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人工智能(AI)有望彻底改变下一代通信系统的 设计、优化和管理。在本文中,我们探讨了通过利用大型AI模型(LAMs)的多模态数据处理和生成能力将其集成到语义通信(SemCom)中。尽管LAMs具备前所未有的从原始数据中提取语义的能力,但这种集成带来了多方面的挑战,包括 高资源需求、模型复杂性以及跨 多样模态和任务的适应性需求。为克服这些挑战,我们提出了一种基于LAM的多任务SemCom(MTSC)架构,其中包括一种自适应模型压缩策略和一种联合分割微调 方法,以促进在 资源受限 网络中高效部署基于LAM的语义模型。此外,还实现了一种检索增强生成方案,通过综合最新的本地和全局知识库 来 提高语义提取和内容生成的准确性,从而改善推理性能。最后,仿真结果证明了所提出的基于LAM的MTSC架构的有效性,突显了在不同信道条件下各种下游任务性能 的提升。
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原论文:https://arxiv.org/pdf/2503.22064
基于大型模型的多任务语义通信
Wanli Ni, Zhijin Qin, Haofeng Sun, Xiaoming Tao, and Zhu Han
1
2
3
摘要
人工智能(AI)有望彻底改变下一代通信系统的
设计、优化和管理。在本文中,我们探讨了通过利用大型AI模型(LAMs)的多模态数据
处理和生成能力将其集成到语义通信(SemCom)中。尽管LAMs具备前所未有的从原始
数据中提取语义的能力,但这种集成带来了多方面的挑战,包括
高资源需求、模型复杂性以及跨
多样模态和任务的适应性需求。为克服这些挑战,我们提出了一种基于LAM的多任务Se
mCom(MTSC)架构,其中包括一种自适应模型压缩策略和一种联合分割微调
方法,以促进在 资源受限
网络中高效部署基于LAM的语义模型。此外,还实现了一种检索增强生成方案,通过综
合最新的本地和全局知识库 来
提高语义提取和内容生成的准确性,从而改善推理性能。最后,仿真结果证明了所提出的
基于LAM的MTSC架构的有效性,突显了在不同信道条件下各种下游任务性能 的提升。
1 引言
6G网络的到来预示着无线通信的新时代,其特征是极端连接性、无处不在的智能和服务
能力。在未来的6G时代,多模态数据的爆炸式增长和对智能服务日益增长的需求推动了
突破性创新的追求,这启发我们重新思考通信系统 (Qin et al. Jul. 2024)
。在所有6G候选技术中,语义通信(SemCom)开辟了一个新领域,承诺超越传统比特
传输的限制,专注于数据意义和特征的传递,而不是单纯的符号序列 (Yang et al.
第一季度 2023)
。这一范式转变不仅是为了简单地将人工智能(AI)整合到通信结构中,而且重塑了我们
理解和利用通信系统的方式 (Qin et al. Jul. 2024)
。总体而言,除了作为数据流的通道外,SemCom还作为未来智能场景的关键使能技术
,拥有许多智能应用 (Yang et al. 第一季度 2023) 。
在以往的研究中,单模态SemCom专注于优化单一模态内的数据传输和接收。对于文本
任务,单模态SemCom用于根据其语义含义而非字面表示来压缩消息 (Qin et al. Jul.
