張平，北京郵電大學(xué)教授，中國工程院院士，長期致力于移動(dòng)通信理論研究和技術(shù)創(chuàng)新，提出了寬帶4GTDD移動(dòng)傳輸理論與方法，創(chuàng)建了多域認(rèn)知的無線異構(gòu)組網(wǎng)架構(gòu)，攻克了測試儀器動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)，建立完整的語義信息理論框架，為我國自主技術(shù)成為國際主流作出了基礎(chǔ)性的貢獻(xiàn)。先后獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)，獲首屆“全國創(chuàng)新爭先獎(jiǎng)”獎(jiǎng)?wù)?、光華工程科技獎(jiǎng)、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)。
移動(dòng)通信的高速發(fā)展，為我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)注入新動(dòng)能。從2G的跟跑者到5G技術(shù)的領(lǐng)跑者，我們用30余年時(shí)間實(shí)現(xiàn)了飛躍，特別是我國主導(dǎo)的多項(xiàng)5G技術(shù)被國際標(biāo)準(zhǔn)采納，重塑了全球移動(dòng)通信的技術(shù)版圖。然而，步入6G時(shí)代，我們面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)與國際競爭更為復(fù)雜。技術(shù)層面，后摩爾定律效應(yīng)顯現(xiàn)，芯片與元器件受限、半導(dǎo)體工藝進(jìn)步放緩，傳統(tǒng)發(fā)展模式遇阻。同時(shí)，國際博弈加劇，西方國家在信息通信領(lǐng)域的生態(tài)優(yōu)勢及關(guān)鍵技術(shù)的封鎖，特別是核心芯片的制裁，對我國構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
此外，AI智能體、工業(yè)機(jī)器人、無人駕駛汽車等新型通信主體的涌現(xiàn)，徹底改變了當(dāng)前通信生態(tài)。它們與人類的通信需求、信息接收與處理方式差異巨大，且人機(jī)交互中的信息理解機(jī)制也存在顯著差異，而傳統(tǒng)語法通信模式因依賴技術(shù)堆砌，以系統(tǒng)復(fù)雜度換取性能增益，已難以適應(yīng)這些新變化。因此，6G的演進(jìn)面臨兩大難題：一是如何支持智能泛在化，二是如何實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
為6G通信技術(shù)發(fā)展開辟“新道”
當(dāng)前，國際社會對6G的研發(fā)雖取得一定進(jìn)展，但多聚焦于傳統(tǒng)通信技術(shù)的延長線上，缺乏突破性創(chuàng)新，難以應(yīng)對智能泛在化及可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)。為保持我國在6G領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，需摒棄堆疊式發(fā)展模式，探索一條既符合國情又站在世界前沿的“新道”，以擺脫西方霸權(quán)影響，促進(jìn)全球通信的可持續(xù)發(fā)展。
為此，我們提出了“智能內(nèi)生，原生簡約”（簡稱“智簡”）為通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新范式，為6G通信技術(shù)發(fā)展開辟了“新道”。該范式從傳統(tǒng)語法通信的更高層次的語義通信入手，深度融合通信技術(shù)與AI，賦予6G真正的“泛在智能”，并找到支持可持續(xù)發(fā)展的“拐點(diǎn)”技術(shù)。基于此，6G技術(shù)演進(jìn)將擺脫對大量天線、高功耗、寬頻帶的依賴，尤其是降低對芯片工藝尺寸的要求，就能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高度簡約化。簡而言之，6G引進(jìn)人工智能后，系統(tǒng)可以獲得極大地簡約，用4G、5G的資源就可以實(shí)現(xiàn)6G的需求。
“智簡”范式的三大突破
