Exploiting Diversity in Molecular Timing Channels via Order Statistics
我们研究的多样性，在一个镜头通信分子定时通道。我们考虑一个信道模型，其中发射器同时释放大量的信息粒子，而信息被编码在释放的时间。接收器基于信息粒子的随机到达时间对信息进行解码。随机传播的特点是一般类的右侧单峰密度。我们表征的渐近指数下降率的错误的概率作为释放粒子的数量的函数，并表示为系统的多样性增益这个量。四种类型的检测器被认为是：最大似然（ML）检测器，线性检测器，检测器是基于所有传输的粒子之间的第一个到达（FA），和检测器的基础上的最后到达（LA）。当密度表征的随机传播的支持在一个大的间隔，我们表明，简单的FA检测器实现了非常接近的ML检测器的多样性增益。另一方面，当密度表征的随机传播的支持在一个小的间隔，我们表明，简单的LA检测器实现了非常接近的ML检测器的分集增益。
2018-01-17 cs.IT math.IT
Optimal Detection for Diffusion-Based Molecular Timing Channels
本文研究了基于扩散的分子计时（DBMT）通道通信的最佳检测。发射器同时释放多个信息粒子，其中信息在释放时被编码。接收器基于信息粒子的随机到达时间对所发送的信息进行解码，该随机到达时间被建模为加性噪声信道。对于没有流动的DBMT通道，该噪声遵循Lévy分布。在此信道模型下，最大似然（ML）检测器的推导和证明具有高的计算复杂性。它还表明，ML检测下，释放多个粒子提高性能，而对于任何添加剂通道与$α$ -稳定的噪声，其中$α<1$（如DBMT通道），在线性处理的接收机，释放多个粒子降低性能相对于释放一个粒子。因此，提出了一种新的低复杂度检测器，它是基于所有的传输粒子之间的第一个到达（FA）。结果表明，对于少量的释放粒子，FA探测器的性能是非常接近的ML探测器。另一方面，误差指数分析表明，当释放的粒子数很大时，两种检测器的性能不同。
2017-09-09 cs.IT math.IT
Capacity of Discrete Molecular Diffusion Channels
在基于扩散的分子通信中，可以通过介质中分子浓度的变化来传递消息。在本文中，我们打算分析的信息从一个节点到另一个节点的扩散通道中的可实现的容量。我们观察到，由于介质中的分子扩散，通道具有记忆性。然后，我们通过两步马尔可夫链的信道的记忆模型，并获得描述的扩散信道的容量的方程。通过执行数值分析，我们获得了对于不同电平的发射机功率的最大可实现速率，即，分子生产率。
2011-05-10 cs.IT math.IT
On the Capacity Achieving Probability Measures for Molecular Receivers
本文研究了配体受体与扩散型分子通讯。信息信息被认为是通过分子浓度的变化来编码的。配体接收过程中的随机性导致通信中的不确定性;限制了信息解码的速率。我们模拟配体受体接收器的一组有限状态马尔可夫信道和研究这样的接收器的一般容量。此外，I.I.D.接收机的容量被表征为一般容量的下限。同时证明了有限支持概率测度可以达到独立同分布。接收器的容量。此外，在概率测度的支持点的数量上的一个界。
2015-11-07 cs.IT math.IT
Capacity of Diffusion based Molecular Communication Networks over LTI-Poisson Channels
本文研究了线性时不变泊松信道模型下基于扩散的分子通信网络的容量问题。在分子通信的背景下引入的LTI-Poisson模型是传统的无记忆Poisson信道的自然扩展，以包括记忆。利用线性ISI信道上的现有技术，提供了单跳LTI-Poisson网络的容量的可计算有限字母表征。然后，找到更明确的能力上的界限的问题进行检查，其中点到点的情况下，提供了下限和上限。此外，在低信噪比制度使用对称化KL发散的方法，用于界定互信息的介绍和它的适用性泊松信道。在低信噪比条件下，得到了最大传输约束下Poisson信道容量的第一个非平凡上界，数值结果表明，该上界与低信噪比条件下的容量具有相同的数量级.
