Motivated by the recent success of Machine Learning (ML) tools in wireless communications, the idea of semantic communication by Weaver from 1949 has gained attention. It breaks with Shannon's classic design paradigm by aiming to transmit the meaning of a message, i.e., semantics, rather than its exact version and thus allows for savings in information rate. In this work, we extend the fundamental approach from Basu et al. for modeling semantics to the complete communications Markov chain. Thus, we model semantics by means of hidden random variables and define the semantic communication task as the data-reduced and reliable transmission of messages over a communication channel such that semantics is best preserved. We cast this task as an end-to-end Information Bottleneck problem, allowing for compression while preserving relevant information most. As a solution approach, we propose the ML-based semantic communication system SINFONY and use it for a distributed multipoint scenario: SINFONY communicates the meaning behind multiple messages that are observed at different senders to a single receiver for semantic recovery. We analyze SINFONY by processing images as message examples. Numerical results reveal a tremendous rate-normalized SNR shift up to 20 dB compared to classically designed communication systems.


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《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
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