以“智簡”范式為指導(dǎo)，語義通信顛覆了傳統(tǒng)通信技術(shù)體系，為通信與人工智能的深度融合開辟了新的技術(shù)路徑。團(tuán)隊(duì)在基礎(chǔ)理論研究、核心技術(shù)攻關(guān)、工程試驗(yàn)驗(yàn)證等方面均實(shí)現(xiàn)了突破性進(jìn)展。
一是基礎(chǔ)理論的突破。建立了語義信息理論體系，這一體系是對經(jīng)典香農(nóng)信息理論的拓展，為我國信息理論創(chuàng)新奠定了堅(jiān)實(shí)根基。隨著經(jīng)典信息論指導(dǎo)下的通信技術(shù)逼近理論極限，如何突破成為業(yè)界焦點(diǎn)。與語法通信關(guān)注通信符號的精確傳輸不同，語義通信主要關(guān)注信息含義的準(zhǔn)確傳遞，通過深入挖掘信息的語義層次內(nèi)涵，探索語義信息表征、度量、知識庫構(gòu)建、彈性編碼及協(xié)同傳輸?shù)群诵姆椒ǎ苿?dòng)了通信與人工智能融合的方法論創(chuàng)新與技術(shù)體系變革，從基本原理上改變了傳統(tǒng)信息通信體系。語義通信的數(shù)學(xué)理論揭示了語義信息的本質(zhì)，構(gòu)建了完整理論框架，拓展了通信系統(tǒng)的理論極限，將成為通信與人工智能融合的新指導(dǎo)理論。這一成果有望助力我國6G技術(shù)突破瓶頸。目前，該理論已得到國內(nèi)外專家的廣泛認(rèn)可，認(rèn)為語義通信是未來信息通信技術(shù)的重要方向，具有顯著的理論與應(yīng)用價(jià)值。
二是核心技術(shù)突破。構(gòu)建了自洽的通信與AI一體化融合的語義信息通信技術(shù)體系，為智能泛在化、可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)設(shè)了一條“新道”。當(dāng)前，AI與通信融合發(fā)展成為技術(shù)趨勢，但兩者的內(nèi)在規(guī)律迥異：通信系統(tǒng)依賴?yán)碚撝笇?dǎo)，具有可解釋性，性能受能耗、芯片、成本等工程應(yīng)用的多重制約；而AI系統(tǒng)以實(shí)驗(yàn)為指導(dǎo)，不具有可解釋性，雖在模擬人類智能方面取得了巨大成功，但以大算力、大數(shù)據(jù)和大模型（算法）帶來的成本劇增和資源消耗為代價(jià)。通信和AI堆疊式、淺層次融合，難以打破各自內(nèi)在規(guī)律，特別是從網(wǎng)絡(luò)到用戶物理空間的割裂，使得智能泛在化面臨智能傳遞與分發(fā)的“最后一公里”鴻溝。為此，以“智簡”范式指導(dǎo)，團(tuán)隊(duì)提出了通信與AI一體化融合的載體、AI構(gòu)建的信息通信表征單元——語義基；賦能AI一體化融入通信系統(tǒng)，在成本和功耗等制約條件下為系統(tǒng)提供額外增益，不再是通過堆疊式增加效能，而是采用簡約設(shè)計(jì)、智能地做減法提升性能，這是與常規(guī)AI方法最大的不同。
基于語義基的一體化融合紐帶，語義通信基礎(chǔ)理論及在通信領(lǐng)域引發(fā)的突破帶來了傳統(tǒng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的變革，通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不再是傳統(tǒng)通信系統(tǒng)在工程實(shí)現(xiàn)時(shí)采用堆疊式、模塊分離延長線的碎片化創(chuàng)新，而是采用AI的系統(tǒng)化優(yōu)勢并與通信系統(tǒng)模塊化、低成本、可解釋的一體化融合，獲得了巨大的系統(tǒng)性能增益。團(tuán)隊(duì)從基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)思想、核心方法等層面全面革新語法通信。在設(shè)計(jì)思想上，以語義信息（語義基作為表征單元）為對象，深度融合通信與人工智能，以語義知識庫為關(guān)鍵支撐，重新塑造通信系統(tǒng)的信息提取、表征、編譯碼、綜合和重建等環(huán)節(jié)；在核心方法上，針對語義任務(wù)、信道能力，實(shí)現(xiàn)彈性信息壓縮，并通過信源—信道—信宿的聯(lián)合設(shè)計(jì)，提出模分多址等方法，達(dá)到多用戶高效組網(wǎng)的目的。因此，語義通信通過理論、思想、方法層面的升華，達(dá)到“鍛鐵成鋼”的目的。
