6G智简信息传输及使能技术白皮书

前言随着6G网络的快速发展，通信系统正迈向智能化、差异化和多样化需求的新阶段。在此背景下，针对未来机器人等智能化终端泛用所导致的海量多模态数据（如图像、视频、点云等）传输需求，传统以精确到比特级信息传输为核心的编码调制方法逐渐接近香农极限，信息传输速率和系统性能的提升遭遇瓶颈。语义通信作为一种新兴范式，以人工智能技术为核心驱动，将通信范式从比特级跃迁至语义级，聚焦于信息的语义内容而非原始比特流，以突破传统通信香农极限，为未来6G网络多模态信息的智简传输提供了全新的技术路径。因此，本白皮书聚焦6G智简信息传输及使能技术，旨在构建适用于语义通信的新型传输理论框架，设计端到端的自适应多模态语义通信系统，并研发动态匹配与更新的语义知识库技术，为语义通信网络的高效和可靠运行提供理论和模型基础，进而构建多模态业务适配的智简信息传输保障使能技术体系，支撑智简 传输系统未来可能的工程落地。 目录1.引言........................................................12.智简信息传输总体框架.........................................22.1设计思路..................................................22.2技术框架设计..............................................33.新型智简传输理论.............................................53.1模分多址传输理论..........................................63.1.1 MDMA基本原理.....................................73.1.2 MDMA理论性能分析.................................83.1.3 MDMA系统性能仿真对比............................103.2准正交模分多址传输理论...................................113.2.1 O-MDMA基本原理..................................113.2.2 O-MDMA理论性能分析..............................113.2.3 O-MDMA系统性能仿真对比..........................144.多模态智简传输技术..........................................154.1多模态自适应语义通信.....................................154.1.1基于层的图像语义通信系统.........................154.1.2面向点云的语义通信系统（PCSC）...................194.1.3基于模分多址的视频语义通信系统（MDVSC）..........214.2语义知识库动态匹配与更新.................................225.智简信息传输使能技术........................................255.1智能新型网络传输与业务保障技术...........................255.2多维资源感知与智能调度技术...............................29 6.总结与未来展望..............................................34缩略语列表.....................................................36参考文献.......................................................38 1.引言随着6G网络的快速发展，通信系统正迈向智能化、差异化和多样化需求的新阶段。在此背景下，针对未来机器人等智能化终端泛用所导致的海量多模态数据（如图像、视频、点云等）传输需求，传统以精确到比特级信息传输为核心的编码调制方法逐渐接近香农极限，信息传输速率和系统性能的提升遭遇瓶颈。传统通信范式已然难以适配6G网络日趋高效的传输需求，亟待开拓新的优化空间与维度，提高通信传输的信息量显得尤为重要。智简信息传输应运而生，以达意传输为目标，不再是单纯追求越精确越好的数据搬运，而是通过人工智能驱动的语义表征技术，推动通信系统向更高层次的语义理解与表达跃迁。语义通信正是在这一技术需求的强烈牵引下出现，是先理解后传输的一种通信新兴范式，完美契合未来6G智简信息传输需求。语义通信以“智（人工智能）”作为核心技术驱动力，将传统通信精确到比特级的传输范式跃迁至语义级，聚焦于信息的语义内容而非原始比特流，从而实现传输的“简”，为6G网络信息的智简传输提供了全新的技术路径，为6G时代复杂场景下的通信需求开辟了突破物理层桎梏的技术方向，助力实现高效、智能、简约的通信愿景。同时，6G网络中以语义传输为代表的智简信息传输仍面临多重挑战。当前存在以下关键问题：首先，在基础理论层面，语义通信和语义传输理论处于构建并逐渐完善阶段，语义信息的提取与表征方法尚未统一，缺乏标准化的语义解析与编码规范；其次，在动态适应性方面，现有技术难以实现多源多端的语义知识库对齐，缺少有效的自适应同步机制；此外，在传输控制层面，面向多样化业务需求的智能精细化管控能力有待提升；最后，在系统融合方面，语义传输与传统语法传输的资源分配和业务传输保障策略尚未实现有效协同。针对这些挑战，需要从理论方法和使能技术两个维度进行突破：一方面要构建新型智简传输理论框架，探索多模态自适应传输技术路径；另一方面需研究智能新型网络传输与业务保障技术，建立全局资源认知体系及智能调度机制，为语义与语法融合传输的差异化服务质量保障提供系统支撑。 