2014-10-16 cs.IT math.IT
Capacity of Frequency-based Channels: Encoding Information in Molecular Concentrations
针对以分子浓度或对象频率编码、读取时经有放回采样产生噪声的分子信道，本文在池内对象数受限条件下给出紧容量界，并用于解释短分子 DNA 存储虽容量为零仍可达到高信息密度。
2024-05-13 cs.IT math.IT
Bits Through Bufferless Queues
本文研究了服务时间独立同分布的排队系统中，连续数据包通过队列的时间来传递信息的信道容量。这种定时信道通常是在工作守恒队列的假设下研究的。与此相反，本文研究的情况下，一个无缓冲队列，下降到达的数据包，而一个数据包是在服务。在此无缓冲模型下，本文给出了定时信道容量的上界，并建立了无缓冲M/M/1和M/G/1排队情况下的可达速率。特别是，与M/M/1工作保留队列相比，无缓冲区M/M/1队列在最坏的情况下容量减少不到10%。
2013-12-18 cs.IT math.IT
Inscribed Matter Communication: Part II
本文是第二部分的两个文件集，开发了一个细粒度的分子通信的每分子定时处理。我们首先考虑一个简单的单分子定时通道的分子发射的最后期限，类似于但不同于以前的工作（“位通过时间”），其中的约束是平均发射时间。我们还得出了一些结果相关的{ \em排序熵}，一个关键的数量，巩固了分子定时通道的容量界限，无论有没有令牌数据有效载荷。然后，我们得出结论，分子定时信道容量的上限。
2016-11-22 cs.ET cs.IT math.IT
Capacity of Diffusion-based Molecular Communication with Ligand Receptors
基于扩散的分子通信系统有两个主要组成部分：介质中的扩散和配体接收。以分子浓度的时间变化编码的信息比特通过介质中的分子扩散被传送到接收器前端。反过来，接收器测量其附近的分子浓度以检索信息。这通过配体接收过程完成。在本文中，我们开发的模型来研究在接收器侧的浓度传感所施加的约束，并推导出配体接收器可以接收信息的最大速率。因此，与配体受体的扩散通道的总容量可以通过结合本文中提出的结果与我们以前的工作在扩散通道上的分子通信的可实现的信息速率。
2012-05-22 cs.IT math.IT
On the Capacity of the Joint Time and Concentration Modulation for Molecular Communications
大多数基于扩散的分子通道由于扩散环境的结构而遭受低信息容量。为了解决这个问题，本文研究了基于扩散的分子通信的能力，利用时间和浓度水平的释放分子的信息传递。发射器在其中一个子间隔中释放分子，其浓度水平均由输入数据确定，因此应用联合时间和浓度（JTAC）调制。在接收器处的等于符号周期的观察时间被划分为一些子间隔，不一定等于发射器中的子间隔的数量，并且对每个子间隔中接收到的分子的数量进行计数。我们提出了三个实用的方案，这取决于接收器如何使用计数的子间隔中的分子的数量，并找到在每种情况下的容量的下限。此外，对称的Kullback-Liebler（KL）的分歧度量被用来获得一个可计算的上限上的JTAC信道容量。最后，Blahut-Arimoto算法被用来计算的容量数值，并确定如何严格推导出的界限。我们的数值结果表明，我们的边界是紧的，特别是在高扩散系数的环境。与传统的基于浓度的调制和基于定时的调制相比，改进也被证明。
2020-06-24 cs.IT math.IT
On the Impact of Time-Synchronization in Molecular Timing Channels
本文通过分析三种不同的调制技术，研究了分子计时（MT）通道中时间同步的影响。第一种需要发射机-接收机同步，并且基于关于信息粒子的释放定时的调制信息。另外两个是异步的，并且基于使用不可区分或可区分的粒子对关于信息粒子的两个连续释放之间的相对时间的信息进行调制。所有的调制方案都导致一个系统，该系统通过附加噪声将发送和接收的信号相关联，该附加噪声遵循稳定的分布。由于信号的方差的共同概念是不适合定义的稳定分布信号的功率（由于无穷大的方差），我们推导出一个大类的稳定分布的几何功率的表达式，然后使用这个结果来表征的几何信号噪声比（G-SNR）的调制技术。此外，对于二进制通信，我们推导出每种调制技术的最佳检测规则。数值计算表明，对于给定的G-SNR，比特出错率（BER）是恒定的，并且通过使用同步通信获得的性能增益是显着的。然而，它也表明，通过使用两个可区分的粒子每比特，而不是一个，异步技术的BER可以接近同步的。
