你跟同事说"那个方案我觉得不太行",同事回了句"行,你说了算"。
两句话,没有一个字相同。但你秒懂了意思:方案被否了。
人和人聊天,从来不在乎每个字一字不差。我们在乎的是"意思传到了"。可过去八十年,整个通信工程界偏偏在干另一件事——拼命让接收端的比特和发送端一模一样。
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PART 01
从香农到韦弗:被搁置的"语义问题"
1948 年,香农(C. E. Shannon)在《贝尔系统技术学报》发表《通信的数学理论》,给出了通信的铁律:把消息变成比特,想方设法让接收端的比特和发送端一模一样[1]。
从那以后,整个行业都在为"比特零误差"拼命——更强的编码、更聪明的调制、更狠的重传。Turbo 码、LDPC 码、Polar 码,一代接一代,每一代都在逼近那个著名的香农极限。
但香农本人是清醒的。1949 年,韦弗(W. Weaver)在为香农理论撰写的导读中明确提出了通信的三层架构[2]:
图 1|Weaver 提出的通信三层模型:经典信息论只解决了 Level A
其实早在 1950 年代,Carnap 与 Bar-Hillel 就尝试用逻辑概率(而非统计概率)来度量语义信息,给出了语义信息熵的表达式[3]。但这些工作长期停留在哲学与数理逻辑层面——道理很简单:在没有深度学习的年代,"怎么从一段话里抽出含义"根本没有工程办法,"语义"是一个无法量化的黑箱。
于是 Level B 和 Level C 被搁置了七十年。整个行业默认:先把 Level A 做到极致,语义的事以后再说。
PART 02
为什么是现在?深度学习补上了工程短板
转机是神经网络。
2019 年,Gündüz 团队提出 DeepJSCC,用深度神经网络对图像做端到端的信源信道联合编码,首次在无线传输任务上证明:语义特征的"直接映射传输"可以优于"先压缩、再信道编码"的经典分离架构[4]。2021 年,秦志金(当时在英国玛丽女王大学,现任清华大学长聘副教授)与 Geoffrey Li 等人提出 DeepSC,用 Transformer 提取文本语义特征传输,在低信噪比下显著优于传统方案,被视为文本语义通信的奠基性工作之一[5]。
同年,Strinati 与 Barbarossa 在 Computer Networks 上提出 6G 应"超越香农",走向语义与目标导向通信[6];2023 年,Gündüz、秦志金等在 IEEE JSAC 发表里程碑式综述《Beyond Transmitting Bits》,系统梳理了上下文、语义与任务导向通信的理论谱系[7]。
国内学术界几乎同步发力。西安电子科技大学石光明团队早在 2018 年就提出"语义通讯是智能时代的产物"的判断[8],并于 2021 年在 IEEE Communications Magazine 上给出从语义通信到语义感知网络的完整架构[9];北京邮电大学张平院士、牛凯教授团队则提出了"语义基"(Semantic Base)模型与"智简"(Intellicise)理念,并在《通信学报》系统阐述了语义通信的基本原理与实现方法[10]。
至此,"只传意思"从信息论的旁注,变成了 6G 的候选范式。
PART 03
三个真正能用的技术内核
语义通信的核心思路很朴素:通信的目标不再是恢复比特,而是让接收端"正确理解发送端的意图"。只传与任务相关的语义——含义、特征、意图,冗余一概丢弃。背后有三个实打实的技术内核。
【内核一】深度联合信源信道编码(DeepJSCC)[4]
传统通信是两段式的:先信源编码(压缩),再信道编码(加保护),两步各管各的,中间有"接口"损耗。DeepJSCC 端到端训练一个神经网络,把图像、文本或传感数据直接映射为信道符号。带宽更省,抗噪更强——低信噪比下传统方案图像已糊成一团,DeepJSCC 还能认出主体,画质渐降而非断崖式崩溃。
图 2|"悬崖效应"与"软退化":DeepJSCC 在低信噪比区不再突然失效(示意)
【内核二】共享知识库[10]
收发两端先对齐一份"背景知识",通信时只传差异和增量。就像老朋友聊天,一个眼神就懂。张平院士团队将知识库形式化为语义编解码的先验:知识图谱、语义标签、任务模型、信道特征都可入库。中山大学张曦团队则探索了另一条路——不依赖外部大库,而是挖掘文本内部实体信息做二次编码增强,在小规模知识库下低信噪比性能提升 3% 以上[11]。
【内核三】任务导向传输[7][12]
