C114訊 12月25日消息（張曉寶）12月19日，由中關(guān)村泛聯(lián)院主辦的第三屆6G前沿技術(shù)與趨勢論壇——6G通感算智融合創(chuàng)新論壇舉行期間，中國工程院張平院士做了題為《ComAI的理論、技術(shù)及工程實踐》的主旨發(fā)言。
AI與通信的融合是當前一大方向，AI的引入也會為信息通信發(fā)展帶來更多增益。人類社會活動正在從地面向空天地海多維立體空間擴展，驅(qū)動著許多如衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、深空通信等新興技術(shù)領(lǐng)域飛速發(fā)展，也對互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的覆蓋、容量、傳輸速率、靈活性、服務(wù)質(zhì)量等提出更廣、更高、更多樣化的要求。
而當前包括5G等商用移動通信網(wǎng)絡(luò)在新空口、頻譜資源利用、網(wǎng)絡(luò)部署、優(yōu)化和管理、網(wǎng)絡(luò)安全等方面仍面臨一系列挑戰(zhàn)。
張平認為，人工智能的核心問題是建構(gòu)能夠跟人類相似，甚至超卓的推理、規(guī)劃、學(xué)習(xí)、交互、感知、使用工具和操控機械的能力等�！叭绻讶斯ぶ悄芘谋任覀�?nèi)祟愡�聰明，寫的詩、彈的音樂比我們還好，這可能不是我們的初衷。我們的初衷是希望人工智能為我們?nèi)祟惤鉀Q一些我們?nèi)祟愖霾坏降膯栴}�！�
6G作為基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性未來產(chǎn)業(yè)，具有前瞻性、創(chuàng)新性、顛覆性、融合性等特點，將全面構(gòu)筑萬物智聯(lián)的新一代信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，是發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的重要戰(zhàn)略支撐。
此外，6G技術(shù)演進面臨的挑戰(zhàn)之一便是“可持續(xù)發(fā)展需求”。張平表示，從1G到6G，在香農(nóng)信道容量曲線之下，若要繼續(xù)提升頻譜效率并有效減少功耗便需要借助于人工智能。基于此，他指出傳統(tǒng)通信系統(tǒng)所面臨的三個瓶頸，包括通信體制理論極限、通信體制與人工智能匹配性以及通信體制靈活適配復(fù)雜場景變化為代表的三大類問題。
ComAI的內(nèi)涵：實現(xiàn)通信與智能的深度融合
今年有5位諾貝爾獎得主均與人工智能有關(guān)，他們的研究為通信領(lǐng)域帶來了一些啟示——通信也可以與人工智能實現(xiàn)交叉并帶來增益。人類一直通過物理模擬、數(shù)學(xué)建模等方式去模擬、延伸和擴展人類的智能；但其實，無論是人腦神經(jīng)元的信息協(xié)同處理，還是人類之間的信息協(xié)同處理，都需要信息傳遞（通信）與信息認知（智能）極其高效的配合，使得通信與智能融為一體、互為驅(qū)動、缺一不可。
當回顧歷史也可發(fā)現(xiàn)，“通信鼻祖”香農(nóng)其實在AI領(lǐng)域也有貢獻。理論貢獻方面，在1950年香農(nóng)基于人類預(yù)測能力以估計語言的熵和冗余度，提出了最初的NLP預(yù)測方法。而工程貢獻方面，香農(nóng)在1952年制造了一只機械老鼠，它能在迷宮中自主尋找通往奶酪的路線，被認為是最早的強化學(xué)習(xí)案例。
早先，通信對AI的發(fā)展必有方法論以及理論貢獻，像交叉熵函數(shù)直接來源于信息論，用于度量數(shù)據(jù)分布與真實分布的差距。本質(zhì)上，深度學(xué)習(xí)的各種任務(wù)都可看作是神經(jīng)模型擬合的數(shù)據(jù)分布逼近真實分布的過程，是信息論指導(dǎo)下的優(yōu)化設(shè)計。
按照香農(nóng)公式，若繼續(xù)僅靠增加天線的數(shù)量、發(fā)射頻譜的帶寬、發(fā)射天線的功率來增加容量的話已經(jīng)面臨極限；而將傳統(tǒng)空口各模塊連接起來，提出用人工智能進行整體研究，但除了成本和復(fù)雜度增加外，也并未產(chǎn)生明顯增益。