2016-09-07 cs.ET cs.IT math.IT
Phase-Resolved Molecular Timing Channels under Pulsatile Drift: Volterra Characterization and Corrected Inverse-Gaussian Approximation
National Central University（中央大学）
本文提出了一种可计算的首次到达时间分子通信信道模型，通过改变测度方法，将首次到达时间密度分解为累积漂移位移项和随机边界流调制因子，从而得到校正的逆高斯分布模型，适用于非平稳漂移情况。
2026-09-15 cs.IT eess.SP math.IT
The Binary Energy Harvesting Channel with a Unit-Sized Battery
我们考虑一个二进制能量收集通信信道与有限大小的电池在发射机。在该模型中，通道输入受到每个通道使用时的可用能量的约束，该可用能量由外部能量收集过程、电池的大小和先前的通道输入驱动。我们考虑一个抽象，其中能量以二进制单位收获并存储在具有单个单位容量的电池中，并且通道输入是二进制的。将电池中的可用能量视为状态，这是具有输入依赖状态、状态中的存储器和仅在发射机处可用的因果状态信息的状态依赖信道。我们找到了一个等效的表示为这个信道的符号的定时的基础上，并通过一个辅助随机变量确定所得到的等效定时信道的容量。我们给出了可实现的速率的基础上，这种辅助随机变量类似于网格编码的定时信道的某些选择。我们开发的上限的能力，通过使用基因辅助的方法，也通过量化的状态信息泄漏到接收器。我们表明，所提出的可实现的速率是渐进的能力实现小的能量收获率。我们将结果扩展到三进制通道输入的情况。我们的可实现的速率给的二进制通道内的容量0.03位/通道使用，三进制通道内的0.05位/通道使用，并优于基本的香农策略，只考虑瞬时电池状态，所有参数值。
2014-08-27 cs.IT math.IT
Improving the capacity of molecular communication using enzymatic reaction cycles
本文考虑了基于扩散的分子通信链路的容量，假设接收器使用化学反应。关键的贡献是我们表明，酶促反应循环，这是一类常见的化学反应，在细胞中包括一个向前和向后的酶促反应，可以提高通信链路的容量。分析酶促反应循环的技术难点在于其反应速率是非线性的。我们通过假设酶促反应循环中某些化学物质的量很大来处理这个问题。为了进一步简化问题，我们使用奇异摄动来研究一个特定的操作制度的酶促反应循环。这使我们能够推导出通道增益的封闭形式表达式。该表达式表明，我们可以通过增加酶促反应循环中底物的总量来提高通道增益。通过数值计算，我们表明，酶反应周期的影响是增加信道增益，降低噪声，从而导致更好的信噪比，从而提高通信容量。此外，我们表明，我们可以通过增加酶促反应循环中底物的总量来增加容量。
2017-07-20 cs.IT math.IT
Timing Channel: Achievable Rate in the Finite Block-Length Regime
指数服务器定时信道是已知的最简单的，并且在某种意义上是规范的排队定时信道。这个无限内存通道的容量是已知的。在这里，我们讨论实际的有限长度的码字的限制，并试图了解的最大速率，可以达到一个目标的错误概率。通过使用马尔可夫链分析，我们证明了在块长度$n$和错误概率$ε$的最大信道编码率的下限。该界近似为$C- n^{-1/2} σQ^{-1}(ε)$，其中$Q$表示Q函数，$σ^2$是底层马尔可夫链的渐近方差。给出了$σ^2$的封闭形式表达式。
2016-05-25 cs.IT math.IT
On the Capacity of Level and Type Modulation in Molecular Communication with Ligand Receptors
在本文中，我们考虑细菌点对点通信问题的一个发送器和一个接收器，考虑配体受体结合过程。最常研究的信号传导模型，称为水平情景（LS），使用一种具有不同浓度水平的分子进行信号传导。另一种方法是采用具有单一浓度水平的多种类型的分子，称为类型方案（TS）。我们调查的配体受体的能力的角度来看，这两种情况之间的权衡。为此，我们使用数值算法的能力进行评估。此外，我们推导出一个上限的配体受体的能力使用二项式通道（BIC）模型使用对称化Kullback-Leibler（KL）分歧。当环境噪声可忽略时，也得到了一个下界。最后，我们分析了阻断受体的不同类型的分子的影响，提出了一个新的马尔可夫模型中的多类型的信号。