接收端只还原完成任务所需的那点信息,而非完整原始数据。秦志金团队提出的任务驱动多用户语义通信框架,让多个终端在同一信道上各传各的"任务语义"[12]。举例:卫星遥感图像下传,地面站需要的只是一个"此处有异常"的标签或几个坐标——星上完成检测,只传结果,数据量可从几百 MB 降到几 KB。
图 3|语义通信系统模型:在经典收发链路上叠加"语义编解码 + 共享知识库"[10]
这不是优化,是降维打击。
PART 04
国内外研究图谱:谁在做,做到哪了
语义通信目前处于"理论框架收敛、工程验证铺开"的阶段。梳理一下主要力量。
学术界
北京邮电大学 · 张平院士 / 牛凯教授团队【理论体系】
提出语义基(Semantic Base)模型与"智简"通信理念,建立语义信息度量指标体系,用归一化条件复杂度刻画语义压缩极限,并牵头多篇奠基性综述[10]。是语义信息论"中国学派"的核心力量。
清华大学 · 秦志金团队【系统与算法】
DeepSC 文本语义通信、DeepSC-ST 语音语义通信的提出者之一,覆盖任务驱动多用户框架、多模态语义-信道联合编码,已搭建语义通信示范平台[5][12][13];研究方向明确包括面向卫星通信的语义编码。担任 IEEE JSAC 语义通信专刊客座编辑。
西安电子科技大学 · 石光明团队【框架与网络】
2018 年即提出语义通信基本框架,研究语义信息表征与压缩编码,2021 年给出"语义感知网络"的模型与开放问题[8][9],是国内最早系统进入该方向的团队之一。
中山大学 · 学术前沿多团队并进【图像语义 · 空天地一体】
王玺钧、陈翔团队(电子与信息工程学院)联合新加坡科技设计大学 Tony Q. S. Quek(IEEE Fellow)等提出可信图像语义通信框架:把图像转成可解释的语义文本与分割图,接收端用生成式 AI 重建,并结合 AI RAN 实现语义级多速率传输,同时解耦收发两端训练依赖,成果发表于 IEEE Wireless Communications[14]。
陈高洁团队(柔性电子学院)与帝国理工 Geoffrey Li 院士合作,面向含多颗 LEO 卫星、无人机与地面用户的空天地一体化网络,提出比特传输与生成式语义图像传输并行的混合框架,用分布式 Soft Actor-Critic 做资源分配,成果发表于 IEEE JSAC[15]。
马啸教授领衔的编码与信息论实验室(COIN@SYSU)将语义通信与空间通信、卫星通信列为重点方向,从编码与信息论根基切入;张曦团队在文本语义通信的实体信息增强上亦有工作发表[11]。
中山大学 CPNT Lab【应用落地 · 指标国内前沿】
前面几个团队回答"能不能做",CPNT Lab 回答"能不能用"。语音、图像、视频三条线均在真实窄带卫星链路上跑通,多项指标处于国内前沿[19]。
语音:150bps,4 秒通话仅 74 字节。相比传统 PCM(64kbps)压缩约 400 倍,VISQOL 主观音质仍达 4.25/5,一条北斗短报文就装得下。
图像:极限压缩 2378 倍。1.76MB 大坝监测图 → 776 字节,主体内容可辨;常规档位同画质码率仅为 JPEG2000 的 43.5%。
视频:11 秒 720p 压至约 40KB。实测航船俯拍码率从 24.7Mbps 压到 0.8Mbps,最低 200kbps 即可实时回传。
落地链路已适配北斗三号短报文、天通一号、风云卫星;覆盖水利监测、电力覆冰、野外图传、动物保护等场景。北斗短报文正从"文字时代"迈入"多媒体时代"。
图 4|中山大学 CPNT Lab 语义通信落地指标速览:语音、图像、视频三线并进[19]
产业界
广州磐钴智能科技有限公司【卫星物联网 · 工程落地】
国内少有的把语义通信真正"装进终端"跑起来的公司。在 2026 年第三届中国卫星开发者论坛上,磐钴智能分享了《卫星物联网多媒体语义通信研发与应用》:跳出峰值信噪比等传统量化指标,以人眼视觉、人耳听觉的主观语义保真为核心,结合深度学习与对抗训练,实现超低码率下多媒体数据的高质量传输。
落地指标:自研低码率语音压缩算法、渐进式图像压缩算法与低码率声码器芯片(425bps–2400bps);依托北斗三号短报文、天通卫星链路,终端规模化部署超 30 万台,覆盖应急通信、电力水利、野外监测等场景。
华为、鹏城实验室、中国移动等【标准与平台】
华为在"后香农时代十大挑战问题"中将语义通信列入议程,并参与信道知识库构建研究[16];鹏城实验室与北邮、港中大(深圳)联合推进语义通信试验平台;三大运营商在 6G 推进组中均已设立语义通信专题。IMT-2030(6G)推进组发布的白皮书中,语义通信已被列为 6G 潜在关键技术。
PART 05
和"AI 原生空口"是什么关系?
