Two-Way Molecular Communications
对于纳米级通信，纳米器件之间必须进行协作和同步通信。为此，在本文中，我们研究双向（a.k.a.双向）纳米器件之间的分子通信。如果不同类型的分子用于通信链路，则双向系统消除了考虑自干扰的需要。然而，在许多系统中，对于每个通信链路使用不同类型的分子是不可行的。因此，我们提出了一种使用单一类型分子的双向分子通信系统。我们为此系统开发了一个信道模型，并使用它来分析所提出的系统的比特出错率，吞吐量和自干扰。此外，我们提出了模拟和数字自干扰消除技术。使用这些技术的链路级性能的增强证实了数值和分析结果。
2020-05-05 cs.ET
Molecular Communications with Longitudinal Carrier Waves: Baseband to Passband Modulation
传统的经由扩散的分子通信（MCvD）系统已经通过改变分子脉冲的性质（诸如脉冲的横波的振幅、频率以及后续脉冲之间的时间延迟）来使用基带调制技术。在这封信中，我们提出并实现了具有纵向载波特性的分子的通带调制。这是通过发射机的振荡来实现的。采用频分复用以允许不同的分子信息流在相同的空间和时间信道中共存，从而为MCvD创建有效带宽。
2015-05-01 cs.ET
Continuous Molecular Communication in one dimensional situation
分子通信技术源于自然界，是解决纳米尺度通信问题最有潜力的方法，并得到了越来越广泛的应用。虽然分子通讯是在三维的情况下进行的，但也有一些情况是在一维的情况下进行的，特别是当考虑到发射器和接收器在极短的距离或在细长的管道中时。本文介绍了一维情况，研究了连续信息分子在这种情况下的传输，介绍了如何对信息分子进行编码和解码，并在分子通信模型的基础上，研究了信息分子传输的一些度量，如收发距离、发射频率等。通过研究可知，距离和频率是衡量通信成功与否的重要指标，这对在未来的纳米网络环境中如何放置纳米发射器和接收器具有指导意义。
2016-03-11 cs.ET
A Molecular Communication Link for Monitoring in Confined Environments
在本文中，我们考虑一种分子扩散的通信链路，可以可靠地传输数据的空气。我们表明，该系统也可以可靠地传输数据在受限的结构环境，特别是在传统的电磁（EM）波为基础的系统可能会失败的情况下。特别是，本文比较了我们专有的分子通信试验台的性能与Zigbee无线传感器在金属管道网络，不作为一个无线电波导。本文首先表明，基于分子的通信链路的性能主要由脉冲响应的延迟时间扩展决定。论文继续表明，基于分子的系统可以在复杂和受限的结构环境中比传统的基于EM的系统更可靠地传输。然后，本文利用经验数据来找到接收到的无线电信号强度、分子脉冲扩展、数据率（0.1比特/秒）和结构传播环境之间的关系。
2014-03-27 cs.ET
Molecular Communications: Channel Model and Physical Layer Techniques
本文从电信系统设计的角度探讨了分子通信的最新研究。特别是，它侧重于信道模型和最先进的物理层技术。目标是为更高层的研究和功能原型的研究和开发提供动力。在文章的第一部分，我们集中在信道和噪声模型，比较分子和无线电波路径损耗公式。在第二部分中，文章研究了在具备适当的信道知识的情况下，设计适当的调制和纠错编码方案。第三章综述了抑制码间干扰的发射机和接收机端信号处理方法。总的来说，这三个部分提出了一系列物理层技术，这些技术是产生可靠和实用的分子通信所必需的。
2015-07-27 cs.ET
A Universal Channel Model for Molecular Communication Systems with Metal-Oxide Detectors
在本文中，我们提出了一个端到端的通道模型的分子通信系统与金属氧化物传感器。特别是，我们专注于最近开发的桌面分子通信平台。该系统分为两个部分：传播和传感器检测。在此基础上，推导出了一个更符合实际的端到端渠道模型。然而，由于导出的模型中的一些系数是未知的，我们收集了大量的实验数据来估计这些系数，并评估它们如何随不同的系统参数而变化。最后，推导了系统的噪声模型，完成了桌面平台的端到端系统模型。
2015-03-10 cs.ET
Odor Intensity Shift Keying (OISK) and Channel Capacity of Odor-based Molecular Communications in Internet of Everything