2015-04-16 cs.IT math.IT
Communication System Design and Analysis for Asynchronous Molecular Timing Channels
提出了两种新的分子定时（MT）通道异步调制技术。一种是基于在不可区分的信息粒子的两个连续释放之间的时间上调制信息，另一种是基于使用可区分的粒子。为了进行比较，我们考虑同步调制方案，其中信息在释放时被编码，并从粒子到达时被解码。我们表明，所有这三种调制技术的结果，可以建模为一个加性噪声信道的系统，我们推导出的噪声的概率密度函数的表达式。接下来，我们专注于二进制通信，并推导出相关的最佳检测规则为每个调制。由于与这些调制相关的噪声具有无限的方差，几何功率被用作噪声功率的度量，并且我们推导出每个调制方案的几何SNR（G-SNR）的表达式。数值计算表明，对于这些系统的误比特率（BER）是恒定的在一个给定的G-SNR，类似于在加性高斯噪声信道中的BER和SNR之间的关系。我们还证明了基于两个可区分的粒子的异步调制可以实现接近同步调制方案的BER性能。
2018-12-08 cs.IT eess.SP math.IT
Mathematical Foundations for Information Theory in Diffusion-Based Molecular Communications
分子通信是纳米技术中一种很有前途的通信模式。然而，分子通讯的信息论分析的坚实的数学基础尚未建立。特别地，没有人证明信道编码定理适用于分子通信，并且没有建立信息速率容量（最大互信息）和码速率容量（上确界可达码速率）之间的关系。在本文中，我们专注于分子通信的一个主要子类-基于扩散的分子通信。通过建立一个一般的基于扩散的分子通道模型，并证明其信道编码定理，为基于扩散的分子通信中的信息论提供了坚实的数学基础.还建立了信道容量的统计和业务定义之间的各种等价关系，包括最经典的信息速率容量和码率容量。作为副产品，我们已经证明了基于扩散的分子通道是“渐进减少的输入记忆和预期”和“d-连续”。基于扩散的分子通道的其他性质，如平稳性或遍历性也被证明。
2013-11-18 cs.IT math.IT q-bio.MN
Information Rates of ASK-Based Molecular Communication in Fluid Media
本文研究了流体介质中分子通信的容量，其中信息被编码在一个时隙中传输的分子数（幅移键控）。分子的传播受随机布朗运动的支配，并且通信通常受到符号间干扰（ISI）的影响。我们首先考虑ISI可以忽略不计的情况，并分析所得到的离散无记忆分子通道的容量和每单位成本的容量以及可能的实际约束的效果，例如每次传输的峰值和/或平均传输分子数的限制。在一个受约束的峰值分子发射的情况下，我们表明，随着时隙持续时间的增加，实现每个通道使用的容量从二进制输入转换到离散的均匀分布的输入分布。在本文中，我们还分析了ISI的影响。最重要的是，我们占的相关性，ISI引起信道输出符号之间。我们推导出一个上限和两个下限的能力，在这种情况下。使用扩展的Blahut-Arimoto算法得到的输入分布，我们最大限度地提高了下界。我们的结果表明，在很宽的参数值范围内，边界是接近的。
2015-11-22 cs.IT math.IT
Molecular Communication with Anomalous Diffusion in Stochastic Nanonetworks
自然界中的分子通信可以将大量纳米事物纳入纳米网络中，并演示纳米事物如何通信。本文介绍了分子通信，其中发送纳米机器提供信息分子的接收纳米机器通过异常扩散通道。通过考虑时空分数扩散通道中分子浓度的随机性，导出了分子首次通过时间的解析表达式。然后，利用Fox H函数推导了第l个最近邻分子通信的二进制定时调制误码率出错率。在存在干扰分子的情况下，给出了在给定时间间隔内到达的干扰分子数量的均值和方差。使用这些统计数据，提供了用于定时调制的简单缓解方案。本文中的结果提供了网络性能的错误概率平均在一组随机距离之间的通信链路，以及一组随机FPT所造成的分子的异常扩散。这一结果将有助于设计和开发用于各种设计目的的分子通信系统。
2019-11-04 cs.IT math.IT
On the Capacity of Zero-Drift First Arrival Position Channels in Diffusive Molecular Communication