2024)
。它通过忽略语法细节或冗余信息来减少带宽需求。同样,对于音频任务,单模态SemC
om旨在准确传输语音信号的语义内容 (Weng et al. 九月 2023)

。通过语义编码口语,单模态SemCom通过减少背景噪音或失真对传输音频的影响来提
高抗噪能力。对于视觉任务,单模态SemCom主要识别并编码视觉数据中的关键对象、
场景或特征,丢弃不太相关的信息 (Bourtsoulatze, Burth Kurka, 和 Gündüz 九月 2019)
。最近,通过从不同的数据模态中提取语义,多模态SemCom能够实现对多模态输入更
全面的理解 (Xie et al. 九月 2022)
。例如,在视频会议应用中,多模态SemCom系统首先根据音频语义预测视频片段的重
要性,然后分配更多资源来传输关键的音频和视频语义 (P. Jiang et al. 一月 2023)
。因此,在多模态SemCom中,通过协同编码音频和视频流的语义信息,减少了数据负
载并提高了整体传输质量 (Barbarossa et al. 十一月 2023)
。以下总结了现有SemCom系统面临的三个主要挑战,这也是本研究的动机。
挑战1:对多模态和多任务的适应性不足:
许多当前的SemCom系统由于无法同时处理多模态和多任务而受到限制,主要集中于单
源传输(例如图像或文本)。然而,现实世界的应用程序通常涉及处理融合多种模态信息
以执行多样化并发任务,包括但不限于语音识别、图像分类和语言分析。为应对这些挑战
,一个机会是设计一种通用模型架构以实现有效的多模态融合,从而提高多模态数据处理
的效率和准确性。同样重要的是开发灵活的训练策略,可以同时管理多个任务,与不断增
长的多样化用户需求保持一致。
挑战2:在资源受限网络中的模型部署和微调:
在网络边缘,客户端的硬件配置受到严格限制。这立即引发了一个挑战:如何在边缘设备
施加的严格资源限制下确保大型语义模型的高效运行。为了缓解这一问题,模型压缩变得
至关重要,以减少计算强度和削减内存占用。此外,一些问题如有限的带宽资源、隐私风
险和高延迟使得传统的集中式训练不切实际。因此,研究轻量级部署和分布式微调技术尤
为重要。这可以有效减少数据传输的延迟和带宽压力,并确保在协作微调过程中不会泄露
用户隐私。
挑战3:使用过时知识库导致的内容生成不准确:
SemCom系统依赖丰富的知识库来准确捕捉
用户输入的语义。然而,现有的SemCom系统在迅速整合最新语义方面面临挑战,这是
由于
模型更新延迟所致。这一局限性对系统性能产生不利影响,特别是在处理与近期事件或热
点话题相关的任务时尤为明显。此外,缺乏特定领域的知识限制了SemCom模型无缝整
合外部信息到其输出中的能力,这对于生成满足个人用户偏好的个性化内容至关重要。为
解决这些挑战,开发一种即插即用的知识库更新机制至关重要,从而确保系统与最新的语
义环境保持一致。
为应对上述挑战,本文提出了一种基于大型AI模型(LAM)的多任务SemCom(MTSC
)架构,该架构能够处理各种数据模态并
同时执行多项任务。为促进该架构的实施,提出了几种关键技术。 首先
,开发了一种自适应模型压缩策略以实现轻量化部署。 其次
,引入了一种联合分割微调方法,允许高效参数更新, 从而实现 快速任务适应并 保护
用户隐私。 此外

,采用了一种检索增强生成(RAG)方法,通过从插件知识库中检索相关信息来提高语
义提取和内容生成的准确性。 最后
,提出了一种基于重要性的语义传输技术,根据语义重要性和实时信道条件动态调整编码
速率,从而提高数据传输的效率和可靠性。
本文其余部分组织如下。第二节首先简要概述了大型模型在语言任务及其他方面的应用。
第三节详细介绍了基于LAM的MTSC架构及其模型部署和微调的关键技术。第四节介绍了
所提MTSC的潜在应用场景。第五节总结了本文并提出了几个未来方向。
2 大型模型在语言任务及其它方面的概述
2.1 LAM在语言任务中的应用
LAM的出现显著改变了语言处理任务的领域 (Naveed et al. 2023)
。随着AI模型的规模和复杂性不断扩大,我们见证了从语言理解到内容生成等新前沿的进
步 (Liang et al. 二月 2025) 。 特别是
,以Transformer及其衍生物为代表的LAM展现出了无与伦比的能力,能够理解人类语言
的细微之处 (Naveed et al. 2023) 。 这些模型
在语义解析方面表现出色,不仅能够把握单词和短语的显式含义,还能理解隐含关系、习
语表达和文本中的情感基调。
因此,由这些LAM驱动的应用,例如自动客户服务聊天机器人,现在能够进行更加自然
和富有同理心的对话,有效回应客户询问和情感线索。
2.2 LAM在语言以外任务中的应用
除了语言任务之外,LAM越来越多地应用于计算机视觉、音频处理和面向任务的SemCo
m系统中 (Quan et al. 2025; Shukor et al. 十二月 2023; Zhao et al. 十二月 2024) 。
它们先进的表征学习能力使LAM能够有效地从各种数据模态中提取重要特征,从而在广
泛的任务上达到最先进水平。例如, (Shukor et al. 十二月 2023)
的作者提出了UnIVAL,这是一种统一模型,旨在整合各种模态,标志着向通用AI的重大
进步。此外,为改进传统SemCom系统中的视觉重建质量, (Zhao et al. 十二月 2024)
的作者开发了一种由LAM驱动的SemCom系统,利用多模态特征恢复视觉信息。此外,
在 (F. Jiang et al. 一月 2025)
中提出了一种基于LAM的多模态SemCom系统,其中使用文本数据实现多模态对齐并保
持语义一致性。
3 基于LAM的MTSC架构
现有的SemCom系统面临挑战,如弱多任务适应性、有限的客户端资源和过时的知识库
。
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