Semantic communications, as one of the potential key technologies of the sixth generation communications (6G), has attracted research interest from both academia and industry. However, semantic communication is still in its infancy and it faces many challenges, such as semantic information definition and semantic communication measurement. To address these challenges, we investigate unified semantic information measures and semantic channel coding theorem. Specifically, to address the shortcoming of existing semantic entropy definitions can only be applied to specific tasks, we propose a universal semantic entropy definition as the uncertainty in the semantic interpretation of random variable symbols in the context of knowledge bases. The proposed universal semantic entropy not only depends on the probability distribution, but also depends on the specific value of the symbol and the background knowledge base. Under the given conditions, the proposed universal semantic entropy definition can degenerate into the existing semantic entropy and Shannon entropy definitions. Moreover, since the accurate transmission of semantic symbols in the semantic communication system can allow a non-zero bit error rate, we conjecture that the bit rate of the semantic communication may exceed the Shannon channel capacity. Furthermore, we propose a semantic channel coding theorem, and prove its achievability and converse. Since the well-known Fano's inequality cannot be directly applied to semantic communications, we derive and prove the semantic Fano's inequality, and use it to prove the converse. To our best knowledge, this is the first theoretical proof that the transmission rate of semantic communication can exceed the Shannon channel capacity, which provides a theoretical basis for semantic communication research.


翻译:语义通信是第六代通信(6G)的潜在关键技术之一,它吸引了学术界和工业界的研究兴趣。然而,语义通信仍处于初创阶段,面临许多挑战,例如语义信息定义和语义通信测量。为了应对这些挑战,我们调查统一的语义信息测量和语义频道编码理论。具体地说,为了解决现有语义昆虫定义的缺陷,只能适用于具体任务,我们提出了一个普遍的语义不平等性定义,因为对知识基础中随机变异符号的语义解释存在不确定性。拟议通用语义通信不仅取决于概率分布,而且还取决于符号和背景知识基础的具体价值。在特定条件下,拟议通用语义信息测量和语义语义编码定义可能会退化到现有的语义信通和香农通书定义。此外,由于语义通信系统中的语义符号准确传输使得非零位错误率被应用,我们推测了语义表达的语义通则超越了语系的语义传播速度,因此,我们可以证明其语系的语义传播能力,因此,我们可以证明其语言流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流和流流流流流流流流流流流流流流流流流流流。</s>

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