[论文解读] Semantic Communication Through the Lens of Context-Dependent Channel Modeling

Javad Gholipour, Rafael F. Schaefer+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2026

Wireless Signal Modulation Classification被引用 0

一句话总结

本文将具有上下文的语义通信建模为一个上下文相关信道中的状态，在无噪物理信道下推导表示能力和容量结果，并分析发送方/接收方知识不匹配的若干情景。

ABSTRACT

Semantic communication has emerged as a promising paradigm for next-generation networks, yet several fundamental challenges remain unresolved. Building on the probabilistic model of semantic communication and leveraging the concept of context, this paper examines a specific subclass of semantic communication problems, where semantic noise originates solely from the semantic channel, assuming an ideal physical channel. To model this system, we introduce a virtual state-dependent channel, where the state-representing context-plays a crucial role in shaping communication. We further analyze the representational capability of the semantic encoder and explore various semantic communication scenarios in the presence of semantic noise, deriving capacity results for some cases and achievable rates for others.

研究动机与目标

• 将语义通信问题在带有上下文作为信道状态的概率框架中建立基础。
• 引入一个虚拟的状态相关（上下文驱动的）语义信道模型。
• 分析在语义噪声下语义编码器的表示能力。
• 推导发送方与接收方在不同上下文共享情景下的容量/可实现速率结果。

提出的方法

• 将语义通信建模为状态相关信道，其状态为上下文。
• 将语义编码器定义为在解码端给定 Q2 时，从语义 W 和上下文 Q1 产生码字的函数。
• 利用信息理论工具，在有/无共享上下文的情况下推导容量和可实现速率。
• 给出与状态相关的离散记忆无干扰信道（DMC）类似的证明要点。
• 考虑四种上下文共享情景并推导相应的容量表达式。

实验结果

研究问题

• RQ1 当物理信道噪声不存在时，上下文（语义状态）如何影响可靠的语义通信？
• RQ2 在上下文相关语义下，语义编码器的表示能力和容量极限是什么？
• RQ3 发送方/接收方上下文知识的不同配置如何影响可实现速率？
• RQ4 发送方/接收方具有相似、子集或部分背景知识的情景下的可实现速率是多少？
• RQ5 如何利用标准的状态相关信道容量结果分析带上下文的语义信道？

主要发现

• 表示能力需要语义速率低于语义表示容量。
• 当发送方和接收方共享上下文时，容量等于 p(s|q1) 下的 I(S;X|Q1) 的最大值。
• 若接收方的上下文是发送方上下文的子集，在给定的模型下容量被 I(U;~Q1|Q0) 降低。
• 若发送方的上下文是接收方上下文的子集，在该模型下容量可以通过 I(U;~Q2|Q0) 增加。
• 当发送方和接收方共享部分知识时，可实现速率通过涉及私有上下文的互信息项的组合与差异进行调整。
• 在各情景下，本文给出明确的速率表达式并给出类似状态相关DMC结果的可实现性证明要点。