有人可能会问:这跟之前说的 AI 原生空口有什么区别?简单说,是上下层关系。
一个管管道质量,一个管管道里该流什么。两者可以叠加,也可以独立部署。
PART 06
别急着吹——硬骨头同样不少
说完好处,得说难处。综合多篇综述的共识[7][17][18],语义通信至少有几块硬骨头。
"意思传对了"怎么量化?
这是最难的问题。比特通信有误码率,清清楚楚。语义通信呢?接收端理解对了没理解对,怎么定义"对"?一张图传过去,接收端识别出了猫,但颜色搞错了,算不算语义正确?目前学界尚无公认的语义保真度度量——张平团队提出用语义熵与归一化条件复杂度刻画[10],但距离工程可用的"尺子"还有距离。
黑盒模型的可解释性
深度学习模型本身就是黑盒,出了错很难定位是哪一层语义出了问题。中山大学王玺钧团队提出"可信语义通信",用可解释的语义文本与分割图替代不透明特征向量,正是对这一短板的直接回应[14]。在航天、国防等高可靠场景,"不知道为什么错了"是致命的。
跨场景泛化与知识库对齐
在图像上训练好的语义编码器,换到语音、换到雷达数据,可能完全不适用,每个场景都要重新训练。不同厂商、不同系统的"背景知识"如果对不齐,就像两个人各说各的方言,只传差异反而更乱。
安全多了一层
已有研究专门讨论语义通信的新型攻击面:有人给共享知识库"投毒",语义层就跟着出错,且比比特层面的篡改更隐蔽——因为"语义正确"本身就难以验证[18]。
所以现实里,语义通信更像传统通信的"增效补丁",而非替代品。关键的控制信令、测控链路,仍然需要比特级的绝对可靠——不然网络自己先乱套了。
PART 07
对卫星通信意味着什么?
最后说说跟我们做卫星通信的关系。
卫星通信有几个天生的痛点:带宽贵、时延高、链路条件波动大(雨衰、多径、遮挡)。传统通信的"比特零误差"策略在这些约束下格外吃力——重传一轮就是几百毫秒,雨衰一来就得降速编码兜底。
语义通信恰好对上了这些痛点:
【适配点一】DeepJSCC 的"软退化"天然适配链路波动
低信噪比下不会突然断链,而是画质渐降。卫星链路受雨衰、遮挡影响波动剧烈,传统数字方案在门限以下直接"悬崖式"失效(见图 2),DeepJSCC 则平滑过渡——这对难以精确链路预算的移动卫星场景价值巨大。
【适配点二】共享知识库:高时延链路上省下的每一比特都是时间
GEO 卫星往返时延 250ms 以上,每减少一次重传、每省一段冗余,都在改善端到端体验;对 LEO 星座而言,时延虽低,带宽与星上功耗仍是硬约束。
【适配点三】任务导向传输让"星上智能"成为必选项
遥感卫星不再下传原始图像,而是星上完成目标检测、只传结果。中山大学陈高洁团队在空天地一体化框架里已经验证了"比特+生成式语义"混合传输的可行性[15];磐钴智能则用 30 万台在网终端证明:在窄带卫星链路上,主观语义保真优先的压缩传输已经能商用。
【适配点四】窄带卫星物联网:语义通信已经开始"挑大梁"
北斗三号 RDSS 短报文的单条容量以百字节计,传统上只能传文字。中山大学 CPNT Lab 的落地实践给出了最直接的证据:150bps 语义语音让 4 秒通话装进 74 字节——一条短报文发一段语音;2378 倍图像压缩让一张水库大坝监测图缩到 776 字节——一条短报文发一张图[19]。当语音、图像乃至 200kbps 实时视频都能挤进窄带卫星链路,北斗短报文就不再只是"发短信的",而成了真正的多媒体通道。
当然,卫星通信也有自己的红线:测控链路(TT&C)、指令上行的可靠性要求极高,这些地方语义通信暂时碰不得。但业务信道——尤其是图像、视频、遥感数据的下传——正是语义通信最肥沃的试验田。
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从"传比特"到"传意图",不是推翻香农,
而是在香农的地基上盖一层新的楼。
比特通信解决了"怎么把信息准确搬过去",
语义通信回答的是"到底该搬什么"。
当频谱越来越挤、终端越来越多、业务越来越杂,
这个问题会越来越迫切。
至少在卫星通信这块,变化已经不是"闻到味道"——
150bps 的语音、776 字节的图像、40KB 的视频,
已经在北斗短报文的链路里跑着了。
北斗短报文的"文字时代"正在落幕,
"多媒体时代"的入场券,是语义通信发的。
— END —
参考文献
[1]C. E. Shannon, "A mathematical theory of communication," Bell System Technical Journal, vol. 27, no. 3, pp. 379–423, 1948.
