Semantic communications have emerged as a new paradigm for improving communication efficiency by transmitting the semantic information of a source message that is most relevant to a desired task at the receiver. Most existing approaches typically utilize neural networks (NNs) to design end-to-end semantic communication systems, where NN-based semantic encoders output continuously distributed signals to be sent directly to the channel in an analog communication fashion. In this work, we propose a joint coding-modulation framework for digital semantic communications by using variational autoencoder (VAE). Our approach learns the transition probability from source data to discrete constellation symbols, thereby avoiding the non-differentiability problem of digital modulation. Meanwhile, by jointly designing the coding and modulation process together, we can match the obtained modulation strategy with the operating channel condition. We also derive a matching loss function with information-theoretic meaning for end-to-end training. Experiments conducted on image semantic communication validate that our proposed joint coding-modulation framework outperforms separate design of semantic coding and modulation under various channel conditions, transmission rates, and modulation orders. Furthermore, its performance gap to analog semantic communication reduces as the modulation order increases while enjoying the hardware implementation convenience.


翻译:语义通信通过传输与接收端目标任务最相关的信源语义信息,已成为提升通信效率的新范式。现有方法通常采用神经网络(NN)设计端到端语义通信系统,其中基于NN的语义编码器输出连续分布信号,以模拟通信方式直接发送至信道。本文提出一种基于变分自编码器(VAE)的数字语义通信联合编码调制框架。该方法学习从源数据到离散星座符号的转移概率,从而规避数字调制的不可微问题;同时通过联合设计编码调制过程,使所得调制策略与运行信道条件相匹配。我们推导出具有信息论意义的匹配损失函数用于端到端训练。在图像语义通信上的实验表明,所提联合编码调制框架在不同信道条件、传输速率和调制阶数下均优于语义编码与调制的独立设计方案。此外,随着调制阶数增加,该方法与模拟语义通信的性能差距逐渐缩小,同时兼具硬件实现便利性。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年11月24日
Arxiv
0+阅读 · 2023年11月23日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
最新内容
对抗环境下超视距目标打击的情报支援
专知会员服务
8+阅读 · 7月22日
《无人机对海面作战影响评估》
专知会员服务
15+阅读 · 7月21日
印度精确打击与指挥架构的断层
专知会员服务
7+阅读 · 7月20日
美空军AI完成F-16战斗机自主空战历史性试飞
专知会员服务
8+阅读 · 7月20日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员