科技日報記者 管晶晶

當(dāng)前，6G已經(jīng)成為全球科技創(chuàng)新的熱點，也是各國爭相尋求技術(shù)突破的重要競爭點。不久前，由中關(guān)村泛聯(lián)移動通信技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用院聯(lián)合中國移動、北京郵電大學(xué)共同研發(fā)的“智簡內(nèi)生6G原型系統(tǒng)”公開亮相，標(biāo)志著6G研發(fā)邁入體系化創(chuàng)新階段。

“新質(zhì)生產(chǎn)力就是以新創(chuàng)質(zhì)。6G是典型的新質(zhì)生產(chǎn)力代表，對數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化都有促進作用，發(fā)展6G恰逢其時?！苯?，中國工程院院士張平在接受科技日報記者專訪時介紹，當(dāng)下我國6G研發(fā)正在探尋一條既符合我國國情又站在世界前沿的新路。

語義通信是未來通信的拐點技術(shù)

記者：近40年來，全球移動通信產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了從1G到5G的重大飛躍。步入6G時代，人類面臨的最大挑戰(zhàn)是什么？

張平：隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的數(shù)據(jù)在源源不斷地產(chǎn)生，給通信網(wǎng)絡(luò)帶來了很大的壓力。面對巨大的數(shù)據(jù)流量壓力，人類現(xiàn)有的通信手段，已經(jīng)疲于招架。

現(xiàn)有的經(jīng)典通信技術(shù)源自美國科學(xué)家香農(nóng)于1948年提出的信息論。70多年來，在經(jīng)典信息論指導(dǎo)下，通信技術(shù)獲得了突飛猛進的發(fā)展。經(jīng)典通信技術(shù)已將信道編碼和信源編碼做到了極致。經(jīng)典通信技術(shù)存在容量提升難、覆蓋成本高、系統(tǒng)能耗大等技術(shù)天花板，已經(jīng)無限接近于香農(nóng)極限，沒有多少潛力可挖。

當(dāng)下，通信領(lǐng)域面臨三大瓶頸。一是理論性，當(dāng)今通信體制無法逾越理論極限的天花板；二是智能性，當(dāng)今通信體制與人工智能的設(shè)計范式難以匹配；三是靈活性，當(dāng)今的通信體制無法靈活適配復(fù)雜場景變化的需求。

記者：近年來，語義通信技術(shù)獲得了學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注。它的意義何在？

張平：經(jīng)典通信技術(shù)主要是語法通信。面對越來越高的性能需求，語法通信主要采用堆疊式創(chuàng)新，以技術(shù)堆砌為演進思路，以系統(tǒng)復(fù)雜度換取性能增益。信道的容量與天線數(shù)量、頻譜寬度和功率有關(guān)，增加這三個方面的數(shù)值可以提升通信系統(tǒng)容量，但對資源消耗巨大，難以可持續(xù)發(fā)展。

語義通信是以任務(wù)為主體、“先理解后傳輸”的通信方式。它會對原始信號進行有選擇的特征提取、壓縮和傳輸，然后再利用語義層面的信息進行通信。同義性是語義信息的本質(zhì)特征?；谕x映射，我和團隊引入了語義信息的度量——語義熵，并建立了完整的語義信息度量體系。這是對香農(nóng)信息論的發(fā)展與創(chuàng)新。

我們團隊的論文《語義通信的數(shù)學(xué)理論》發(fā)表在我國通信領(lǐng)域的期刊《通信學(xué)報》上。論文從同義映射這一核心概念出發(fā)，建立了完整的語義信息理論框架。論文發(fā)表后，來自美國斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院等的科研人員發(fā)來郵件，肯定了這一數(shù)學(xué)模型的創(chuàng)新性，認(rèn)為同義映射思想能夠為各國研究人員帶來啟發(fā)。

語義信息論全面擴展了通信系統(tǒng)的理論極限，是對經(jīng)典信息論的推廣，這是中國學(xué)者對信息理論的原創(chuàng)性貢獻。語義通信技術(shù)有望突破基于經(jīng)典香農(nóng)信息論的通信系統(tǒng)傳輸瓶頸，實現(xiàn)通信能力的極大提升，同時解決數(shù)據(jù)移動通信系統(tǒng)中存在的人機不兼容、難互通等問題，最終實現(xiàn)萬物智聯(lián)。