本文提出气味强度移位键控（OISK）调制方案，从信息与通信理论角度评估气味分子通信系统的信道容量，并分析温度与噪声对其鲁棒性的影响。
2023-11-30 cs.ET
Channel Characterization for 1D Molecular Communication with Two Absorbing Receivers
这封信开发了一种基于一维（1D）扩散的分子通信系统，用于分析单个发射器（TX）和两个完全吸收接收器（RX）之间的通道响应。考虑到环境中的分子降解，当在TX处释放分子脉冲时，推导出i）吸收的分子的分数，ii）相应的命中率，以及iii）在每个RX处随着时间接近无穷大吸收的分子的渐近分数的严格分析公式。通过使用基于粒子的模拟，推导出的解析表达式进行验证。模拟还提出了两个RX的距离范围，不影响彼此的分子吸收，并证明了两个活性RX的相互影响减少的降解速率的增加。
2020-03-21 cs.ET
Synchronization for Diffusion-based Molecular Communication Systems via Faster Molecules
在本文中，我们解决的符号同步问题的分子通信通过扩散（MCvD）。化学传感器和纳米机器之间的符号同步是利用分子通信（MC）管理纳米网络中复杂任务的关键挑战之一。由于在基于扩散的MC中，大多数分子更接近符号持续时间的开始到达受体，符号间隔的开始的错误估计导致高符号检测误差。通过利用两种类型的分子具有不同的扩散系数，我们提出了一种同步技术MCvD。此外，我们评估的符号错误率性能下提出的符号同步方案，在MCvD系统中的相等和不相等的符号持续时间。
2019-03-05 cs.ET
On the Physical Design of Molecular Communication Receiver Based on Nanoscale Biosensors
分子通信（MC），其中分子被用来编码，传输和接收信息，是一种有前途的手段，使纳米级设备的协调。该范式已经从各个方面进行了广泛的研究，包括信道建模和噪声分析。相对较少的注意力已经给了分子接收器和发射器的物理设计，设想生物合成细胞与内在的分子接收和传输能力作为未来的纳米机器。然而，这种假设导致了所设想的需要复杂通信接口和协议的应用与所设想的生物纳米机器的非常有限的计算能力之间的差异。在本文中，我们研究的可行性，设计一个分子接收器，在物理领域以外的合成生物学，满足纳米网络应用的基本要求。我们首先回顾了最先进的生物传感方法，以确定它们是否可以激发接收器的设计。我们发现，基于纳米级场效应晶体管的电生物传感器技术（bioFET）是一个特别有用的起点，用于设计的分子接收器。聚焦于基于生物场效应管的分子接收器的概念方法，我们提供了一个指导方针，详细说明其操作原理，性能指标和设计参数。然后，我们提供了一个简单的模型，在硅纳米线（SiNW）FET为基础的分子接收器的信号流。最后，我们讨论了实现接收器的实际挑战，并从通信理论的角度提出了未来的研究途径。
2016-03-28 cs.ET
On the Capacity of Diffusion-Based Molecular Communications with SiNW FET-Based Receiver
分子通信是一种基于分子交换的生物学通信方法，用于纳米级器件之间的信息传递。虽然MC已经从各个方面进行了广泛的研究，但文献中很大程度上忽略了由物理设计所施加的限制。最近，我们提出了一种纳米生物电子MC接收器架构的基础上，纳米场效应晶体管为基础的生物传感器（bioFET）技术，提供非侵入性和灵敏的分子检测在纳米级，同时在输出端产生电信号。在本文中，我们推导出解析的封闭形式的表达式的容量和容量实现的输入分布与硅纳米线（SiNW）FET为基础的MC接收器的无记忆MC通道。由此产生的表达式可用于优化配备纳米生物电子接收器的MC系统中的信息流。
2016-07-28 cs.ET
Effective Enzyme Deployment for Degradation of Interference Molecules in Molecular Communication