Hon Hai (Foxconn) Research Institute（鸿海（富士康）研究院）
本文研究了扩散分子通信中零漂移首到达位置信道的容量，提出了一种新的 characterization 方法，并发现三维信道容量是二维的两倍，提供了更直观的估算公式。
2023-10-11 cs.IT eess.SP math.IT
Bounds on the Capacity of ASK Molecular Communication Channels with ISI
目前已有几篇关于将加性逆高斯噪声（AIGN）模型用于分子通信信道中随机渡越时间的研究。随机性总是会导致MC中的符号间干扰（ISI），这是一个很大程度上被忽略或简化的问题。在本文中，我们推导出一个上限和两个下限的MC基于幅度移键控（ASK）存在ISI。对Blahut-Arimoto算法~（BAA）进行了改进，使其能求出传输符号的输入分布，以最大化下界。我们的结果表明，在宽的参数值的界限是接近的。
2015-08-29 cs.ET cs.IT math.IT
Capacity of Molecular Channels with Imperfect Particle-Intensity Modulation and Detection
介绍了粒子强度通道（PIC）作为分子通信系统的模型，并描述了该系统的最佳输入分布和容量限制的特性。在PIC中，发送器基于释放的粒子的数量以给定持续时间的符号对信息进行编码，并且接收器基于在符号间隔期间检测到的粒子的数量对消息进行检测和解码。在该通道中，发射器可能无法精确控制释放的颗粒数量，并且接收器可能无法检测到到达的所有颗粒。我们证明了这个通道的最佳输入分布总是具有质量点为零和可以释放的粒子的最大数量。然后，我们考虑扩散粒子运输，推导出的容量表达式时，输入分布是二进制的，并显示条件下，二进制输入是实现容量。特别是，我们证明了当发射机不能以高速率产生粒子时，最佳输入分布是二进制的。
2017-05-22 cs.ET cs.IT math.IT
Deterministic Identification for Molecular Communications over the Poisson Channel
分子通信（MC）的各种应用是事件触发的，因此，流行的香农容量可能不是性能评估的正确措施。因此，在本文中，我们激励和建立识别能力作为一种替代度量。特别是，我们研究确定性识别（DI）的离散时间泊松信道（DTPC），受到平均和峰值功率约束，这作为一个模型的MC系统采用分子计数接收器。确定了该信道的码本大小按$2^{(n\log n)R}$缩放，其中$n$和$R$分别是码字长度和编码率。DTPC的DI容量的下限和上限的开发。获得的DI通道的大容量揭示了自然DI系统的性能，如自然嗅觉，这是已知的生物学中的极大的化学辨别力。此外，对有限长码的经验误识率和误识率出错率进行了数值模拟。这使我们能够量化的码字长度方面的误差减少的规模。
2022-03-05 cs.IT math.IT
On the Capacity of Point-to-Point and Multiple-Access Molecular Communications with Ligand-Receptors
在本文中，我们考虑了细菌与配体受体的点对点和多通道分子通讯。对于点对点通信，我们研究了常见的信令方法，即水平场景（LS），其使用具有不同浓度水平的一种类型的分子，以及类型场景（TS），其采用具有单个浓度水平的多种类型的分子。我们调查的权衡这两种情况下，从容量的角度来看。我们推导出一个上限的容量使用二项式通道（BIC）模型和对称化的Kullback-Leibler（KL）的分歧。当环境噪声可忽略时，也得到了一个下界。对于TS，我们还考虑了不同分子类型阻断受体的效果。然后，我们考虑多路访问通信，为此我们研究了基于分子和受体类型的三种情况，即，具有不同标记和相同类型受体的相同类型分子（DLSR）、不同类型分子和受体（DMDR）以及相同类型分子和受体（SMSR）。我们从总容量的角度来研究这三种情况之间的权衡。当环境噪声可以忽略不计时，我们得到了这些场景的容量区域上的一些内界。
2015-09-19 cs.IT math.IT q-bio.MN
Diffusion Based Molecular Communication with Limited Molecule Production Rate
