当智能家居、自动驾驶等设备同时联网,通信基站如何避免“信息堵车”?我国科研团队提出的模型分割多址接入(MDMA)技术给出答案。该技术通过挖掘语义信息中的“共享密码”,在传输时复用共同内容,在低信噪比环境下比5G主流的NOMA技术信号质量提升5dB以上,相关成果发表于《Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering》。
传统通信的“车道困境”:物理资源逼近极限
当前通信系统如同“分车道行车”:TDMA让用户“轮流使用同一车道”,FDMA划分“专属频率车道”,NOMA允许“高低功率信号共享车道”。但随着物联网设备数量突破百亿级,物理资源(时间、频率、功率)已趋饱和,就像城市道路无论怎么画线,早晚高峰仍会拥堵。
语义通信的出现打开新思路——传输“含义”而非全部比特。例如,视频通话中可忽略重复背景,仅传输人物动作等关键语义。但多用户场景下,如何让语义信息“高效共享”而非“各自为战”,成为6G研发的关键命题。
MDMA:给语义信息“分类打包”,共享内容合并传输
MDMA技术的核心是让语义信息“按需分配资源”。研究发现,不同用户的语义数据在高维空间中存在大量重叠——如同不同快递包裹的“小区地址”可合并配送,而“收件人姓名”需单独标注。
具体流程分为三步:
- 语义特征提取:基站通过AI模型将用户数据(如图像、语音)转化为高维语义向量,好比将包裹信息数字化。
- 共享与个性分离:识别向量中的共享信息(如视频中的天空背景)和个性化信息(如人物表情),类似分拣快递时区分公共地址与私人信息。
- 叠加复用传输:共享信息在同一时频资源中叠加发送,个性化信息单独传输。这种模式使带宽占用减少25%,相当于两辆车的货物合并后一辆车就能运完。
实验室验证:低信噪比下“抗干扰力”突出
在CIFAR-10和OpenImage数据集测试中,MDMA展现出三大优势:
- 带宽节省:当语义共享率达50%时,图像恢复质量(PSNR)与原始传输基本一致,但带宽占用减少四分之一。
- 抗噪能力:在加性高斯白噪声信道中,当信噪比低至-10dB(相当于嘈杂环境),MDMA比NOMA的信号质量高5dB以上,接收端仍能清晰还原内容。
- 兼容性强:与联合信源信道编码(JSCC)结合后,在低信噪比下比“NOMA+传统编码”的带宽优势达7dB,未来可与5G技术混合使用。
6G应用场景:从自动驾驶到远程医疗
这项技术为6G多用户通信提供了新范式。未来,自动驾驶车队可共享路况语义信息,减少冗余传输;远程手术中,多台医疗设备复用患者体征共享数据,专注传输手术动作细节。研究团队表示,下一步将探索MDMA与MIMO技术结合,进一步提升多天线系统的传输效率。
来源: 信息与电子工程前沿FITEE