在分子通信中，分子信号的重尾特性导致符号间干扰（ISI）。因此，难以减小符号周期并实现高数据率。作为ISI缓解的可能解决方案，提出使用酶，因为它们能够降解ISI分子而不破坏分子通讯。虽然大多数先前的工作已经假设在通道周围部署了无限数量的酶，但从资源的角度来看，在特定位置和结构处部署有限数量的酶更有效。本文考虑进行这样的部署在两个结构-周围的接收器（Rx）和/或发射器（Tx）的网站。对于这两种部署场景，将具有不同系统环境参数（Tx到Rx距离、酶区域的大小和符号周期）的信道彼此进行比较，以分析当有限量的酶可用时用于ISI缓解的优化系统环境。
2017-03-19 cs.ET
Secure Channel for Molecular Communications
纳米网络中的分子通信是一种新兴的通信范式，它使用分子作为信息载体。实现安全的信息交换是需要考虑的实际挑战之一，以解决纳米网络中分子通信的潜力。本文将安全信道引入到分子通信中来防止窃听。首先，我们提出了一种基于Diffie Hellman算法的方法，通过该方法，通信纳米机器可以通过分子信号交换秘密密钥。然后，我们使用这个秘密密钥来执行加密。此外，我们还提出了秘密密钥交换算法和安全的分子通信系统。建议的安全系统被发现有效的能源消耗。
2017-09-14 cs.CR cs.ET cs.IT
Hybrid Nano Communications
在本文中，我们提出了一个混合纳米通信（HNC）系统，集成了三种可能的纳米通信模式：太赫兹通信（TC），分子通信（MC），和神经通信（NC）。本文提供了一些见解，如何所需的四个关键构件，即太赫兹到分子（T2M）中继接口，分子到太赫兹（M2T）接口，分子到神经（M2N）中继，神经到分子（N2M）接口可以设计实现HNC系统。此外，还对混合信道的容量进行了分析。计算了各子信道的容量。最后，数值结果来理解所提出的HNC系统的数据传输能力。
2019-09-12 cs.ET cs.IT math.IT
A Tutorial on Coding Methods for DNA-based Molecular Communications and Storage
本文提供DNA存储及其在分子通信中应用的教程，涵盖MCS基础、传统编码方案的应用及数值结果，并展望未来研究方向。
2023-11-13 cs.ET cs.IT math.IT
Enhanced Modulation Technique for Molecular Communication: OOMoSK
纳米网络中的分子通信是一种新兴的通信范式，其中分子被用作信息载体。浓度位移键控（CSK）和分子位移键控（MoSK）在中短程分子纳米网络中得到了广泛的研究。据观察，MoSK优于CSK。然而，MoSK需要不同类型的分子进行编码，这使得发射器和接收器复杂。我们提出了一种调制方案，称为开-关MoSK（OOMoSK），其中，分子被释放的信息位1和0没有分子被释放。所提出的方案具有减少的用于编码的分子类型的数量。数值结果表明，该方案提高了信道容量和符号出错率（SER）。
2014-11-12 cs.ET cs.IT math.IT
Spatial Diversity in Molecular Communications
在这项工作中，空间分集技术在多输入多输出（MIMO）扩散为基础的分子通信（DBMC）领域进行了研究。对于发射端空间编码，提出并分析了Alamouti型编码和重复MIMO编码。在接收端，研究了选择分集、等增益合并和最大比合并等合并策略。在整个数值分析中，假设一个对称的$2\times 2$ MIMO-DBMC系统。此外，训练的人工神经网络被用来获取信道冲激响应。数值分析表明，在分子通讯中实现多样性增益是可能的。此外，它表明，对于MIMO-DBMC系统的重复MIMO编码是优于Alamouti型编码。
2017-07-24 cs.ET cs.IT math.IT
A Machine Learning Approach to Model the Received Signal in Molecular Communications
分子通信通道由接收到的信号确定。接收信号模型构成了研究调制、接收机设计、容量和编码依赖于接收信号模型的基础。因此，至关重要的是对直到时间$t$的接收分子的数量进行分析建模。基于扩散的分子通信信道的首次击中过程建模是一个开放的问题，球形发射机。在本文中，我们利用人工神经网络技术来模拟球形发射机和完全吸收接收机（即，第一次撞击过程）。所提出的技术可用于其他研究，假设一个球形发射机，而不是一个点发射机。
2016-11-18 cs.ET cs.IT math.IT
Effect of Degradation in Molecular Communication: Impairment or Enhancement?