本文研究了浓度型分子通信系统中发射分子的生成过程对系统容量的影响。由分子生成过程引起的约束影响发射器处分子的可用性。发射器有一个分子存储，并应决定是否释放或保存当前产生的分子。因此，MC系统与能量收集系统有概念上的联系。在本文中，我们考虑两种情况下的传播信道。第一种情况假设没有符号间干扰（ISI）的信道，\emph{i.e.,}是无记忆信道。我们推导出在这种情况下的MC系统的容量的界限。第二种情况假设具有ISI的MC网络，其中通道的输出取决于先前时隙中释放分子的历史。基于发射机或接收机知道信道统计的假设，我们计算信道容量的下限。
2018-02-25 cs.IT math.IT
On ISI-free Modulations for Diffusion based Molecular Communication
扩散分子通道是具有记忆的通道，因为释放到介质中的分子在随机延迟后撞击受体。通过选择随时间在环境中扩散的分子的类型、强度或释放时间来执行扩散通道上的编码。为了避免符号间干扰（ISI），相同类型的分子应该在足够远的时间点释放。这确保了在相同类型的分子被重新用于信号之前，先前传输的分子在环境中褪色。在本文中，我们考虑ISI自由时隙调制方案。这些调制的最大可靠传输速率由表示允许传输序列的图的约束编码容量给出。然而，实现受限的编码容量需要长的块长度和解码器处的延迟，这对于简单的纳米机器来说是不切实际的。本文的主要贡献是考虑小延迟（短块长度）的调制，并表明它们非常接近约束编码容量。
2015-08-11 cs.IT math.IT
From Berg-Purcell precision bounds to clock-limited information capacity
Institute of Fundamental Technological Research（基础技术研究研究所）
研究化学传感中伯格 - 珀塞尔精度界限与分子受体信息容量的关系，推导两者联系的表达式，表明理想模型下扩散限制采样不设限，考虑时间积分等因素后得出时钟限制的信息容量界限，建立了有限的受体级信息界限。
2026-07-24 cs.IT math.IT q-bio.MN
Identification over Affine Poisson Channels: Application to Molecular Mixture Communication Systems
针对面向目标/任务的应用，研究离散仿射泊松信道（可建模分子混合通信系统）的确定性编码器识别容量，确立其基于亲和矩阵特征的上下界，发现消息数量可随亲和矩阵秩超指数增长，且定理包含若干已知结果。
2025-08-26 cs.IT math.IT
On the Capacity of DNA Labeling
本文研究 DNA 标记成像模型的最大信息率，计算单一标记容量，给出多标记结果，并确定达到容量 2 所需长度 1 或 2 标记的最小数量。
2024-01-22 cs.IT math.IT
Collective Sensing-Capacity of Bacteria Populations
使用细菌作为网络的基本元素的生物网络的设计最初是由一种称为群体感应的现象激发的。通过群体感应，每个细菌执行感知介质并通过分子通信将其传达给其他细菌。因此，细菌可以协调和集体行动，并执行不可能的任务。在本文中，我们认为细菌种群作为一个单一的节点在网络中。在我们的生物通信网络中，这样的节点将通过分子信号彼此通信。作为迈向这种网络的第一步，本文重点研究向人口传递信息的问题（即，通过用特定类型的分子信号的浓度刺激它。这些分子触发每个细菌内部的一系列过程，最终以光或荧光的形式输出。该过程中的每一级都将噪声添加到传送到下一级的信号中。我们的目标是测量（计算）我们可以传输到节点的最大信息量。这可以被视为节点的集体感知能力。携带信息的分子浓度是节点的输入，其应当通过观察作为节点的输出的所产生的光来估计（即，形成节点的整个细菌群体）。我们重点研究了在受体上捕获分子的随机过程所引起的噪声以及节点中不同细菌输出的变化。得到了电容随节点中细菌数量和每个细菌的受体数量的变化。最后，我们研究了当使用特定形式的分子信号浓度时节点的集体感测能力。
2012-05-22 cs.IT math.IT
Communication with Crystal-Free Radios
我们考虑一个通信信道，其中发送器和接收器之间没有公共时钟。这是由于最近人们对为物联网应用构建片上系统无线电的兴趣，这种无线电不能依赖晶体振荡器来实现准确的定时。我们确定两种类型的时钟不确定性在这样的系统中：定时抖动，这发生在一个时间尺度快于通信持续时间（或相当于块长度）;和时钟漂移，这发生在一个较慢的时间尺度。我们研究了在这两种定时缺陷下的零差错容量，并在某些情况下得到了最优的零差错码。我们的研究结果表明，相对于常见的做法，在时钟漂移的存在下，它是非常次优的，试图学习和跟踪接收器的时钟频率;相反，人们可以设计代码，接近完美同步的通信系统的性能，而无需在接收器的任何时钟同步。
