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“珠峰”的道路上,张平团队在信息论领域大胆探索,在语义通信理论方面取得了多项突破性成果。该团队的重要论文《语义通信的数学理论》,发表在我国通信领域的顶级期刊《通信学报》,揭示了同义性是语义信息的本质特征,从同义映射这一核心概念出发,建立完整的语义信息理论框架,全面扩展了通信系统的理论极限。该论文提出的语义信息论,是对经典信息论的推广与超越,是中国科学家在信息基础理论上的原创突破,将成为现代语义通信的指导理论。
语义通信:端到端贯通式优化,突破通信网络三大瓶颈
1948年美国科学家香农发表了著名论文《通信的数学理论》,标志着经典信息论的诞生。70多年来,在经典信息论指导下,通信技术获得了突飞猛进的发展,已经逼近了理论极限。如何突破经典信息论的局限,推动可持续发展,是学术界与工业界共同关心的重大问题。
研讨会上,张平院士指出,“当前通信领域面临着三大瓶颈。”主要表现在理论性、智能性以及灵活性三个方面:当前通信体制无法逾越理论极限的天花板,与人工智能的设计范式难以匹配,以及无法灵活适配复杂场景变化的需求。可以说,经典信息理论体系,已经难以适应未来通信技术的发展,迫切需要站在巨人的肩膀上予以突破。
张平认为,语义通信将是突破这三大瓶颈的有效途径。在他看来,现代语义通信是将通信与智能融合的新型通信技术,以语义信息论为指导,充分挖掘语义信息的深层特性,实现端到端联合优化,以简约的系统设计,获得更好的通信性能,体现了“智简”通信的特点。
“经典通信,大多采用分模块处理信息,导致信号处理技术堆叠,处理链条冗长,复杂度越来越高,难以持续。”相比于经典通信,现代语义通信打破了模块分离优化的约束,采用端到端贯通式优化,采用信源信道联合设计的技术手段,获得通信系统的整体优化。“无损的高效传输是通信的基本关注点,而多模态信源语义的提取及处理是AI关注的问题,更高层次的语义信息是解决通信智能融合的手段。”
体系创新:从理论到实践,多项原创性突破成果亮相
近年来,张平团队在信息论领域大胆探索,取得了多项突破性成果,已经形成了从基础理论、关键技术到实验验证的完整体系。
基础理论方面,其团队在通信学报发表的论文《语义通信的数学理论》中,发现语义信息是语法信息的上级抽象,同义性是语义信息的本质特征。由此,基于同义映射,团队引入了语义信息的度量——语义熵,以及上/下语义互信息、语义信道容量、语义率失真函数,从而建立了完整的语义信息度量体系。在此基础上,团队证明了三个重要的语义编码定理。特别是语义信道容量公式打破了香农界对通信系统的禁锢。“语义信息论全面扩展了通信系统的理论极限,是对经典信息论的自然推广,这是中国学者对信息理论的原创性贡献。”
关键技术方面,在语义信息论指导下,张平团队提出了语义基物理模型,是通信和智能融合的基础,赋能现代语义通信系统的柔性化智能设计;以语义基模型为基础,进一步提出了非线性变换编码、模分多址(MDMA)、语义全双工(SDD)等多项代表性的语义通信关键技术,这些技术将在语义通信系统设计中,发挥重要的支撑作用。
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