适应多任务的无线中继语义通信方法及系统

本发明属于无线通信，具体地，涉及适应多任务的无线中继语义通信方法及系统。

背景技术：

1、随着移动通信系统从第一代1g到第五代5g的发展，信息传递的物理维度正在逼近香农信息论的极限。然而，新一代的6g技术，提出了通过传输关键语义元素，实现对象间高速低延迟互联的语义通信。语义通信是一种强调从源头到接收端准确检索传达意义的通信方式。与传统的通信系统不同，它不再关注符号的准确传输，更注重传达的意义。语义通信能够在信源数据压缩、减轻通信带宽压力和支持新的智能服务方面取得显著的优势。如图1所示，现有的端到端语义通信模型框架，一般是利用深度学习模型代替传统通信中的信源和信道编码器，将信源信道编码联合，使用一个模型来完成信源到信号的编码。

2、在实际应用场景中，当发送端到接收端相隔较远，无线信道环境较差时，通常会使用一个中继基站来转发信息。在此过程中，传统方法往往忽略了发送端到接收端之间的直连信道中的语义信息。然而，这些直连信道中的语义信息实际上能够被利用起来，以增强接收端的语义信息质量，实现特定任务。通过有效利用直连信道中语义信息，不仅能够提高通信的可靠性和效率，还能在复杂信道环境中保持较高的传输质量，从而进一步优化整体通信系统的性能。

3、专利文献cn115883018a公开了一种语义通信系统，该方案选择对应的信源信道联合编码模型，信源信道联合编码模型对语义编码信息、关键特征编码信息、语义解码模型参数、信道传输环境参数进行编码形成第二业务信息向接收端发送；接收端接收第二业务信息，并进行信源信道解码以及语义解码，得到语义信息和关键特征信息；利用关键特征信息对语义信息进行校验，并在通过校验后对语义信息进行恢复处理，得到第三业务信息。从而降低通信传输量，并且确保通信传输的准确率。然而在解决多任务语义通信问题是，发现了在信道环境较差时，利用中继基站进行多任务语义通信的问题还没有解决。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适应多任务的无线中继语义通信方法及系统。

2、根据本发明提供的一种适应多任务的无线中继语义通信方法，包括：

3、步骤s1：输入并且传输图像；训练发送端的编码器和中继基站的解码器，恢复图像，得到中继恢复图像；

4、步骤s2：在中继恢复图像空间上训练中继基站的分类器，得到中继基站的分类器输出的分类内容；

5、步骤s3：基于中继基站的编码器、中继恢复图像与分类内容，采用交叉注意力进行信息融合，得到信息融合结果；

6、步骤s4：基于信息融合结果，将中继基站信号和直连链路信号作为输入，得到语义任务结果；

7、步骤s5：基于语义任务结果与中继基站信号，恢复传输图像。

8、优选地，所述发送端、中继基站与接收端采用信源信道联合编码。

9、优选地，在所述步骤s5中：损失函数，为解码器的均方误差和分类器的交叉熵误差的加权和。

10、优选地，在所述步骤s1中：采用mse函数，训练发送端的编码器和中继基站的解码器。

11、优选地，在所述步骤s2中：采用ce损失函数，在中继恢复图像空间上训练中继基站的分类器。

12、根据本发明提供的一种适应多任务的无线中继语义通信系统，包括：

13、模块m1：输入并且传输图像；训练发送端的编码器和中继基站的解码器，恢复图像，得到中继恢复图像；

14、模块m2：在中继恢复图像空间上训练中继基站的分类器，得到中继基站的分类器输出的分类内容；

15、模块m3：基于中继基站的编码器、中继恢复图像与分类内容，采用交叉注意力进行信息融合，得到信息融合结果；

16、模块m4：基于信息融合结果，将中继基站信号和直连链路信号作为输入，得到语义任务结果；

17、模块m5：基于语义任务结果与中继基站信号，恢复传输图像。

18、优选地，所述发送端、中继基站与接收端采用信源信道联合编码。

19、优选地，在所述模块m5中：损失函数，为解码器的均方误差和分类器的交叉熵误差的加权和。

20、优选地，在所述模块m1中：采用mse函数，训练发送端的编码器和中继基站的解码器。

21、优选地，在所述模块m2中：采用ce损失函数，在中继恢复图像空间上训练中继基站的分类器。

22、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

23、1、本发明基于机器学习相关技术，面向图像传输，提供了一种同时实现多任务传输的无线中继语义通信系统，该系统通过利用直连信道中的信息，能有效提高接收端多任务性能，实现更高效的语义通信系统。

24、2、本发明通过中继语义通信方式，融合来自直传链路的信息，解决在信道环境较差时，如何利用中继基站进行多任务语义通信的问题。

25、3、本发明通过基于交叉注意力的信息融合方式，使用已完成任务的结果辅助未完成任务，以提高所有语义任务的性能。

技术特征：

1.一种适应多任务的无线中继语义通信方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的适应多任务的无线中继语义通信方法，其特征在于，所述发送端、中继基站与接收端采用信源信道联合编码。

3.根据权利要求2所述的适应多任务的无线中继语义通信方法，其特征在于，在所述步骤s5中：损失函数，为解码器的均方误差和分类器的交叉熵误差的加权和。

4.根据权利要求3所述的适应多任务的无线中继语义通信方法，其特征在于，在所述步骤s1中：采用mse函数，训练发送端的编码器和中继基站的解码器。

5.根据权利要求4所述的适应多任务的无线中继语义通信方法，其特征在于，在所述步骤s2中：采用ce损失函数，在中继恢复图像空间上训练中继基站的分类器。

6.一种适应多任务的无线中继语义通信系统，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的适应多任务的无线中继语义通信系统，其特征在于，所述发送端、中继基站与接收端采用信源信道联合编码。

8.根据权利要求7所述的适应多任务的无线中继语义通信系统，其特征在于，在所述模块m5中：损失函数，为解码器的均方误差和分类器的交叉熵误差的加权和。

9.根据权利要求8所述的适应多任务的无线中继语义通信系统，其特征在于，在所述模块m1中：采用mse函数，训练发送端的编码器和中继基站的解码器。

10.根据权利要求9所述的适应多任务的无线中继语义通信系统，其特征在于，在所述模块m2中：采用ce损失函数，在中继恢复图像空间上训练中继基站的分类器。

技术总结本发明提供了一种适应多任务的无线中继语义通信方法及系统，包括：步骤S1：输入并且传输图像；训练发送端的编码器和中继基站的解码器，恢复图像，得到中继恢复图像；步骤S2：在中继恢复图像空间上训练中继基站的分类器，得到中继基站的分类器输出的分类内容；步骤S3：基于中继基站的编码器、中继恢复图像与分类内容，采用交叉注意力进行信息融合，得到信息融合结果；步骤S4：将中继基站信号和直连链路信号作为输入，得到语义任务结果；步骤S5：恢复传输图像。本发明基于机器学习的相关技术，面向图像传输，该系统通过利用直连信道中的信息，能有效提高接收端多任务性能，实现更高效的语义通信系统。技术研发人员：陈智勇,曹宇杰,吴桐受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29