2018-05-21 cs.IT math.IT
Spatiotemporal First-Arrival Modeling and Parameter Estimation in Drift-Diffusion Molecular Channels
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；National Central University（中央大学）
本文提出了一种基于时空耦合建模的分子通道参数估计方法，通过漂移移键技术实现了对不可检测信号的可靠检测。
2025-12-05 cs.IT eess.SP math.IT
Inscribed Matter Communication: Part I
我们提供了一个基本的治疗的分子通信通道，其中“铭刻的物质”是通过空间间隙传输，以提供可靠的发送器和接收器之间的信号。铭刻的物质被定义为“记号”的集合（分子、物体等），并且至少部分地受到生物系统的启发，在生物系统中，从分子到含有分子的膜结合结构到病毒和生物体的单独构造的离散颗粒的组由源释放并行进到靶-例如，形态发生剂或化学信息素从一个细胞扩散，组织或有机体扩散到另一个组织或有机体。对于既没有丢失也没有修改的相同令牌，我们考虑使用三种候选通信方案编码的消息：a）令牌定时（定时释放），b）令牌有效载荷（合成），以及c）令牌定时加有效载荷。我们提供了每个方案的容量界限，并讨论了它们的相对效用。我们发现，在不合理的假设下，兆比特每秒的速率可以支持在毫微微瓦发射机功率。由于诸如标记浓度或箱计数的量是标记到达时间的衍生物，因此单独的标记时间支持所有分子通信技术。因此，我们关于有效的基于令牌的信息传输的物理模型和结果可以为工程和生物学中各种理论和实际问题的调查提供信息。这项工作，第一部分，集中在信息理论的能力界限。第二部分发展了一些数学和信息理论的想法，支持这里提出的界限。
2016-12-17 cs.ET cs.IT math.IT
Capacity of a Simple Intercellular Signal Transduction Channel
我们用离散时间马尔可夫模型来模拟配体-受体分子通信通道，并展示了如何获得该通道的容量。我们表明，实现能力的输入分布是iid，此外，不寻常的记忆通道，我们表明，反馈并没有增加这个通道的容量。
2013-05-10 cs.IT math.IT q-bio.CB
Binary Energy Harvesting Channel with Finite Energy Storage
我们考虑的能量收集通信信道的容量与有限大小的电池。作为这个问题的一个抽象，我们考虑一个系统，其中能量到达编码器在一个固定的数量的倍数，和物理层相应地建模为一个有限的离散字母通道的基础上，这个固定的数量。此外，对于易处理性，我们考虑的情况下，二进制能量到达一个单位容量的电池在一个无噪声的二进制通道。将可用能量视为状态，这是具有仅在发射机处可用的因果状态信息的状态依赖信道。此外，状态随时间相关，并且信道输入修改未来状态。我们证明了这个信道等价于一个加性几何噪声定时信道，其中噪声的因果信息在transmiter.We提供了一个单字母的容量表达式，涉及一个辅助随机变量，并评估此表达式与一定的辅助随机变量的选择，这类似于噪声浓度和格型编码的定时信道。我们评估所提出的辅助选择的可实现的速率，并将我们的结果扩展到无噪声的三进制信道。
2013-05-17 cs.IT cs.NI math.IT
Timing Channels with Multiple Identical Quanta
我们考虑一组M个相同的量子独立地从源到目标的释放时间和捕获时间之间的互信息。量子在到达时立即被捕获，首次通过时间被假设为独立且同分布，量子发射时间受到截止日期的约束。主要应用领域旨在生物系统中的细胞间/细胞内分子信号传导，其中细胞器，细胞或细胞群必须以合理的确定性远距离传递一些信息（如转录或发育指令）到另一个细胞器，细胞或细胞群。然而，该模型也可以应用于其中不可区分的信号具有随机传输时延的通信系统。
2012-08-06 cs.IT math.IT q-bio.MN
Sharp moment-entropy inequalities and capacity bounds for log-concave distributions
