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
Index Modulation for Molecular Communication via Diffusion Systems
分子扩散通信（MCvD）是一种利用载体分子的自由扩散在纳米尺度上传递信息的分子通信方法。由于载波分子的随机传播，码间干扰（ISI）是MCvD系统中的主要问题。除了ISI之外，链路间干扰（ILI）也是增加基于MCVD的多输入多输出（MIMO）方法的总干扰的问题。受传统通信系统中天线指数调制（IM）概念的启发，本文提出了一种新的MCvD系统中基于IM的传输方案。在本文中，分子空间移位键控（MSSK）被提出作为一种新的调制的分子MIMO系统，它被发现，该方法对抗ISI和ILI相当好地比现有的MIMO方法。对于可以访问两种不同分子的纳米机器，还提出了MSSK的直接扩展，正交分子空间移位键控（QMSSK）。QMSSK被认为是打击ISI相当不错，而不是对ILI引起的错误表现良好。为了更有效地对抗ILI，提出了另一种基于双分子的新型调制方案，称为分子空间调制（MSM）。结合Gray映射的天线指数，MSM被观察到产生可靠的出错率的分子MIMO系统。
2019-09-19 cs.ET
Electrophoretic Molecular Communication with Time-Varying Electric Fields
本文研究了一种新的电泳分子通信机制，利用时变电场，诱导时变的分子速度，从而提高通信性能。对于正弦场，我们指定有利的信号参数（例如，相位和频率），其产生优异的通信链路性能。我们还解析推导出一个优化的场函数，制定一个适当的成本函数和解决欧拉-拉格朗日方程。在我们的设置中，场强与分子速度成正比;我们通过求解给定时变电场（强制函数）的Basset-Boussinesq-Oseen方程并研究其对系统实际物理参数化的影响来验证这一假设。我们的分析和蒙特卡罗模拟结果表明，所提出的随时间变化的方法可以显着增加的信息携带分子的数量预计将在接收机处观察到的，并降低误码率相比，恒定场基准。
2021-03-18 cs.ET
Low-complexity Non-coherent Signal Detection for Nano-Scale Molecular Communications
纳米级分子通信是纳米机器之间交换信息的可行方式。本文提出了一种低复杂度的非相干信号检测技术，以抑制码间干扰和加性噪声。与现有的高复杂度的相干检测方法相比，当信道条件难以准确获取或对接收机隐藏时，所提出的非相干信号检测器更实用。该方案利用浓度差检测ISI污染的信号，我们证明它可以有效地抑制ISI。浓度差是稳定的特性，与扩散通道条件无关。在复杂性方面，通过排除矩阵运算或似然计算，新的检测方案特别适合于具有小能量预算或有限计算资源的纳米级分子通信系统。
2015-08-28 cs.ET
Experimental Molecular Communication Testbed Based on Magnetic Nanoparticles in Duct Flow
需要简单和易于实现的测试平台来进一步推进分子通信研究。为此，本文提出了一种使用分散在水悬浮液中的磁性纳米颗粒的容器内分子通信测试平台，因为它们也用于生物技术中的药物靶向。发送器通过Y型连接器由注射用电子泵实现。第二泵提供用于信号传播的背景流。对于信号接收，我们采用了一个磁力计，一个电子设备，包括一个线圈，其中磁性粒子移动通过并产生电信号。我们提出了一个二进制序列的传输和一个单一的注射后的系统响应的实验结果。对于这种流动驱动的颗粒运输，我们提出了一个简单的参数化的数学模型，用于评估系统的响应。
2018-03-19 cs.ET
VaporISAC: Integrated Sensing and Communication via Molecular Signals
TU Berlin（柏林工业大学）；TUD Dresden University of Technology（德累斯顿工业大学）
研究针对传统电磁ISAC系统在特定环境中性能不佳的问题，提出VaporISAC分子ISAC框架，利用化学蒸汽脉冲同时实现信息传输与环境探测，通过联合处理波形恢复信息和推断环境特性，为通信和环境传感提供新范式。
2026-07-20 cs.ET
Detection in Molecular Communications with Ligand Receptors under Molecular Interference