因此，本白皮书聚焦6G智简信息传输及使能技术，旨在构建适用于语义通信的新型传输理论框架，设计端到端的自适应多模态语义通信系统，并研发动态匹配与更新的语义知识库技术，为语义通信网络的高效和可靠运行提供理论和模型基础；进而，研究更适合捕捉数据流特征的人工智能技术，实现多模态业务流的特征识别，为智简传输的精准保障提供前提；研究业务数据流的差异化服务质量保障技术，为智简传输的网络资源高效利用和精准适配用户体验提供基础；研究多维资源感知方法与智能调度技术，形成统一的资源表征图谱，并在此基础上智能调度配置智简网络资源，优化系统整体信息传输效率，提升用户体验，为自适应多模态语义通信的实现提供支撑。2.智简信息传输总体框架2.1设计思路由于智简信息传输范式相较于传统通信范式发生了三个层面的核心转变：传统通信以保障比特级精确传输为目标，而智简传输聚焦于语义层面的信息理解与重构；传统信源编码采用基于概率模型的压缩算法，而智简传输通过AI驱动的信源信道联合编码实现场景适配；传统通信传输以单一信道容量为优化目标，而智简传输需构建多模态业务语义传输需求的按需、动态、弹性适配的差异化传输保障系统支撑能力。因此，智简信息传输总体框架设计需从理论突破、技术实现、系统支撑三个层面展开：第一，构建新型智简传输信息理论，为6G智简信息传输提供理论基础。传统通信理论依托香农信息论，聚焦于确保信息传输的比特级精确性，位于信息传递的三个层次的第一层。然而，在6G智简信息传输中，信息传输需求向语义理解层跃迁，传统理论框架与语义通信的发展诉求产生根本性错位。语义通信作为第二层通信范式，其性能评估不再局限于比特级精确性，而需建立面向语义内涵的新型理论模型。第二，研发面向多模态的语义智能编码框架，为6G智简信息传输提供技术实现路径。语义通信主要面向结构化信源的传输需求，而结构化数据（如视频/ 图像/文本）已占据全网流量的85%以上。需借助成熟的人工智能语义提取框架，综合考量通信信道状态和条件，生成适用于通信传输的最优编码，从而提升对通信资源的利用率，提升网络总体性能，为6G智简信息传输提供语义传输模型。此框架需解决两大技术难点：一是建立语义知识库动态匹配机制，确保收发端语义先验的一致性；二是设计语义知识库的更新迭代算法，解决预定知识库无法覆盖全场景通信需求的问题。第三，构建多模态业务适配的智简信息传输保障使能技术体系，支撑智简传输系统的工程落地。面向6G网络承载的多模态业务，需构建三层使能技术体系：在业务保障层，开发基于AI的业务特征识别引擎，实现业务流数据模态的自动分类，设计QoS控制策略自生成机制，实现为不同类别和用户体验需求的业务提供优化的QoS策略选择，从而完成业务适配和传输策略控制；在资源调度层，动态获取网络资源与状态，结合QoS控制策略，应用基于AI的动态资源分配算法，实现弹性、动态的资源调度与配置优化，提升资源利用效率与服务保障能力；在智简传输层，构建多模态自适应语义通信传输处理机制，基于语义编解码和语义知识库动态匹配与更新，实现高效、鲁棒地传输不同数据形态（模态）的信息语义，并兼容语法传输和语义传输。缺少这些使能技术，语义通信系统将退化为面向单一业务的专用通道。因此，该技术体系是连接理论创新与工程实践的关键桥梁。 2.2技术框架设计基于以上设计思路，本白皮书依托于新型智简传输信息理论基础，在从智简传输、资源调度、业务保障维度对6G智简信息传输架构进行了设计，如通感互联全息交互智能新型网络传输业务流智能识别分类业务保障层QoS规则生成资源调度层资源调度和配置智简传输层语义编码图2-1所示： AI应用超能交通精准医疗智能交互元宇宙QoS流映射多维资源和状态感知语义知识库同步语法编码语义解码语法解码网络资源状态库共享语义知识库本地语义知识库AI引擎-AI训练业务智能识别分类智简传输资源库QoS策略自生成资源调度配置策略语义编解码器多模态自适应传输 （1）.智简传输层智简传输层是智简信息传输理论创新的关键基础能力层，通过智能、灵活的多模态自适应传输技术，高效鲁棒地传输理解不同模态的信息；建立高效的语义知识库动态匹配与更新机制，降低语义知识库更新成本，实现多任务/多信源高效协同适配。（2）.资源调度层资源调度层通过多维资源和状态的智能感知机制，获取和构建网络资源图谱，为资源调度决策提供数据支撑。通过资源的智能统一调度，显著提升了关键信息传输的可靠性，从而全面增强了网络的QoS保障能力。（3）.业务保障层业务保障层通过智能新型网络传输的业务流智能识别和分类，完成了多模态业务流的精准区分；传输业务保障技术，提供基于AI的QoS控制策略的生成功能，结合智能分类信息和用户体验需求确定差异化的QoS映射规则，用于传输过程中的QoS流映射，为服务质量保障奠定基础。同时，AI作为赋能智简信息传输的智慧内生引擎，提供智简信息传输架构所需的模型训练能力，包括业务智能识别分类、QoS策略自生成、资源调度配置 策略和语义编解码器等模型供给。而智简传输资源库则包括语义知识库的管理和网络资源与状态的管理，是智简传输数据层面的基础设施。可通过共享语义知识库和本地语义知识库，为智简传输层语义知识库的动态匹配与更新提供数据支撑；网络资源与状态库则存储网络资源与状态，包括网络拓扑、网络资源与状态信息，可提供给AI引擎用于智简模型训练，以及提供全域资源状态给资源调度层作为资源调度和分配的依据。通过智简传输信息理论和以上技术体系，可为6G智简信息传输的标准化和产业化奠定基础，进一步推动学术界和产业界协同努力，助力未来6G智简信息传输的可能的工程落地。3.新型智简传输理论新型智简传输理论的核心，在于将通信的关注点从Shannon-Weaver模型的第一层（精确比特传输）提升至第二层（语义信息传递）。这一范式跃迁意味着，传统通信理论围绕比特恢复构建的基石——香农信息论、误码率（BER）指标及