我们表明，均匀分布最小化熵之间的所有一维对称对数凹分布与固定的方差，以及各种推广这一事实的Rényi熵的订单小于1和矩约束涉及$p$ -th绝对矩与$p\leq 2$。作为后果，我们给新的容量界的加性噪声信道与对称的对数凹噪声，以及定时信道涉及正信号和噪声的噪声具有下降的对数凹密度。特别是，我们表明，在平均功率约束下的对称，对数凹噪声的加性噪声信道的容量是最多0.254位每信道使用大于具有相同的噪声功率的加性高斯噪声信道的容量。反向熵功率不等式和连接的凸几何切片问题的后果也进行了讨论。
2020-10-13 cs.IT math.IT math.PR
Achieving DNA Labeling Capacity with Minimum Labels through Extremal de Bruijn Subgraphs
本文研究在DNA标记中，用最少等长标签达到最大标记容量（DNA序列为2，任意字母表为$\log_2q$）的问题，通过分析de Bruijn图的极值路径唯一子图，给出上下界并证明渐近结果。
2025-05-26 cs.IT math.IT
Asynchronous Peak Detection for Demodulation in Molecular Communication
分子通信需要低复杂度的符号检测算法来处理这些通道中固有的许多不确定性来源。本文提出了两个变种的高性能异步峰值检测算法的接收机，使独立的意见。第一个变体具有低复杂性，并且测量采样间隔内的最大观测。第二变型增加判决反馈以减轻符号间干扰。虽然该算法不需要发送器和接收器之间的同步，结果表明，使用第一种变体的逐符号检测的误码性能优于使用单个样本，其采样时间是事先选择的。第二种变体被示出具有与能量检测器的性能相当的性能。该算法的两种变体都表现出比现有检测器更好的时间偏移弹性。
2017-02-24 cs.IT math.IT
On Anomalous Diffusion of Devices in Molecular Communication Network
考虑了一维（1-D）非均匀扩散分子通信信道，其中设备（发射器（TX）和接收器（RX））可以沿着轴在任一方向上移动。为了模拟信息携带分子（ICM）以及TX和RX的异常扩散，时间标度布朗运动的概念进行了探讨。在这种情况下，一个新的封闭形式的第一击中时间密度（FHTD）的表达式。此外，推导出的FHTD验证通过基于粒子的模拟。对于二进制信息的传输，利用定时调制。此外，信道被假定为二进制擦除信道（BEC）和分析方面的可达信息速率（AIR）。
2022-03-28 cs.IT eess.SP math.IT
On the Capacity of Sequences of Coloring Channels
School of Electrical and Computer Engineering, Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学电气与计算机工程学院）；Department of Electrical and Computer Engineering, McMaster University（麦马斯特大学电气与计算机工程系）
本文研究了着色通道序列的容量问题，通过定义相关图（pairs graph）揭示了容量与序列结构的关系，并给出了多种序列的容量上下界及特定循环序列的界限。
2026-04-09 cs.IT math.IT
Molecular communication networks with general molecular circuit receivers
在分子通信网络中，发射器可以编码信号分子的浓度或频率的信息。当信号分子到达接收器时，它们通过一系列化学反应或分子电路发生反应，产生输出分子。输出分子随时间的计数是接收器的输出信号。本文的目的是研究不同反应类型对分子通讯网络信息传输能力的影响。我们实现这一目标，通过使用一个通用的分子电路模型。我们推导出平均接收机输出，信号和噪声谱的一般表达式。我们使用这些表达式来研究一些分子电路的信息传输能力。
2013-12-19 cs.IT math.IT q-bio.MN
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
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
Capacity Bounds for Vertically-Drifted First Arrival Position Channels under a Covariance Constraint
本文研究协方差约束下加性垂直漂移首次到达位置噪声信道容量问题，通过分析特征函数与稳定性，给出了三维空间下容量的解析上下界，助力理解分子通信基本极限。
2023-05-22 cs.IT math.IT math.ST