為世界6G發(fā)展貢獻中國方案

記者：從2G到5G，通信技術(shù)一直在進步。相較5G技術(shù)，6G最大的不同是什么？

張平：4G之前，我們追求的是寬和快。5G以后，我們在講究寬的同時，增加了萬物互聯(lián)、高可靠、低時延的要求，使過去人與人之間的通信，逐漸擴大到了與機器、萬物的通信。6G時代，我們引入了人工智能，新增了對智能體的通信，希望實現(xiàn)現(xiàn)實世界與數(shù)字世界的有效連接。

6G作為下一代移動通信主導(dǎo)技術(shù)具有更高的性能，并向通感算智融合網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。如果說5G是“人—機—物”的連接，6G就是“人—機—物—智能體”的全面互聯(lián)、協(xié)同共生。6G將滿足經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展需求，服務(wù)智慧化生產(chǎn)與生活，助推人類走進虛擬與現(xiàn)實深度融合的全新時代，最終實現(xiàn)“萬物智聯(lián)、數(shù)字孿生”的美好愿景。

相較于5G，6G增加了感知通信一體、AI通信一體和泛在連接三大應(yīng)用場景，因此也帶來了新的挑戰(zhàn)。一是如何降低功耗，使通信性能大幅提升的同時實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。二是系統(tǒng)的開放性使按需的定制化服務(wù)與剛性的系統(tǒng)設(shè)計成為矛盾。三是如何實現(xiàn)多要素融合，尤其是通信與AI的融合是關(guān)鍵難題。

記者：基于語義通信技術(shù)，您牽頭研究全球首個面向6G的智能通信融合外場試驗網(wǎng)。目前該研究進展怎樣？

張平：由于人、機、物、智能體四類通信對象之間產(chǎn)生大量不同形態(tài)的數(shù)據(jù)，各種對象之間的通信不再僅僅是傳輸比特數(shù)據(jù)，而是更加注重語義的準(zhǔn)確性和信息傳輸?shù)挠行?。與傳統(tǒng)語法通信不同，語義通信并不要求大量信息在符號層面的準(zhǔn)確傳遞，而更關(guān)注發(fā)送端輸入的語義信息與接收端恢復(fù)的語義信息之間是否匹配，通過減少信息交流和理解的時間，提升通信節(jié)點協(xié)作的效能。

2024年7月發(fā)布的全球首個面向6G的智能通信融合外場試驗網(wǎng)，首次測通了從北京到西安1200公里的語音語義通信，從工程層面驗證了語義通信是支持6G可持續(xù)發(fā)展的“拐點”技術(shù)，使通信技術(shù)上升到一個新高度。核心技術(shù)的突破也證明了人工智能可以與通信高效融合，克服了網(wǎng)絡(luò)知識、模型傳遞的“最后一公里”難題。

6G外場試驗網(wǎng)為高校、科研院所、企業(yè)等提供了理論研究與關(guān)鍵技術(shù)前期驗證環(huán)境，降低了6G研究門檻，形成了貫通理論、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新環(huán)境，可促進跨領(lǐng)域合作。目前這一技術(shù)已在沉浸式視頻傳輸、智能網(wǎng)聯(lián)車、無人機網(wǎng)絡(luò)等場景驗證了其優(yōu)異性能。視覺語義信息傳輸方面的部分研究成果已經(jīng)應(yīng)用于中國移動視頻彩鈴業(yè)務(wù)，在2024年奧運會及歐洲杯期間實現(xiàn)了示范應(yīng)用，后續(xù)將進一步擴大業(yè)務(wù)應(yīng)用范圍。語義通信的基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)是我國進行“從0到1”原始技術(shù)創(chuàng)新的一個成功范例，是另辟蹊徑的顛覆性創(chuàng)新。

記者：從2G到5G，中國的移動通信產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了從跟隨到引領(lǐng)的跨越式發(fā)展。當(dāng)前，我國6G研發(fā)在全世界處于什么水平？

張平：短短30年間，我國在移動通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從2G跟隨、3G突破、4G并跑到5G引領(lǐng)的角色跨越。我國引領(lǐng)的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、編碼方案等技術(shù)陸續(xù)被納入國際標(biāo)準(zhǔn)，也建立起自己的供應(yīng)鏈和市場，改變了全球移動通信的技術(shù)格局。

