最終資訊模式：終結夏農極限，語義通訊的另類空間

資訊的傳遞從人類誕生之初就開啟了。資訊的傳遞初始是通過人與人之間的咿咿呀呀吆喝，眼耳舌的資訊接收與處理，食物與生存的資訊得以傳播，文明在此之後開始延續。影像與語言的傳播，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，資訊的傳播升級過程不再依靠千百年來的腳程，目力與聽覺，而是以看不見的訊號波為主。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，我們肉眼看不到資訊的傳播，但資訊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，影響著所有的一切。

在智慧時代，資訊網路變得十分複雜，整體的資訊系統存在資訊的儲存和計算，訊號傳輸速率會受到通道寬度、噪聲大小以及訊號功率的影響，存在極限，給資訊的傳輸帶來難題，這也意味著需要從系統角度來探索整體最優性。

資訊理論的基礎-夏農資訊理論構建了現代資訊大廈的根基，建立了資訊度量、壓縮、傳輸的基礎理論體系。同時也對通訊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，後夏農時代的通訊技術會如何發展呢?

通訊傳輸的“極限”

1948 年，在資訊通訊領域中誕生了一個偉大的通訊理論-著名的夏農定理：通訊通道容量在理論上存在極限值，它表示通道中的極限資訊傳輸率和通道能力，被奉為現代通訊的“金科玉律”。此後，夏農定理成為現代資訊理論的基礎理論，資訊產業得以高速發展，在通訊和資料儲存領域廣泛應用，基於七十多年前的夏農定理，一代又一代的通訊產品不斷湧現，併為今天通訊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、萬物互聯的智慧社會，新的生產和生活模式也在不斷的崛起中，這些都與七十年前夏農時代發生了根本性的變化。隨著 5G技術的快速發展，幾乎達到了夏農定理的極限。很多業內的通訊專家也表明“5G之後無G”，在點到點的通道容量方面已經趨近容量限值。未來通訊技術的發展，剩下的只是通訊頻道量的擴張。

通訊行業的發展到了需要直視挑戰的階段。在世界行動通訊大會上，華為輪值董事長郭平指出：“夏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。”

夏農極限與馮諾依曼架構的瓶頸，也讓計算與通訊演化的方向朝量子計算、DNA儲存、語義通訊的方向延展。利用語義通訊來解決資訊傳輸的儲存與效率等問題，運用量子計算的特質來並行執行龐大的計算任務。

探索這些新的資訊傳遞與處理模式，可以把資訊的傳遞延伸到更加廣闊的未知地帶，如深海通訊、深空通訊、人體網路和分子網路等。這些研究的方向都為未來提供了新的增長與創新空間。

多智慧體泛在聯接

探究解決夏農極限的語義通訊問題，需要回答語義通訊的基礎內涵與核心本質。語義通訊的概念是由Weaver和Shannon 在1948年發表的經典論文中首次提出，語義通訊是面向訊號語義的通訊，其本質是傳遞由語義符號表達的資訊，這些符號能夠讓接受者秒懂其中的含義。

人類之間的通訊目的是達意，我們使用語音交流說的每一句話，不僅僅是為了讓對方聽到而是聽懂。在現代資訊的傳遞上，目前的通訊技術是資訊訊號的搬運而不是資訊的傳遞。資訊的傳遞主要是以訊號波形或資料位元保真為原則，把提取和理解訊號中的資訊任務交給了人自身。從訊號傳遞到資訊理解是需要花費代價，對於大量訊號的傳遞，傳輸效率與直接理解資訊的通訊方式需要重構變革。

語義通訊的訊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，實現大量資訊的準確與快速傳遞。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，就可以完成資訊的傳遞，不僅降低資訊傳遞和理解的時間，也能保證實時保真的通訊質量。

語義通訊是對通訊本質的深化，在資訊理論學者Weaver提出這個超前當時時代的未來概念時，因為技術的限制，早期的通訊裝置只是訊號轉換的機器，不具備智慧的能力，無法表達與理解語義。隨著5G+AI技術的不斷髮展，通訊裝置的智慧化進展，通訊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，面向任務的多智慧體新型通訊模式有了交流和協作的可能。

對於語義通訊來說，核心的是語義知識庫，這是通訊雙方溝通的基石。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智聯中資訊模態不一致導致的不相容性問題，

也能保障H2M、 H2H智聯互動及通訊時的服務體驗，減少語義和物理訊號之間的轉換次數，降低可能產生的語義失真。業內人士也將語義通訊譽為真正意義上的人工智慧通訊方式。可以滿足智慧體之間泛在互聯的需求。

在通訊行業內，語義通訊也開始被看重，通訊界巨頭、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，大量智慧體間資訊的傳輸會更快更準確。

終極通訊模式

作為智慧化時代的新型通訊技術，語義通訊未來將會在智慧設施、多智慧體協作、人機自然互動、人機融合、城市協同安防等方面具有廣闊前景。不過雖然語義通訊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，通訊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，知識積累和資料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，會發生傳輸的資訊無法保真的情形。對於一些壽命較短的裝置和機器，維護和更新知識庫也需要耗費龐大的通訊和儲存成本。

2.語義通訊技術本身的侷限，語義的語境難感知且難識別。語義的訊號包含的資訊包羅永珍，內容豐富。容易受到各種地域、背景、階層、環境等限制，例如通訊行業的人對於通訊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資訊。語義的資訊內容傳遞會容易侷限在資訊傳輸兩端的背景中。對於知識識別和處理來說，會比較困難。

3.資訊的傳遞涉及隱私安全的矛盾。資訊傳遞的雙方在不斷地交換各自獲取感知到的資訊，在協調和更新知識庫的情形下，可能會引起本地知識/隱私資料潛在的洩露風險，資料隱私難以保護。

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

通訊是現代科技各行業發展的基礎，語義通訊的變革也會將通訊技術相關的產業帶領到新的階段。從通訊網路的架構到核心的神經網路晶片，包括各種通訊介面規範和標準等等都會隨語義通訊模式的出現而變革。

而這些變化也將影響各類行業介面、裝置標準的改變。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訊版的使用說明書，與使用者交流成為最方便快捷的趨勢。使用者不再需要學習使用產品的這道工序。智慧體之間進行溝通的機器語言也將誕生，多智慧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，資訊的傳遞講究的是復刻，速率，而在技術的極致發展中，通訊產業的終極追求從快到懂，人從分析處理資訊的步驟中簡化、解放，資訊傳遞的效率從內容的角度全面升維。

在科幻作品中，通訊的終極模式是心靈感應。通過一些智慧裝置，只要雙方想要傳遞資訊，資訊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，資訊的傳遞效率也沒有時間的限制，即刻就能完成。人能夠從低效的資訊傳播中解放出來，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，心靈感應和語義通訊的本質相似，都在追求資訊的保真與效率，換句話說，語義通訊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資訊障礙，帶給我們的未來不可限量。