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張平，中國工程院院士，北京郵電大學教授、博士生導師，網絡與交換技術全國重點實驗室主任，《通信學報》主編。長期致力于移動通信理論研究和技術創(chuàng)新，擔任IMT-2020（5G）專家組成員、IMT-2030（6G）推進組咨詢委員會委員，先后獲國家科學技術進步獎特等獎等多項獎勵。
【院士訪談】
管晶晶
當前，6G已經成為全球科技創(chuàng)新的熱點，也是各國爭相尋求技術突破的重要競爭點。不久前，由中關村泛聯移動通信技術創(chuàng)新應用院聯合中國移動、北京郵電大學共同研發(fā)的“智簡內生6G原型系統”公開亮相，標志著6G研發(fā)邁入體系化創(chuàng)新階段。
“新質生產力就是以新創(chuàng)質。6G是典型的新質生產力代表，對數字產業(yè)化和產業(yè)數字化都有促進作用，發(fā)展6G恰逢其時?！苯眨袊こ淘涸菏繌埰皆诮邮芸萍既請笥浾邔ＴL時介紹，當下我國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
記者：近40年來，全球移動通信產業(yè)經歷了從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：隨著通信技術的不斷發(fā)展，越來越多的數據在源源不斷地產生，給通信網絡帶來了很大的壓力。面對巨大的數據流量壓力，人類現有的通信手段，已經疲于招架。
現有的經典通信技術源自美國科學家香農于1948年提出的信息論。70多年來，在經典信息論指導下，通信技術獲得了突飛猛進的發(fā)展。經典通信技術已將信道編碼和信源編碼做到了極致。經典通信技術存在容量提升難、覆蓋成本高、系統能耗大等技術天花板，已經無限接近于香農極限，沒有多少潛力可挖。
當下，通信領域面臨三大瓶頸。一是理論性，當今通信體制無法逾越理論極限的天花板；二是智能性，當今通信體制與人工智能的設計范式難以匹配；三是靈活性，當今的通信體制無法靈活適配復雜場景變化的需求。
記者：近年來，語義通信技術獲得了學術界的普遍關注。它的意義何在？
張平：經典通信技術主要是語法通信。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，以技術堆砌為演進思路，以系統復雜度換取性能增益。信道的容量與天線數量、頻譜寬度和功率有關，增加這三個方面的數值可以提升通信系統容量，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。這是對香農信息論的發(fā)展與創(chuàng)新。
我們團隊的論文《語義通信的數學理論》發(fā)表在我國通信領域的期刊《通信學報》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、麻省理工學院等的科研人員發(fā)來郵件，肯定了這一數學模型的創(chuàng)新性，認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的理論極限，是對經典信息論的推廣，這是中國學者對信息理論的原創(chuàng)性貢獻。語義通信技術有望突破基于經典香農信息論的通信系統傳輸瓶頸，實現通信能力的極大提升，同時解決數據移動通信系統中存在的人機不兼容、難互通等問題，最終實現萬物智聯。
為世界6G發(fā)展貢獻中國方案
記者：從2G到5G，通信技術一直在進步。相較5G技術，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、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，希望實現現實世界與數字世界的有效連接。
6G作為下一代移動通信主導技術具有更高的性能，并向通感算智融合網絡發(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、協同共生。6G將滿足經濟社會高質量發(fā)展需求，服務智慧化生產與生活，助推人類走進虛擬與現實深度融合的全新時代，最終實現“萬物智聯、數字孿生”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可持續(xù)發(fā)展。二是系統的開放性使按需的定制化服務與剛性的系統設計成為矛盾。三是如何實現多要素融合，尤其是通信與AI的融合是關鍵難題。
記者：基于語義通信技術，您牽頭研究全球首個面向6G的智能通信融合外場試驗網。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生大量不同形態(tài)的數據，各種對象之間的通信不再僅僅是傳輸比特數據，而是更加注重語義的準確性和信息傳輸的有效性。與傳統語法通信不同，語義通信并不要求大量信息在符號層面的準確傳遞，而更關注發(fā)送端輸入的語義信息與接收端恢復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，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，使通信技術上升到一個新高度。核心技術的突破也證明了人工智能可以與通信高效融合，克服了網絡知識、模型傳遞的“最后一公里”難題。
6G外場試驗網為高校、科研院所、企業(yè)等提供了理論研究與關鍵技術前期驗證環(huán)境，降低了6G研究門檻，形成了貫通理論、技術、標準和應用的全產業(yè)鏈創(chuàng)新環(huán)境，可促進跨領域合作。目前這一技術已在沉浸式視頻傳輸、智能網聯車、無人機網絡等場景驗證了其優(yōu)異性能。視覺語義信息傳輸方面的部分研究成果已經應用于中國移動視頻彩鈴業(yè)務，在2024年奧運會及歐洲杯期間實現了示范應用，后續(xù)將進一步擴大業(yè)務應用范圍。語義通信的基礎理論和核心技術是我國進行“從0到1”原始技術創(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，中國的移動通信產業(yè)實現了從跟隨到引領的跨越式發(fā)展。當前，我國6G研發(fā)在全世界處于什么水平？