當(dāng)前，我國的6G研發(fā)無論是起步時機，還是投入積累，在全球都是領(lǐng)先的。我國在技術(shù)的理解、應(yīng)用方面的實踐探索等方面，都是全球積極的主導(dǎo)者。

世界各國的6G的研發(fā)雖取得一定進展，但多聚焦在經(jīng)典技術(shù)的延長線上，并無突破性的創(chuàng)新出現(xiàn)，難以應(yīng)對智能泛在化及可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)。語義通信理論與技術(shù)體系賦能通信、智能的高速發(fā)展，有望成為開啟新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的鑰匙，為我國成為智能時代的信息科技中心贏得先機。

目前，我國在全球第一個面向6G場景的需求標(biāo)準(zhǔn)和第一個6G無線領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的研究項目中，都是研究主導(dǎo)者。通過這些研究項目我國持續(xù)發(fā)揮在國際電信聯(lián)盟（ITU）、第三代合作伙伴計劃（3GPP）、TD-LTE全球發(fā)展倡議（GTI）等國際組織中的影響力，主導(dǎo)6G愿景和需求的制定，牽引6G技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方向。可以說，我們正在為全球6G研發(fā)提供“中國方案”。

6G與AI融合將成為重要引擎

記者：人工智能的發(fā)展催生了各種新業(yè)態(tài)。當(dāng)前，我國6G發(fā)展還面臨哪些挑戰(zhàn)？如何保持領(lǐng)先優(yōu)勢？

張平：步入6G時代，我們面臨的挑戰(zhàn)更為復(fù)雜。在技術(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)體工藝進步放緩，傳統(tǒng)發(fā)展模式遇阻。同時，國際博弈加劇，西方國家在信息通信領(lǐng)域具有生態(tài)優(yōu)勢，對我國構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

AI智能體、工業(yè)機器人、無人駕駛汽車等新型通信主體的涌現(xiàn)，也改變了當(dāng)前的通信生態(tài)。它們在信息接收和處理方面與人類存在巨大差異，在人機交互中的信息理解機制也存在顯著差異。傳統(tǒng)語法通信模式依賴技術(shù)堆砌，以系統(tǒng)的復(fù)雜度換取性能增益，已難以適應(yīng)這些新變化。因此，6G的演進面臨兩大難題：一是如何支持智能泛在化，二是如何實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

保持我國在6G領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，亟須破除堆疊式發(fā)展模式，探尋一條既符合我國發(fā)展國情，又站在世界前沿的新路徑。要另辟蹊徑，克服大國博弈帶來的危機，助力我國乃至全球未來通信的可持續(xù)發(fā)展。

同時，我國要提升在國際標(biāo)準(zhǔn)制定方面的話語權(quán)，通過標(biāo)準(zhǔn)化讓更多人在領(lǐng)域內(nèi)形成共識。

記者：今年DeepSeek因其性能強、成本低的優(yōu)勢迅速崛起。您之前也提出過“智簡”通信范式，這是不是代表一種未來走向？

張平：DeepSeek本身就是一種結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，代表著人工智能新的發(fā)展方向。美國的大語言模型確實做得很好，但它未必代表人工智能的全部發(fā)展方向。我們可能需要重新審視和定義人工智能。

人工智能應(yīng)做到更好地與現(xiàn)實世界交互?，F(xiàn)實世界非常復(fù)雜，由多種類型的場景和空間構(gòu)成。機器本身沒有意識，人類通過計算和存儲，賦予了它們思考的能力。未來，這種能力應(yīng)該構(gòu)建在更深刻的層面，它的架構(gòu)可能也會因此發(fā)生變化，做到和人類信息系統(tǒng)一樣，只傳輸簡潔指令和信息。

人工智能應(yīng)該出自于人類的自然智能。自然智能大部分來自對自然界的感知以及與自然界的交互，通過這些方式得到的知識和經(jīng)驗可以使人類在生產(chǎn)實踐中作出更多反應(yīng)。而感知和交互就要用到通信，現(xiàn)在我們正在研究通信感知一體化，將通信系統(tǒng)和感知系統(tǒng)融合，從而極大地提升無線系統(tǒng)的能力，豐富業(yè)務(wù)種類，提升頻譜利用效率和硬件利用效率。這是6G移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵新能力之一。其目標(biāo)實際上就是讓機器能夠像人一樣完美地做事，為人類發(fā)展服務(wù)，而不是與人類競爭。

