Semantic Communications With Variable-Length Coding for Extended Reality
用于扩展现实的带可变长度编码的语义通信
· 作者: Bowen Zhang, Zhijin Qin, Geoffrey Ye Li
· 所属机构: 伦敦帝国理工学院电气与电子工程系; 清华大学电子工程系
· 关键词: 扩展现实，联合语义-信道编码，卸载，率失真，语义通信，面向任务
· 时间：2023年
研究背景:
1. 无线扩展现实(XR)技术： 作为提升用户移动性和体验质量的有前景的技术，无线XR吸引了广泛关注。然而，无线XR的超高数据率要求多年来一直阻碍其发展。
2. 语义通信框架： 为克服这一挑战，开发了一个语义通信框架，信息在语义编码器中高度压缩或丢弃语义不重要的信息，显著提高了传输效率。
3. 可变长度语义-信道编码方法： 考虑到某些源内容可能含有较少的语义信息或对信道噪声有更高的容忍度，提出了一种通用的可变长度语义-信道编码方法。
研究方法:
1. 语义编码器和解码器： 通过语义编码器从感知数据中提取与任务相关的语义信息，并通过语义解码器在目的地服务器端使用这些学习到的语义信息执行任务。
2. 可变长度编码方案： 使用速率分配网络来估计语义信息的最佳码长，并相应地调整编码过程。通过采用一些代理函数，整个框架以端到端的方式进行训练。
实验设计:
1. 上行链路SSDT模块： 设计了SSDT模块，用于从感知数据中提取与任务相关的语义信息，并通过语义编码器和解码器用于任务执行。
2. 下行链路SRRT模块： 设计了SRRT模块，用于以感知友好的方式传输渲染结果，优化用户的视觉体验质量。
结果分析:
1. 语义系统性能： 数值结果显示，所提出的语义系统显著优于传统的传输方法，且所提出的可变长度编码方案优于固定长度编码方法。
2. 可变长度编码方案： 在不同的实验设置下，可变长度编码方案的平均传输符号数得到了展示，证明了该方案在编码效率方面的有效性。
总体结论:
1. 语义通信框架设计： 为支持无线XR，设计了一种通用的可变长度语义-信道编码方法，该方法在不同的语义感知传输任务中具有通用性。
2. 语义编码模块： 为不同的XR任务开发了语义编码模块，包括光照估计、3D网格恢复、图像传输等，并验证了所提出的语义编码方案和可变长度语义-信道编码方案在无线XR的上行链路和下行链路中的有效性。
