(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210494378.6 (22)申请日 2022.05.07 (71)申请人 长安大学 地址 710064 陕西省西安市雁塔区南 二环 中段长安大 学本部 (72)发明人 曹雯　马帅　张志　李世银　 (74)专利代理 机构 江苏圣典律师事务所 32 237 专利代理师 胡建华　于瀚文 (51)Int.Cl. G06F 40/30(2020.01) G06N 5/02(2006.01) H04B 17/309(2015.01) H04B 17/391(2015.01) (54)发明名称 一种基于特征选择的可解释性语义通信系 统 (57)摘要 本发明提供了一种基于特征选择的可解释 性语义通信系统， 与传统的通信系统兼容。 采用 特征选择， 只选择与任务相关的语义信息进行传 输。 基于本发明还提供了两个信息论指标： 率失 真感知函数和语义信道容量， 分别用来描述语义 信息的压缩和传输。 用闭式表达式推导了语义信 道容量的上下界。 提出了一个可行的可解释语义 通信系统的设计方案。 建立了一个无线移动语义 通信概念验证原型来实现语义通信设计。 实验证 明， 本发明系统能够显著优于现有的方法， 并在 两个基准数据集上显示出对各种噪声水平的鲁 棒性。 本发 明提供了语义通信的框架和理论度量 来解释和分析黑盒语义通信问题， 并为在实际通 信系统中实现语义 通信提供指导。 权利要求书3页 说明书12页 附图1页 CN 115114928 A 2022.09.27 CN 115114928 A 1.一种基于特征选择的可解释性语义通信系统， 其特征在于， 包括系统框架、 信 息论指 标计算模块、 设计模块； 所述系统框架用于语义特 征提取、 语义特 征传输以及语义特 征补全； 所述信息论指标计算模块用于， 计算率失真感知分类函数和语义信道容量， 以及闭合 表达式下的语义信道容 量的上下界； 所述设计模块用于， 建立基于β ‑VAE的具有鲁棒性和可解释性的联合信源和信道编码 方法， 并实现语义特 征分离和鲁棒语义信道噪声。 2.根据权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述系统框架包括知识库模块、 语义源模 块、 语义编码器模块、 语义 解码器模块、 特 征选择模块、 特 征补全模块、 语义信道模块； 所述知识库模块中包 含必要信息 。 3.根据权利要求2所述的系统， 其特征在于， 所述语义源模块用于产生原始信息， 具体 包括： 设语义信息S包 含K个特征 其中sk代表第k个语义特征， psou(s)表示语义信息s的联合 概率分布； 设K个特征 独立， 即 语义源的熵H(S)为： 其中psou(sk)表示第k个 语义特征sk的概率分布； 语义源能够生成信息数据X～pdata(x)， pdata(x)表示x的概率分布函数， x表示信息数据， 数据生成定义 为 信息数据X的概 率分布pdata(x)为： 语义信息x的熵H(X)为： 基于公式(1)和公式(2)， H(X)写成： H(X)＝H(S)+H(X|S) ‑H(S|X)      (4)。 4.根据权利要求3所述的系统， 其特征在于， 所述语义编码器模块， 用于提取信 息数据X 的语义信息或者语义特 征， 输出特征Z； 信息数据X中提取低维的语义特 征Z～pfea(z)； 提取的特 征pfea(z)的概率分布为： 其中pd2f(z|x)表示给定信息数据x的条件下 特征z的条件概 率分布函数； 编码器需要将提取的特 征调节为 L个独立特征， 满足： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115114928 A 2提取出的特征z需要有L个可解释语义特征 表示解纠缠语义特征 的 索引集， L表示可解释的语义特 征的数量。 5.根据权利要求4所述的系统， 其特征在于， 所述特征选择模块用于进行特征选择， 具 体包括： 用 代表所选特 征的索引集， 所选特 征的集合Xs为： 6.根据权利要求5所述的系统， 其特征在于， 所述语义信道模块用于将语义信道定义为 包括信号 量化器和比特级通信系统的虚拟信道， 具体包括： Ys～pr(ys)表示通过语义信道后的接收信号， pr(ys)表示Ys的概率分布函数： Ys＝Xs+Ns          (8) 其中Xs表示所选特征集合， 是语义信道噪声， 表示Ns的概率分布函 数； 语义信道噪声 写成： ns＝nQ+nP           (9) 其中nQ表示量化噪声， nP表示物理信道噪声。 7.根据权利要求6所述的系统， 其特征在于， 所述特征补全模块用于获取完整的特征， 具体包括： 接收端能够从语义信道中获取语义特 征ys； 接收的预期特 征 表示其接收的第l个特 征， 计算公式如下： 通过结合预期特征 和非预期特征 得到完整的具有分布 的语义 特征 8.根据权利要求7所述的系统， 其特征在于， 所述语义解码器模块， 用于从语义可解释 的解纠缠特 征 中恢复消息， 具体包括： 使用条件概率 描述语义解码过程； 解码信息的概率分布为 获得的 消息为 给定特征向量的消息 重构， 如下 所示： 其中 表示 的概率分布函数； 然后接收机基于解码信息恢复语义信息， 相应的处理过程描述为 表示最 后的语义信息， 语义信息 的概率 为： 9.根据权利要求8所述的系统， 其特征在于， 所述信 息论指标计算模块具体执行如下步 骤： 设p(x)是输入信息的分布， r(z)是压缩信号的分布， q(z|x)是χ ×χ上的条件分布， χ表 示信息数据x的集合， p(x,s1,…,sK)是联合分布， sk是关于信息数据x的第k个 分类信息， k取权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115114928 A 3