一种语义通信系统中的信息传输方法

技术领域

本发明涉及6G移动通信领域，特别涉及一种语义通信系统中的信息传输方法。

背景技术

语义通信（Semantic Communications）利用传输内容的语义信息进行编码，可以去除冗余数据，减少传输数据量，满足6G时代的智能通信需求。所谓语义通信，是指从信源中提取语义信息并编码，在有噪信道中传输的通信方式。传统的语法通信，要求接收端译码信息与发送端编码信息严格一致，即实现比特级的无差错传输，而语义通信并不要求译码序列与编码序列严格一致，只要求接收端恢复的语义信息与发送端提取的语义信息匹配即可。由于语义通信放松了对信息传输的无差错要求，因此有望突破经典通信系统的传输瓶颈，为6G移动通信提供新的解决思路。

语义通信系统的基本框架如图1所示，在发送端，首先进行语义信息提取和语义编码，产生语义编码序列，然后进行信道编码，经过无线信道传输后到达接收端，接收端进行信道译码，再进行语义译码和语义信息恢复。其中，语义信息提取和语义编码、语义译码和语义信息恢复，需要利用基于海量数据训练的语义知识库，从而提取和重建语义信息。

在经典通信系统中，采用基于香农信息论的比特级无差错传输方法，接收端可以采用基于HARQ ACK/NACK的反馈方法把比特序列是否传输正确的信息反馈给发送端。在语义通信系统中，采用先经过语义信息提取和编码后再进行比特级无差错传输的方法，接收端进行语义译码和语义信息恢复，判断接收的语义信息是否正确，并反馈给发送端。由于在语义通信系统结构中包含了经典通信系统的部分，因此，语义通信系统的反馈过程要同时考虑传统的HARQ ACK/NACK反馈和语义反馈。

然而，在上述语义通信系统的基本框架下，如何进行信息传输，尚无具体的方法公开。

发明内容

本发明的目的在于提供一种语义通信系统中的信息传输方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请公开了一种语义通信系统中的信息传输方法，具体包括如下步骤：

S1、发送端首先进行语义信息提取，产生语义表征序列，在所产生的语义表征序列中添加语义知识库的信息，然后进行语义编码，产生语义编码序列；

S2、对语义编码序列进行信道编码，生成无线信号，经过无线信道传输后到达接收端；

S3、接收端对接收到的无线信号进行信道译码和语义译码；

S4、接收端根据信道译码和语义译码的正确与否向发送端进行反馈；

S5、发送端根据反馈结果决定是否需要重传以及重传的方式，直到接收端得到正确的语义译码结果。

作为优选，所述步骤S3中语义译码的操作如下：接收端根据发送端在语义表征序列中添加的语义知识库的信息，在对应的语义知识库内对语义译码结果进行匹配。

作为优选，所述步骤S3中语义译码的操作如下：接收端根据发送端在语义表征序列中添加的语义知识库的信息，在对应或相近的语义知识库内对语义译码结果进行匹配；具体包括如下子步骤：

S31、接收端优先选用对应的语义知识库对语义译码结果进行匹配，并根据匹配结果确定语义信息是否恢复正确；

S32、若语义信息恢复不正确，则接收端再选用相近的语义知识库对语义译码结果进行匹配；若语义信息恢复正确，则结束匹配。

作为优选，所述步骤S3采用先判断信道译码是否正确，只有信道译码正确后才执行语义译码的形式，则所述S4具体包括如下子步骤：

A1、若信道译码错误，则接收端反馈HARQ NACK；

A2、若信道译码正确，则接收端反馈HARQ ACK，并执行语义译码；

A21、若语义译码正确，则接收端反馈语义译码正确；

A22、若语义译码错误，则接收端反馈语义译码错误。

作为优选，所述步骤S3采用无论信道译码是否正确，都继续执行语义译码的形式，则所述步骤S4具体包括如下子步骤：

B1、若语义译码正确，则接收端反馈语义译码正确和HARQ ACK；

B2、若语义译码错误，则判断信道译码是否正确；

B21、若信道译码错误，则接收端反馈语义译码错误和HARQ NACK；

B22、若信道译码正确，则接收端反馈语义译码错误和HARQ ACK。

作为优选，所述步骤S5具体操作如下：

S51、若发送端收到反馈包含语义译码正确和HARQ ACK，则传输成功；

S52、若发送端收到反馈仅包含HARQ NACK，则需要返回步骤S2重传；

S53、若发送端收到反馈包含语义译码错误和HARQ NACK，则需要返回步骤S1重传；

S54、若发送端收到反馈包含语义译码错误和HARQ ACK，则需要返回步骤S1重传。

作为优选，所述语义知识库的信息包括语义知识库的标识、公私属性、信源类型中的一种或多种；所述信源类型包括文本、图像、语音或多源中的一种。

作为优选，所述信源类型为文本，所述语义信息提取采用Transformer模型；所述语义表征序列为一个向量；所述语义知识库的信息添加在所述语义表征序列的前部或后部。

作为优选，所述信源类型为图像或语音，所述语义表征序列为知识图谱的子图。

本发明的有益效果：

本发明一种语义通信系统中的信息传输方法，通过对信道译码和语义译码的顺序方法的选择，以及信道译码和语义译码的结果的反馈，判断是否需要重传以及重传的方式，提高数据传输和反馈重传的效率，避免计算资源和传输资源的浪费。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

