最終信息模式：終結香農極限，語義通信的另類空間_風聞

信息的傳遞從人類誕生之初就開啓了。信息的傳遞初始是通過人與人之間的咿咿呀呀吆喝，眼耳舌的信息接收與處理，食物與生存的信息得以傳播，文明在此之後開始延續。圖像與語言的傳播，則讓人類的協同進化加快速率，人類的足跡踏上了更加廣闊的疆域。

兩百多年前，人類的腦力突然進化，技術文明的突然爆發，信息的傳播升級過程不再依靠千百年來的腳程，目力與聽覺，而是以看不見的信號波為主。從1838年摩爾斯發明有線電報開始，到1918年的調幅無線電廣播，再到今天，我們肉眼看不到信息的傳播，但信息在世界的各個角落中流動，覆蓋到經濟、生產、生活等各領域，擊破地域、空間等限制的藩籬，影響着所有的一切。

在智能時代，信息網絡變得十分複雜，整體的信息系統存在信息的存儲和計算，信號傳輸速率會受到通道寬度、噪聲大小以及信號功率的影響，存在極限，給信息的傳輸帶來難題，這也意味着需要從系統角度來探索整體最優性。

信息理論的基礎-香農信息論構建了現代信息大廈的根基，建立了信息度量、壓縮、傳輸的基礎理論體系。同時也對通信傳輸中的極限提出了從語義層面出發的解決方案，那麼以語義變革為基礎，後香農時代的通信技術會如何發展呢？

通信傳輸的“極限”

1948 年，在信息通信領域中誕生了一個偉大的通信理論-著名的香農定理：通信信道容量在理論上存在極限值，它表示信道中的極限信息傳輸率和信道能力，被奉為現代通信的“金科玉律”。此後，香農定理成為現代信息論的基礎理論，信息產業得以高速發展，在通信和數據存儲領域廣泛應用，基於七十多年前的香農定理，一代又一代的通信產品不斷湧現，併為今天通信的發展打下了堅實的理論基礎。

邁入數智化時代，我們進入到萬物感知、萬物互聯的智能社會，新的生產和生活模式也在不斷的崛起中，這些都與七十年前香農時代發生了根本性的變化。隨着 5G技術的快速發展，幾乎達到了香農定理的極限。很多業內的通信專家也表明“5G之後無G”，在點到點的信道容量方面已經趨近容量限值。未來通信技術的發展，剩下的只是通信頻道量的擴張。

通信行業的發展到了需要直視挑戰的階段。在世界移動通信大會上，華為輪值董事長郭平指出：“香農定理和馮諾依曼架構已遇到很大瓶頸，我們需要探索新的理論和架構。”

香農極限與馮諾依曼架構的瓶頸，也讓計算與通信演化的方向朝量子計算、DNA存儲、語義通信的方向延展。利用語義通信來解決信息傳輸的存儲與效率等問題，運用量子計算的特質來並行執行龐大的計算任務。

探索這些新的信息傳遞與處理模式，可以把信息的傳遞延伸到更加廣闊的未知地帶，如深海通信、深空通信、人體網絡和分子網絡等。這些研究的方向都為未來提供了新的增長與創新空間。

多智能體泛在聯接

探究解決香農極限的語義通信問題，需要回答語義通信的基礎內涵與核心本質。語義通信的概念是由Weaver和Shannon 在1948年發表的經典論文中首次提出，語義通信是面向信號語義的通信，其本質是傳遞由語義符號表達的信息，這些符號能夠讓接受者秒懂其中的含義。

人類之間的通信目的是達意，我們使用語音交流説的每一句話，不僅僅是為了讓對方聽到而是聽懂。在現代信息的傳遞上，目前的通信技術是信息信號的搬運而不是信息的傳遞。信息的傳遞主要是以信號波形或數據比特保真為原則，把提取和理解信號中的信息任務交給了人自身。從信號傳遞到信息理解是需要花費代價，對於大量信號的傳遞，傳輸效率與直接理解信息的通信方式需要重構變革。

語義通信的信號接收雙方憑藉本地的語義知識庫，通過傳輸極少的內容，各自分別編碼和解碼，實現大量信息的準確與快速傳遞。跟科幻劇和諜戰劇中的黑科技傳輸形式類似，極少內容量的傳輸，就可以完成信息的傳遞，不僅降低信息傳遞和理解的時間，也能保證實時保真的通信質量。