從人類信息系統(tǒng)去思考的話，通過對外界信息的感知，再以信息介質(zhì)為傳導(dǎo)，生成整體意圖的概念，而意圖又通過神經(jīng)元傳至人類各個器官，并進行信息利用、反饋等，其便體現(xiàn)出一個融合的特征。因此，張平提出了ComAI的內(nèi)涵，就是要能實現(xiàn)通信與智能的深度融合，要能實現(xiàn)通信系統(tǒng)整體性能優(yōu)化。受自然智能的啟發(fā)，ComAI將創(chuàng)建更加智能、更具適應(yīng)性的網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)。
ComAI與語義信息論
ComAI的基礎(chǔ)理論在于語義信息論。前人對語義信息的特征進行了多方面多角度探索，但尚未形成統(tǒng)一的語義信息理論框架。張平院士提出，建立語義信息理論的數(shù)學(xué)框架作為經(jīng)典信息論的自然延伸，其最新的文章成果便揭示了基于“同義性”本質(zhì)。
ComAI的基本理論就是要建立語義信息論，其關(guān)鍵技術(shù)包括語義基(Seb)物理模型、模分多址MDMA、非線性變換信源信道編碼NTSCC、語義全雙工SDD等，可實現(xiàn)對初步性能驗證，以及探索潛在應(yīng)用場景。
今年牛凱、張平發(fā)表于中國《通信學(xué)報》的《語義通信的數(shù)學(xué)理論》，其建立了語義信息理論的數(shù)學(xué)框架，是經(jīng)典信息論的自然延伸。論文指出了語義通信的基本假設(shè)，包括語法表征性與語義同義性兩個方面。
與經(jīng)典通信系統(tǒng)相比，引入語義信源和語義信宿能使得通信系統(tǒng)的設(shè)計目標與設(shè)計邏輯發(fā)生根本性的改變。而引入同義映射與同義解映射，可用于描述語義信息與語法信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，能指導(dǎo)語義編碼器與語義解碼器的設(shè)計與優(yōu)化。
此外，語義信息論也能很好計量語義信息度量。語義信息論還提出三大編碼定理，第一定理是語義無失真信源編碼定理，第二定理是語義信道編碼定理，第三定理是語義限失真信源編碼定理。
未來通信“拐點技術(shù)”：語義通信
張平指出，語義通信是未來通信的“拐點技術(shù)”。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。由語義信息論所揭示的，平均同義區(qū)間長度受編譯碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的規(guī)模、算力水平、同義碼字構(gòu)造、同義區(qū)間映射方式等關(guān)鍵因素的直接影響。
非線性變換信源信道編碼（NTSCC），其是基于非線性變換，對語義空間的多個信息流進行精細特征提取、變速率編碼與傳輸。模分多址（MDMA），這個概念是指在語義域模型空間，利用了信源語義特征實現(xiàn)多用戶區(qū)分的新型多址接入方式。語義全雙工（SDD）方面，在帶內(nèi)全雙工場景下，通過引入語義自干擾抑制機制，可實現(xiàn)逼近理想系統(tǒng)的傳輸效果。
ComAI的應(yīng)用前景要面向多智能體協(xié)同通信，以智慧港口場景中的多智能體協(xié)同工作為例，ComAI可以進一步簡化信息交互方案，進而實現(xiàn)全流程多智能體協(xié)同信息處理。
在實際驗證方面，建成了國際首個面向6G智能與通信融合的外場試驗網(wǎng)。通過實際外場驗證了語義通信可以在4G/5G鏈路上達到6G傳輸能力，其譜效綜合提高近10倍，可推進關(guān)鍵技術(shù)國際標準化，支撐未來產(chǎn)業(yè)化，也可為高校、研究機構(gòu)等降低6G研究門檻，也引起了海內(nèi)外的積極響應(yīng)。
對于信息理論的未來研究方向，張平提出要與人工智能進行深度融合，要對理論極限再思考，更要向語用信息論擴展。盡管大規(guī)模模型可以實現(xiàn)語用級信息決策，但語用信息論仍然缺失，需要建立具有向下兼容性的語用信息論，以解決推理與理解理論問題。
對于ComAI關(guān)鍵技術(shù)的開放性問題，張平提出了包括與現(xiàn)有通信系統(tǒng)兼容、指導(dǎo)解決AI的現(xiàn)有問題、系統(tǒng)級優(yōu)化、信息安全和隱私保障問題等幾大類的問題。 