三是工程試驗(yàn)驗(yàn)證。繼理論證明后，我國建成的世界首個(gè)面向6G的智能通信融合外場試驗(yàn)網(wǎng)，首次驗(yàn)證了基于智簡語義通信的智能泛在化與可持續(xù)發(fā)展能力，是支持6G可持續(xù)發(fā)展的拐點(diǎn)技術(shù)，突破了經(jīng)典信息論的框架限制。該技術(shù)采用低制程芯片，替代高精密制程工藝，有效解決了可持續(xù)發(fā)展難題。語義通信的基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)是我國“從0到1”原始技術(shù)創(chuàng)新的成功典范，證明了我國不僅可以在制造、應(yīng)用等方面取得成就，也可以在基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)方面位居世界一流，發(fā)揮引領(lǐng)作用。
團(tuán)隊(duì)在智簡網(wǎng)絡(luò)、可持續(xù)發(fā)展等方面前瞻布局，針對新的系統(tǒng)理論驗(yàn)證與關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證需求，建設(shè)語義通信科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施，開展語義通信關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與驗(yàn)證，支撐智簡語義通信領(lǐng)域創(chuàng)新鏈的建設(shè)，為智簡語義通信創(chuàng)新發(fā)展提供一個(gè)真實(shí)外場試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境。
該試驗(yàn)面向6G通信與人工智能融合，展示了語義通信在智慧模型傳輸、沉浸式視頻傳輸、無人車聯(lián)、無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)、泛在連接衛(wèi)星通信及大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)等場景中的優(yōu)異性能，驗(yàn)證了語義通信在4G/5G鏈路上可以達(dá)到6G傳輸能力，頻譜效率更是突破了香農(nóng)極限，同時(shí)在容量、覆蓋、效率三項(xiàng)通信核心基礎(chǔ)指標(biāo)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)了多倍性能提升。試驗(yàn)結(jié)果還表明，在極限通信狀態(tài)下的語義通信，打破了傳統(tǒng)通信理論的局限，對未來的各行各業(yè)，尤其是國防通信、內(nèi)生安全等具有重大的意義。
重大意義
語義通信理論與技術(shù)體系，有望成為開啟新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的一把鑰匙，為我國智能時(shí)代的信息通信發(fā)展贏得先機(jī)。AI和通信技術(shù)的深度融合，開辟了一條革命性、顛覆性“新道”。這條創(chuàng)新之道的重要意義主要有三點(diǎn)。其一，基礎(chǔ)理論的突破。這是中國在國際競爭激烈的信息通信領(lǐng)域首次提出并系統(tǒng)闡述了自己的基礎(chǔ)理論——語義信息論，揭示了語義信息的本質(zhì)，構(gòu)建了完整模型，并證明了最優(yōu)語義編碼的存在性定理，為這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展指明了方向。其二，考慮到智能泛在化及可持續(xù)發(fā)展的需求，這無疑是對傳統(tǒng)通信技術(shù)的極大挑戰(zhàn)。在未來的網(wǎng)絡(luò)中，流動(dòng)的不再僅僅是冷冰冰的符號，而將是豐富的知識。AI通過實(shí)時(shí)通信的橋梁，將構(gòu)建出更為龐大的知識體系。借助語義信息的深度應(yīng)用，通信與AI的融合將成功跨越“最后一公里”鴻溝，極大地推動(dòng)無線AI、具身智能等前沿應(yīng)用的成熟與普及，加速通信與AI技術(shù)的快速進(jìn)步。其三，通過30年的努力，中國在移動(dòng)通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從跟隨到引領(lǐng)的跨越，改變了全球移動(dòng)通信格局。如今，面對第三次信息科技中心轉(zhuǎn)移的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，中國正通過基礎(chǔ)理論創(chuàng)新，開辟新一代通信技術(shù)路徑，構(gòu)建新的信息通信體制與生態(tài)。