[2]C. E. Shannon and W. Weaver, The Mathematical Theory of Communication. University of Illinois Press, 1949.
[3]Y. Bar-Hillel and R. Carnap, "Semantic information," British Journal for the Philosophy of Science, vol. 4, no. 14, pp. 147–157, 1953.
[4]E. Bourtsoulatze, D. B. Kurka, and D. Gündüz, "Deep joint source-channel coding for wireless image transmission," IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking, vol. 5, no. 3, pp. 567–579, 2019.
[5]H. Xie, Z. Qin, G. Y. Li, and B.-H. Juang, "Deep learning enabled semantic communication systems," IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 69, pp. 2663–2675, 2021.
[6]E. C. Strinati and S. Barbarossa, "6G networks: Beyond Shannon towards semantic and goal-oriented communications," Computer Networks, vol. 190, 107930, 2021.
[7]D. Gündüz, Z. Qin, I. E. Aguerri, et al., "Beyond transmitting bits: Context, semantics, and task-oriented communications," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 41, no. 1, pp. 5–41, 2023.
[8]石光明, 李莹玉, 谢雪梅. 语义通讯:智能时代的产物[J]. 模式识别与人工智能, 2018, 31(1): 91–99.
[9]G. Shi, Y. Xiao, Y. Li, and X. Xie, "From semantic communication to semantic-aware networking: Model, architecture, and open problems," IEEE Communications Magazine, vol. 59, no. 8, pp. 44–50, 2021.
[10]张平, 牛凯, 姚圣时, 等. 面向未来的语义通信:基本原理与实现方法[J]. 通信学报, 2023, 44(5): 1–14.
[11]李聪端, 张曦. 基于内部实体信息增强的语义通信[J]. 移动通信, 2024, 48(2): 22–26.
[12]H. Xie, Z. Qin, X. Tao, and K. B. Letaief, "Task-oriented multi-user semantic communications," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 40, no. 9, pp. 2584–2597, 2022.
[13]Z. Weng and Z. Qin, "Semantic communication systems for speech transmission," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 39, no. 8, pp. 2434–2444, 2021.
[14]X. Wang, D. Ye, C. Feng, H. Yang, X. Chen, and T. Q. S. Quek, "Trustworthy image semantic communication with GenAI: Explainability, controllability, and efficiency," IEEE Wireless Communications, 2025.
[15]G. Chen, et al., "Deep reinforcement learning-based resource allocation for hybrid bit and generative semantic communications in space-air-ground integrated networks," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2025.
[16]徐文伟, 张弓, 白铂, 等. 后香农时代 ICT 领域的十大挑战问题[J]. 中国科学: 数学, 2021, 51(7): 1095–1138.
[17]Z. Lu, R. Li, K. Lu, et al., "Semantics-empowered communications: A tutorial-cum-survey," IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 26, no. 1, pp. 41–79, 2024.
[18]Y. E. Sagduyu, T. Erpek, S. Ulukus, and A. Yener, "Is semantic communication secure? A tale of multi-domain attacks," IEEE Communications Magazine, vol. 61, no. 11, pp. 74–80, 2023.
[19]中山大学北斗综合智能导航实验室(CPNT Lab). 突破比特传输极限——AI 语义通信研究与应用进展[R]. 技术报告, 2026.