張平：短短30年間，我國在移動通信領域實現了從2G跟隨、3G突破、4G并跑到5G引領的角色跨越。我國引領的5G網絡架構、編碼方案等技術陸續(xù)被納入國際標準，也建立起自己的供應鏈和市場，改變了全球移動通信的技術格局。
當前，我國的6G研發(fā)無論是起步時機，還是投入積累，在全球都是領先的。我國在技術的理解、應用方面的實踐探索等方面，都是全球積極的主導者。
世界各國的6G的研發(fā)雖取得一定進展，但多聚焦在經典技術的延長線上，并無突破性的創(chuàng)新出現，難以應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場景的需求標準和第一個6G無線領域標準的研究項目中，都是研究主導者。通過這些研究項目我國持續(xù)發(fā)揮在國際電信聯盟（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6G愿景和需求的制定，牽引6G技術的標準方向。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)。當前，我國6G發(fā)展還面臨哪些挑戰(zhàn)？如何保持領先優(yōu)勢？
張平：步入6G時代，我們面臨的挑戰(zhàn)更為復雜。在技術層面，后摩爾定律效應顯現，芯片與元器件受限、半導體工藝進步放緩，傳統發(fā)展模式遇阻。同時，國際博弈加劇，西方國家在信息通信領域具有生態(tài)優(yōu)勢，對我國構成了嚴峻挑戰(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，也改變了當前的通信生態(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。傳統語法通信模式依賴技術堆砌，以系統的復雜度換取性能增益，已難以適應這些新變化。因此，6G的演進面臨兩大難題：一是如何支持智能泛在化，二是如何實現可持續(xù)發(fā)展。
保持我國在6G領域的領先地位，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準制定方面的話語權，通過標準化讓更多人在領域內形成共識。
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本身就是一種結構上的創(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。
人工智能應做到更好地與現實世界交互。現實世界非常復雜，由多種類型的場景和空間構成。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，這種能力應該構建在更深刻的層面，它的架構可能也會因此發(fā)生變化，做到和人類信息系統一樣，只傳輸簡潔指令和信息。
人工智能應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驗可以使人類在生產實踐中作出更多反應。而感知和交互就要用到通信，現在我們正在研究通信感知一體化，將通信系統和感知系統融合，從而極大地提升無線系統的能力，豐富業(yè)務種類，提升頻譜利用效率和硬件利用效率。這是6G移動通信系統的關鍵新能力之一。其目標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，而不是與人類競爭。
我提出的“智簡”就是“智能內生，原生簡約”。我們?yōu)橥ㄐ畔到y設計的“智簡”新范式，充分挖掘了語義信息的深層特性，可以實現端到端聯合優(yōu)化，以簡約的系統設計，實現通信與智能融合。基于語義通信的6G技術演進，不再需要超多的天線數目、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，系統可以實現極大簡約，用4G、5G的資源就可以實現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)展新質生產力賦能？
張平：移動通信的高速發(fā)展，為我國數字經濟注入新動能。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在發(fā)展規(guī)律。通信發(fā)展要順應潮流，同時也要符合理論指導下的自洽，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、數據方面的巨大進步，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，有望開辟革命性的技術演進新路線。融合了信息通信領域多元數據和專家經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)數據，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，構建達意、高效、適變、跨模態(tài)的語義通信技術新體制，促進我國信息通信技術的智能化升級。
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域各角落。6G和人工智能的融合，將推動未來通信技術的范式轉變，加快形成數智經濟新業(yè)態(tài)，成為發(fā)展新質生產力的重要引擎。
致青年科技人才
在信息爆炸時代，年輕人正經歷著前所未有的認知超載和迷茫。
這種背景下，青年科技人才首先要注重基礎知識學習。在學好本專業(yè)知識的同時，多涉獵其他學科知識。比如學通信的學生，可以學一些物理、化學等學科的知識，看一些其他學科的書，拓展自己的知識面。
第二，要關注學科交叉。從去年的諾貝爾獎得主的經歷也可以看出學科交叉的重要性。例如，傳統行業(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，可能也需要承擔更大的風險。
第四，看準的事情一定要堅持。加拿大多倫多大學的杰弗里·辛頓堅持利用人工神經網絡進行機器學習方面的研究，最終斬獲2024年諾貝爾物理學獎。
此外，對方向的把握也很重要，建議年輕人多聽一些“大?！钡膱蟾妫私庾钚驴蒲袆酉?，并與實際需求相結合。
希望青年學子都能找到自己的方向，追逐科學夢想，把個人的學術追求融入科技強國建設的偉大事業(yè)。
——張平
【未經授權，嚴禁轉載！聯系電話028-86968276】