在纳米网络文献中，已经提出了许多解决方案来实现纳米机器到纳米机器的通信。在这些解决方案中，我们专注于什么构成的基础上分子通信范式-分子通信通过扩散（MCvD）。在本文中，我们开始与一个球形吸收接收器下信使分子降解的分析建模，并表明我们的配方是在一个类似的拓扑结构的模拟结果一致。接下来，我们确定如何脉冲峰值时间和脉冲幅度等信号特性受到退化的影响。事实上，我们分析如何在MCvD，信号整形是通过降级实现的。我们还比较了信使分子降解下的通信与无降解和电磁通信的情况下的信道特性。最后，我们评估的情况下，具有不同的退化率的通信性能。在这里，我们根据传统的网络指标（例如符号间干扰水平、检测性能、出错率和信道容量）来评估系统性能。我们的研究结果表明，引入退化显着提高系统的性能时，适当选择的退化率。我们考虑到不同的检测阈值，符号持续时间和通信距离的通信场景进行了彻底的分析。
2014-10-29 cs.ET cs.IT math.IT
Effect of Receptor Density and Size on Signal Reception in Molecular Communication via Diffusion with an Absorbing Receiver
信使分子的接收过程对分子通讯的性能有很大的影响。然而，受体的大小和密度还有待研究。在这封信中，我们分析了受体的密度和大小的信号接收与受体的吸收接收器的效果。结果表明，当受体总面积相同时，使用较多数量的相对较小的受体可以获得更好的命中概率。此外，部署覆盖接收器表面的一小部分的接收器能够创建具有可检测信号水平的有效通信信道。
2014-11-25 cs.ET cs.IT math.IT
3D Receiver for Molecular Communications in Internet of Organoids
针对类器官互联网分子通信中平面BioFET接收器忽略三维结构与阈值电压的问题，本文提出首个顶部和侧部栅极均覆盖受体的FinFET接收器，并在结合噪声与闪烁噪声下以SNR和SEP对比2D接收器。
2024-01-20 cs.ET cs.SY eess.SY
A Diffusion-Neuron Hybrid System for Molecular Communication
基于扩散的通讯和神经通讯是分子通讯中两个有趣的领域。这两种方法各有其独特的优点，在许多工作中被单独开发。然而，在某些情况下，神经和基于扩散的方式必须一起工作以进行通信。因此，在本文中，我们提出了一种混合通信系统，其中包含基于扩散和神经通信信道。多个连接纳米器件（CND）用于连接两个通道。我们定义了CND的实践功能，并根据两个通道的生物学特性，发展了从扩散通道到神经通道的信息交换机制。此外，我们还建立了一个简单的数学模型来描述混合系统的完整通信过程。仿真结果显示了CND的信息交换过程。比特出错率（BER）指标用于验证通信的可靠性。研究结果表明，基于生物通道，优化纳米器件的一些参数可以提高器件的可靠性。
2015-07-04 cs.ET cs.IT math.IT
A potpourri of results on molecular communication with active transport
本文以互信息衡量通信效能，研究分子马达驱动的主动输运如何扩展分子通信距离，并分析中继及主动—扩散粒子混合两种场景的信道表现与缺陷。
2024-10-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech cs.ET
A Survey on Modulation Techniques in Molecular Communication via Diffusion
这篇综述论文的重点是分子通信的调制方面，这是一个新兴领域，专注于构建将数据嵌入化学信号的生物启发系统。设计这些系统的主要挑战是如何将信息编码和调制到化学信号上，以及如何设计一种接收器，该接收器可以从目的地观察到的损坏的化学信号中检测和解码信息。在本文中，我们专注于通过扩散系统的分子通信的调制设计。在这些系统中，化学信号利用扩散（可能由流动辅助）从发射器传输到接收器。本教程介绍了最近的进展，调制和解调方案的分子通信通过扩散。我们比较了五种不同的调制类型：基于浓度，基于类型，基于时间，空间和高阶调制技术。给出了每种调制方案的端到端系统设计。此外，在文献中使用的关键指标，以评估这些技术的性能也被提出。最后，我们提供了一个数字比特出错率比较突出的调制技术，使用分析模型。我们关闭的关键开放问题和未来的研究方向，通过扩散系统的分子通信设计的讨论教程。
2020-12-28 cs.ET cs.IT math.IT
