张平院士:6G+AI融合应以熵减为核心目标

4月9日消息(岳明)当前,全球6G研究已从“远景需求定义”进入“关键技术收敛和与标准化”阶段。3GPP已逐步启动6G国际标准制定,未来3-5年将成为技术突破和产业培育的关键时期。

“现在6G的关键词就是AI与通信。” 中国工程院院士张平在近日由中关村泛联院主办的“6G技术与产业创新论坛”期间接受采访指出,传统2G-5G通信系统过功能堆叠逐渐复杂化,导致系统“熵增”(无序性增加),未来6G需通过引入AI技术实现“熵减”,即从无序向有序演化,核心是“由智生简,以简促智”。

为了推动这一目标的实现,张平院士团队提出了“语义通信”这一兼具突破性与前沿性的信息基础理论,一方面为AI与通信的深度融合奠定了有据可依的数学理论和物理模型基础,同时也为6G全球标准的制定过程贡献了非常重要的中国智慧。

“通信是人类在人造的系统里工程性最庞大的,解决了人最基本的需求,通信一直是刚性需求。随着即将迎来6G标准,其范式包括通信对象等都在发生变化,包括AI原生、超高带宽、超低时延、更高频谱效率与空天地一体连接等6G特性,其带来的逻辑必然是熵增的。而对于一个耗算系统来讲,所有的发展都应该熵减,不应该熵增,人类智慧应该使系统朝着熵减方向发展。”张平院士表示,传统通信系统在香农理论框架下面临诸多挑战,而AI的引入为解决这些挑战提供了新的思路。

具体来看,当前通信领域面临着三大瓶颈。首先是理论性瓶颈,香农定理划定了通信性能的理论极限,传统技术依赖带宽、功率和天线的堆叠已接近物理极限,导致高功耗与低覆盖。其次是智能性瓶颈,现有AI技术与通信设计理念不兼容,AI强调数据处理而非信息无损传输,需探索两者的深度融合。再者是灵活性瓶颈,传统通信模型(信源、信道、信宿分离)缺乏灵活性,难以支持实时交互与动态感知。

针对于此,张平院士团队通过语义通信、同义映射等创新方法提出了一种智简(Intellicise:Intelligent Concise)通信系统架构,旨在降低系统复杂度、功耗和成本,同时提升频谱效率和覆盖能力。他强调其中的“类生智能”框架,期望能够模仿人类信息系统的感知-认知-决策过程,通过语义通信和同义映射减少冗余信息,突破香农极限。

他谈到,“AI有AI的逻辑,通信有通信的逻辑,这两个逻辑是不一样的。如何让AI在通信系统里有效地工作,同时通信系统如何有效支撑AI发展都是很重要的,二者不能孤立处理而是要相互结合。6G最主要的是如何把AI和通信结合起来,也就是ComAI的概念。”

张平院士强调,6G+AI的融合需以熵减为核心目标,通过多学科交叉(信息论、控制论、系统论)实现智能简约化。而Intellicise意味着在系统架构中引入智能,简化设计而非复杂化,例如通过自适应机制和智能体(Agent)实现通信效率的提升。他指出,这一理念与今年MWC25聚焦的“Agent通信”国际趋势一致。

C114了解到,此前,张平院士团队在《通信学报》上发表的《语义通信的数学理论》建立了语义信息理论的数学框架,是经典信息论的自然延伸。论文提出两个语义通信的基本假设:一是语法表征性,即任意可观察信息都是语法信息,语义信息表征必然依赖于语法信息;二是语义同义性,即同义性是语义信息根本特征,同义映射是语义到语法映射的基本方式。最后通过缜密的数学推导,证明语义通信容量突破了经典。

在技术实验验证方面,其团队开发了支持语义通信的原型系统,验证了其在卫星通信等场景中的增益,并通过标准化进程推动技术落地(如数据平面与控制平面的分离)。其中的一项关键技术模分多址(MDMA)利用模型而非自然资源实现多址接入,实验证明可显著提升频谱效率与覆盖能力。

据悉,目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,并推动成立IMT-2030语义通信任务组,成员超过30家,共同推进面向6G的国际标准化工作。

关于语义通信未来的研究方向与挑战,张平院士分析称,在理论扩展方面,要从语法、语义信息论向语用信息论延伸,探索更高维度的信息表征。在技术融合方面,要深化AI与通信的实时交互能力(如感知、工具操控),优化系统级架构。在实践问题方面,要兼容现有通信系统、保障语义信息安全(如加密语义提取)、降低算力需求等。

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2025-04-09
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