語義通信是對通信本質的深化，在信息論學者Weaver提出這個超前當時時代的未來概念時，因為技術的限制，早期的通信設備只是信號轉換的機器，不具備智能的能力，無法表達與理解語義。隨着5G+AI技術的不斷發展，通信設備的智能化進展，通信的模式有了新的變化，也使得語義傳輸的研究與發展有了可以生長的土壤和載體，面向任務的多智能體新型通信模式有了交流和協作的可能。

對於語義通信來説，核心的是語義知識庫，這是通信雙方溝通的基石。語義知識庫以普適性知識和語義體系作為基礎，可以打破目前M2M智聯中信息模態不一致導致的不兼容性問題，

也能保障H2M、 H2H智聯交互及通信時的服務體驗，減少語義和物理信號之間的轉換次數，降低可能產生的語義失真。業內人士也將語義通信譽為真正意義上的人工智能通訊方式。可以滿足智能體之間泛在互聯的需求。

在通信行業內，語義通信也開始被看重，通信界巨頭、大公司都在基礎理論方面開始探索。而在這些先行者的步伐中，未來我們也會看到AR、VR的實時常態化使用，大量智能體間信息的傳輸會更快更準確。

終極通信模式

作為智能化時代的新型通信技術，語義通信未來將會在智能設施、多智能體協作、人機自然交互、人機融合、城市協同安防等方面具有廣闊前景。不過雖然語義通信具有較大的潛力和價值，但魚和熊掌難以兼得，其發展仍然面臨挑戰。

1.語義知識庫難共享。語義知識庫是語義傳輸的基石，通信的參與者需要共享相同或者相似的哲學世界觀與知識模型，知識積累和數據採集需要持續不斷地投入，會耗費大量的時間與成本。在一些未知語義知識的傳輸中，對雙方的知識庫的協同更新能力也有較高的要求。否則在一些發射與接收端知識庫不一致的情形下，雙方的共有知識不一致，會發生傳輸的信息無法保真的情形。對於一些壽命較短的設備和機器，維護和更新知識庫也需要耗費龐大的通信和存儲成本。

2.語義通信技術本身的侷限，語義的語境難感知且難識別。語義的信號包含的信息包羅萬象，內容豐富。容易受到各種地域、背景、階層、環境等限制，例如通信行業的人對於通信領域的專業知識會更加敏感，擅長自動駕駛領域的會更關注聚焦無人駕駛信息。語義的信息內容傳遞會容易侷限在信息傳輸兩端的背景中。對於知識識別和處理來説，會比較困難。

3.信息的傳遞涉及隱私安全的矛盾。信息傳遞的雙方在不斷地交換各自獲取感知到的信息，在協調和更新知識庫的情形下，可能會引起本地知識/隱私數據潛在的泄露風險，數據隱私難以保護。

這些難題都是語義通信發展路途的攔路虎，香農極限的瓶頸解決依賴於這些限制的突破。語義通信的模式會使得通信功能從相互信號傳遞變為相互溝通交流。人機協同、人機混合的智能模式也會得以上升到新的維度。這也推動智能體之間的高效合作，完成更多複雜、開放、魯棒等問題。

通信是現代科技各行業發展的基礎，語義通信的變革也會將通信技術相關的產業帶領到新的階段。從通信網絡的架構到核心的神經網絡芯片，包括各種通信接口規範和標準等等都會隨語義通信模式的出現而變革。

而這些變化也將影響各類行業接口、設備標準的改變。未來可能會出現這樣的場景，新購買的商品，可以與人直接交流，不需要紙質圖文或者視頻版的使用説明書，與用户交流成為最方便快捷的趨勢。用户不再需要學習使用產品的這道工序。智能體之間進行溝通的機器語言也將誕生，多智能體的協作理解也將成為現實，人機協同、機機協同的效能大幅提升。

在過去，信息的傳遞講究的是復刻，速率，而在技術的極致發展中，通信產業的終極追求從快到懂，人從分析處理信息的步驟中簡化、解放，信息傳遞的效率從內容的角度全面升維。

在科幻作品中，通信的終極模式是心靈感應。通過一些智能設備，只要雙方想要傳遞信息，信息便會通過心靈感應的方式傳遞，不會存在誤解與失真的情形發生，信息的傳遞效率也沒有時間的限制，即刻就能完成。人能夠從低效的信息傳播中解放出來，智識得到全面的發展。科幻作品中完全的心靈感應難以實現，不過如果細究其本質，心靈感應和語義通信的本質相似，都在追求信息的保真與效率，換句話説，語義通信也是一種低階的心靈感應方式。一旦成熟，解放出來的效率與抹平的信息障礙，帶給我們的未來不可限量。