附图说明

图1是背景技术中语义通信系统的基本框架；

图2是本发明一种语义通信系统中的信息传输方法的逻辑框图；

图3是本发明实施例步骤S3至步骤S5的逻辑框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

参阅图2，本发明实施例提供一种语义通信系统中的信息传输方法，具体包括如下步骤：

S1、发送端首先进行语义信息提取，产生语义表征序列，在所产生的语义表征序列中添加语义知识库的信息，然后进行语义编码，产生语义编码序列；

S2、对语义编码序列进行信道编码，生成无线信号，经过无线信道传输后到达接收端；

S3、接收端对接收到的无线信号进行信道译码和语义译码；

S4、接收端根据信道译码和语义译码的正确与否向发送端进行反馈；

S5、发送端根据反馈结果决定是否需要重传以及重传的方式，直到接收端得到正确的语义译码结果。

在一种可能的实施方式中，接收端根据发送端在语义表征序列中添加的语义知识库的信息，在对应的语义知识库内对语义译码结果进行匹配。也就是说，接收端仅在发送端指示的语义知识库内对语义译码结果进行匹配。

在一种可能的实施方式中，接收端根据发送端在语义表征序列中添加的语义知识库的信息，在对应或相近的语义知识库内对语义译码结果进行匹配。也就是说，允许接收端在和发送端指示的语义知识库相近的语义知识库内对语义译码结果进行匹配。具体来说，接收端优先选用发送端指示的语义知识库对语义译码结果进行匹配，并根据匹配结果确定语义信息是否恢复正确；若语义信息恢复不正确，则接收端再选用相近的语义知识库对语义译码结果进行匹配；若语义信息恢复正确，则结束匹配。

参阅图3，图3是本发明实施例步骤S3至步骤S5的逻辑框图。

在一种可能的实施方式中，所述步骤S3采用先判断信道译码是否正确，只有信道译码正确后才执行语义译码的形式（图3中思路一），则所述步骤S4具体包括如下子步骤：

A1、若信道译码错误，则接收端反馈HARQ NACK；

A2、若信道译码正确，则接收端反馈HARQ ACK，并执行语义译码；

A21、若语义译码正确，则接收端反馈语义译码正确；

A22、若语义译码错误，则接收端反馈语义译码错误。

在一种可能的实施方式中，所述步骤S3采用无论信道译码是否正确，都继续执行语义译码的形式（图3中思路二），则所述步骤S4具体包括如下子步骤：

B1、若语义译码正确，则接收端反馈语义译码正确和HARQ ACK；

B2、若语义译码错误，则判断信道译码是否正确；

B21、若信道译码错误，则接收端反馈语义译码错误和HARQ NACK；

B22、若信道译码正确，则接收端反馈语义译码错误和HARQ ACK。

继续参阅图3，其中，步骤S5具体操作如下：

S51、若发送端收到反馈包含语义译码正确和HARQ ACK，则传输成功；

S52、若发送端收到反馈仅包含HARQ NACK，则需要返回步骤S2重传；

S53、若发送端收到反馈包含语义译码错误和HARQ NACK，则需要返回步骤S1重传；

S54、若发送端收到反馈包含语义译码错误和HARQ ACK，则需要返回步骤S1重传。

在步骤S5中，若需要返回步骤S1重传，则需要发送端重新进行语义信息提取，产生新的语义表征序列，并在所产生的新的语义表征序列中添加新的语义知识库的信息。

在一种可能的实施方式中，初传（initial transmission）时由发送端选择语义知识库进行语义信息提取，并指示给接收端，但当语义译码错误或语义信息恢复失败需要重传（retransmission）时，则可以由接收端选择语义知识库，并向发送端进行反馈，即由接收端向发送端推荐语义知识库。为了提高数据重传的效率，当发送端重新进行语义信息提取时，应当优先选用接收端推荐给发送端使用的语义知识库，若接收端没有推荐，或者发送端没有收到接收端推荐的语义知识库的信息，或者发送端无法获取到接收端推荐的语义知识库的内容，则可以选用发送端私有语义知识库或公有语义知识库，并指示给接收端。

在一种可能的实施方式中，HARQ ACK/NACK反馈、语义译码正确与否的反馈、以及语义知识库的反馈，这三者可以复用（multiplexing）在相同的物理层信道（例如PUSCH或PUCCH）或高层信令（例如RRC信令、MAC CE等）中。这三者也可以分别在不同的（separate）物理层信道或高层信令中，例如，时刻t1的PUCCH用于反馈HARQ ACK/NACK，时刻t2的PUSCH用于反馈语义译码正确与否，时刻t3的PUSCH用于反馈语义知识库的信息。

在一种可能的实施方式中，所述语义知识库的信息包括语义知识库的标识（identity）、公私属性（即语义知识库是私有还是公有）、信源类型中的一种或多种；所述信源类型包括文本、图像、语音或多源中的一种。

在一种可能的实施方式中，所述信源类型为文本，所述语义信息提取采用Transformer模型；所述语义表征序列为一个向量；所述语义知识库的信息添加在所述语义表征序列的前部或后部。

发送端可以向接收端指示多个语义知识库的信息，并添加在语义表征序列中。例如，发送端在产生语义表征序列时，采用的语义知识库为发送端私有的，则发送端可以把该语义知识库的标识添加在语义表征序列中（例如作为第一优先级），同时还可以额外添加与该语义知识库接近的其他语义知识库的标识（例如作为第二优先级）。这样做的好处是，当接收端无法获取到发送端私有语义知识库时，可以根据发送端指示的第二优先级的语义知识库进行快速译码。

此外，接收端也可以向发送端反馈多个语义知识库的信息，作为推荐给发送端进行语义信息重新提取使用。这样做的好处是，如果发送端无法获取到接收端推荐的某个语义知识库的内容，还存在其他备选的语义知识库。

在一种可能的实施方式中，所述信源类型为图像或语音，所述语义表征序列为知识图谱的子图。

在一种可能的实施方式中，所述信源类型为多源，则需要对多源数据进行语义综合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。