Performance Limits of a Deep Learning-Enabled Text Semantic Communication under Interference

要約

ディープラーニング（DL）対応のセマンティック通信（SemCom）は、無関係な情報送信を最小限に抑えることで電力使用量、帯域幅消費、伝送遅延を最小限に抑えることを約束しながら、6G イネーブラーとして登場しました。
ただし、このようなセマンティック中心の設計の利点は、重大なセマンティック ノイズを引き起こす無線周波数干渉 (RFI) によって制限される可能性があります。
干渉によるセマンティック ノイズの影響は、干渉耐性があり堅牢な (IR$^2$) SemCom 設計を使用して軽減できます。
それにもかかわらず、そのようなデザインはまだ存在しません。
この知識のギャップに光を当て、IR$^2$ SemCom の基礎研究を促進するために、DeepSC という名前のテキスト SemCom システムの性能限界が (多重干渉) RFI の存在下で研究されています。
SemCom に原則に基づいた確率的フレームワークを導入することで、(多重干渉) RFI のパワーが非常に大きくなるにつれて、DeepSC が意味的に無関係な文を生成することを示します。
また、多重干渉 RFI の下での DeepSC の実際的な制限と停止確率の下限も導き出します。
さらに、IR$^2$ SemCom の基本的な 6G 設計に向けて、汎用の生涯 DL ベースの IR$^2$ SemCom システムを提案します。
最終的に、モンテカルロ シミュレーションとコンピューター実験により、導出されたパフォーマンス限界を裏付けます。これにより、DeepSC および DL 対応のテキスト SemCom が、RFI を使用したワイヤレス攻撃に対して脆弱であることも確認できます。

要約(オリジナル)

A deep learning (DL)-enabled semantic communication (SemCom) has emerged as a 6G enabler while promising to minimize power usage, bandwidth consumption, and transmission delay by minimizing irrelevant information transmission. However, the benefits of such a semantic-centric design can be limited by radio frequency interference (RFI) that causes substantial semantic noise. The impact of semantic noise due to interference can be alleviated using an interference-resistant and robust (IR$^2$) SemCom design. Nevertheless, no such design exists yet. To shed light on this knowledge gap and stimulate fundamental research on IR$^2$ SemCom, the performance limits of a text SemCom system named DeepSC are studied in the presence of (multi-interferer) RFI. By introducing a principled probabilistic framework for SemCom, we show that DeepSC produces semantically irrelevant sentences as the power of (multi-interferer) RFI gets very large. We also derive DeepSC’s practical limits and a lower bound on its outage probability under multi-interferer RFI. Toward a fundamental 6G design for an IR$^2$ SemCom, moreover, we propose a generic lifelong DL-based IR$^2$ SemCom system. Eventually, we corroborate the derived performance limits with Monte Carlo simulations and computer experiments, which also affirm the vulnerability of DeepSC and DL-enabled text SemCom to a wireless attack using RFI.

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