破。

“我们国家的产业发展是一个倒三角，应用和设备很好，但是设备和操作系统越来越差，我们没有一套完整的属于自己的基础理论，我们今天提出的基础理论弥补了这一点，使得这个竞争不是三角的，而是四方的，这样我们就和别人站在同一起跑线上了。”

在语义通信研究中，张平院士团队提出了语义基、非线性变换编码、模分多址（MDMA）、语义全双工（SDD）等语义通信关键技术，这些技术将在语义通信系统设计中发挥重要支撑作用。

抢占6G制高点

当前管家婆精准资料大全免费，6G发展正处于愿景需求和关键技术选择的窗口期。

按照3GPP分享的6G标准时间表，2024年9月启动6G业务需求研究，2025年6月启动6G技术预研，2027年上半年启动6G标准制定，2029年完成6G基础版本标准。

张平院士介绍，现代语义通信关键技术已成为6G标准化组织关注的候选技术，国家目前已成立语义通信国际标准化任务组，运营商、设备商、终端厂商等30多个国际国内组织积极参与，已完成60余项技术提案。

张平院士团队在语义信息理论指导下，建成了全球首个6G通信与智能融合外场试验网络。

据悉，该试验网验证了语义通信在4G链路上可实现6G传输容量，语义信道容量突破了通信系统的香农极限，在三大核心基础通信指标（容量、覆盖、效率）上实现了10倍性能提升。

目前，上述研究成果已形成从基础理论、关键技术到实验验证的完整体系，并在沉浸式视频传输、无人车联网、无人机网络、泛在卫星通信、大规模物联网等场景验证了其优异的性能。

张平院士告诉搜狐科技，语义通信技术的重要性就像4G中的OFDM技术，最初是北京邮电大学实验室开发的实验系统，后来运营商认为可行，就很快把它变成了商用系统。

现在相关实验已经证明，语义通信技术实现起来并没有什么困难，理论上是可行的，现在需要的是大规模采用，成为6G的国际标准。

张平院士介绍，现在正在推进6G第一版标准，最早到2028年左右，许多可供实际应用的6G关键技术的原理和原型机就会面世。

“语义通信技术是最大的资源节省者”

在5G到6G的技术演进中，如何突破芯片制程工艺的限制是业界普遍关注的问题。

例如，中国工程院院士邬贺铨曾提到，6G的研究离不开集成电路技术，6G对芯片的要求远高于5G，需要在芯片制程限制下，用创新的思路去实现6G的技术标准和6G网络的开放性。

现代语义通信的关键技术是否会受到芯片制程工艺的制约?张平院士介绍，目前的实验采用的是国产计算能力，对这一问题进行初步研究，就是要“另辟蹊径”，不受芯片制程工艺的制约。

他表示，基于语义通信，已经可以在4G链路上实现6G的传输能力，4G最主要的优势就是对芯片的要求没有那么高。

“语义通信技术其实是最大的资源节省者，我们在国际上率先把人工智能引入到6G网络，功耗和芯片要求都没有那么高。”

人工智能在算法、算力、数据等方面取得的巨大进步，使得其能够从图像、文本、语音等中提取语义信息，使得语义通信在工程层面成为可能。

不过，大型模型能否用于无线通信领域，仍是一个值得探讨的问题。“通信需要考虑成本和便携性，我们不可能随身携带一个大型模型，所以我们的模型可能是小型模型，也可能是微型模型。”

同时，张平院士还指出，语义通信解决了无人机、元宇宙等领域智能实体最基本的通信问题。

他说，在智能时代，理解不再局限于人，也属于机器。我们需要辅助机器的智能，教机器理解语言是一个非常复杂的过程。“语义沟通解决了人工智能在沟通上的最后一公里问题，能够通过沟通传递模型、意义等最高形式的信息。”