我提出的“智簡”就是“智能內(nèi)生，原生簡約”。我們?yōu)橥ㄐ畔到y(tǒng)設(shè)計的“智簡”新范式，充分挖掘了語義信息的深層特性，可以實現(xiàn)端到端聯(lián)合優(yōu)化，以簡約的系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)通信與智能融合。基于語義通信的6G技術(shù)演進，不再需要超多的天線數(shù)目、大功率消耗、寬頻譜占用，對芯片的工藝尺寸沒有過高要求。6G與智能融合后，系統(tǒng)可以實現(xiàn)極大簡約，用4G、5G的資源就可以實現(xiàn)6G的需求。

記者：人工智能正在賦能千行百業(yè)。6G和AI相融合如何為培育發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力賦能？

張平：移動通信的高速發(fā)展，為我國數(shù)字經(jīng)濟注入新動能。今天“人工智能+通信”已是潮流，但人工智能和通信都有各自的內(nèi)在發(fā)展規(guī)律。通信發(fā)展要順應(yīng)潮流，同時也要符合理論指導(dǎo)下的自洽，并充分考慮工程方面的多重限制因素，使得引入人工智能能夠帶來額外增益。語義通信技術(shù)實際上是對資源的最大節(jié)省，可避免對資源的過度索取。而人工智能在算法、算力、數(shù)據(jù)方面的巨大進步，也使語義通信在工程層面成為可能。

通過深度融合人工智能和通信技術(shù)，有望開辟革命性的技術(shù)演進新路線。融合了信息通信領(lǐng)域多元數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗的大模型具有提升通信效能的巨大潛力，能夠動態(tài)更新知識庫，處理多模態(tài)數(shù)據(jù)，理解人類意圖。這些能力可以對通信中信源、信宿及信道傳輸過程中的信號與信息處理機制進行革新，構(gòu)建達意、高效、適變、跨模態(tài)的語義通信技術(shù)新體制，促進我國信息通信技術(shù)的智能化升級。

人工智能將改變通信，其能夠提升通信的感知能力和語義理解能力。同時，泛在通信的6G又將人工智能的觸角延伸到各領(lǐng)域各角落。6G和人工智能的融合，將推動未來通信技術(shù)的范式轉(zhuǎn)變，加快形成數(shù)智經(jīng)濟新業(yè)態(tài)，成為發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的重要引擎。

【致青年科技人才】

在信息爆炸時代，年輕人正經(jīng)歷著前所未有的認(rèn)知超載和迷茫。

這種背景下，青年科技人才首先要注重基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)。在學(xué)好本專業(yè)知識的同時，多涉獵其他學(xué)科知識。比如學(xué)通信的學(xué)生，可以學(xué)一些物理、化學(xué)等學(xué)科的知識，看一些其他學(xué)科的書，拓展自己的知識面。

第二，要關(guān)注學(xué)科交叉。從去年的諾貝爾獎得主的經(jīng)歷也可以看出學(xué)科交叉的重要性。例如，傳統(tǒng)行業(yè)融合人工智能后，就會變成一個新的東西。

第三，要敢為人先。做研究要找到非共識性的內(nèi)容，相較于進行“從1到100”的研究，作“從0到1”的創(chuàng)新需要更大膽識。此外，想獲得更大的成績，可能也需要承擔(dān)更大的風(fēng)險。

第四，看準(zhǔn)的事情一定要堅持。加拿大多倫多大學(xué)的杰弗里·辛頓堅持利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行機器學(xué)習(xí)方面的研究，最終斬獲2024年諾貝爾物理學(xué)獎。

此外，對方向的把握也很重要，建議年輕人多聽一些“大?！钡膱蟾?，了解最新科研動向，并與實際需求相結(jié)合。

希望青年學(xué)子都能找到自己的方向，追逐科學(xué)夢想，把個人的學(xué)術(shù)追求融入科技強國建設(shè)的偉大事業(yè)。

——張平