分子通信（MC）是一种生物启发的通信技术，使用分子在生物纳米设备之间传输信息。在本文中，我们专注于生物MC接收器的检测问题，采用配体受体来推断编码到分子浓度中的传输信息，即，配体。在实践中，受体对靶配体的选择性并不理想，并且在生理环境中，它们可以根据其结合亲和力以不同的反应速率与多种类型的配体相互作用。这种分子串扰可能会对MC造成实质性干扰。在这里，我们考虑一个特定的情况下，在通道中有不可忽略的浓度的受体分子，具有类似的受体结合特性的信息分子，和接收器采用单一类型的受体。我们研究了四种不同的检测方法的性能，这些方法利用配体-受体结合反应的不同统计数据：结合受体的瞬时数量，受体的未结合持续时间，受体的结合持续时间，以及在采样时间间隔内受体的未结合和结合持续时间的组合。引入的检测方法的性能进行评估的比特错误概率的变化强度的分子干扰，信息和生物分子之间的相似性，受体的数量，和收到的浓度差位0和位1传输。我们提出了合成受体的设计，可以将所需的受体统计数据转换为细胞内分子的浓度，和化学反应网络，可以化学地执行检测所需的计算。
2021-05-11 cs.ET
Received Signal Strength for Randomly Distributed Molecular Nanonodes
我们认为纳米节点随机分布在一个圆形区域，并表征接收到的信号强度时，一对这些节点采用分子通信。研究了两种通信方法，即自由扩散和漂移扩散。由于节点是随机分布的，它们之间的距离可以表示为随机变量，这导致接收信号强度的随机过程表示。我们推导出这两种分子通信方法的概率密度函数。特别是对于自由扩散的情况下，我们还推导出累积分布函数，它可以用来推导传输成功概率。所提出的工作构成了第一步的信号噪声比的表征在所考虑的设置为一些分子通信方法。
2018-01-26 cs.ET
Arrival Modeling and Error Analysis for Molecular Communication via Diffusion with Drift
分子扩散通讯（MCvD）中分子的到达是一个计数过程，本质上呈二项分布。即使二项式过程很好地描述了分子的到达，当考虑连续发送的符号时，该过程也难以与二项式累积分布函数（CDF）一起工作。因此，在文献中，使用二项分布的泊松和高斯近似。在本文中，我们分析了这两个近似的二项式模型的到达过程中的MCvD漂移。考虑到距离，漂移速度，和发射的分子的数量，我们调查的区域中，无论是泊松或高斯模型是更好的根均方误差（RMSE）的CDF，我们通过数值模拟确认该区域的边界。此外，我们推导出连续通信的错误概率，并分析哪种模型更准确地近似它。
2014-10-28 cs.ET
A Survey of Molecular Communication in Cell Biology: Establishing a New Hierarchy for Interdisciplinary Applications
分子通讯（MC）工程的灵感来自于细胞生物学中使用化学信号作为信息载体。化学信号的生物学性质使MC成为一种有前途的跨学科应用方法，需要细胞和其他微尺度设备之间的通信。然而，由于生命科学和通信工程领域有不同的方法来制定和解决研究问题，它们之间的不匹配可能会阻碍研究成果的转化，并阻碍跨学科解决方案的开发和实施。为了弥合这一差距，本次调查提出了一种新的通信层次MC信号在细胞生物学和地图的现象，贡献和问题的层次结构。层次结构包括：1）物理信号传播层; 2）物理和化学信号交互层; 3）信号-数据接口层; 4）本地数据抽象层;以及5）应用层。为了进一步证明所提出的层次结构，它被应用到群体感应，神经元信号，通过DNA的通信的案例研究。最后，针对每个层次和多层次的集成确定了几个开放性问题。拟议的层次结构提供了语言的通信工程师研究和生物系统的接口，也有助于生物学家了解如何通信工程的概念可以被利用来解释，控制和操纵细胞生物学中的信号。
2020-08-31 cs.ET
Reactive Receiver Modeling for Diffusive Molecular Communication Systems with Molecule Degradation
在本文中，我们考虑了在流体环境中的发射器纳米机器和接收器纳米机器之间的扩散分子通信信道。由发射器纳米机器释放到环境中的信息分子可以通过一级降解反应在通道中降解，并且到达接收器纳米机器的信息分子可以参与与接收器受体蛋白的可逆双分子反应。我们推导出在接收器处的预期接收信号的封闭形式的解析表达式，即，接收器表面上被激活的受体的预期数量。推导出的分析结果的准确性进行了验证与布朗运动粒子为基础的模拟环境。
2015-12-21 cs.ET
Two-Time-Slot Bidirectional Relaying in Molecular Communication
本文研究了分子通信中的双向/双向中继问题，提出了一种双时隙中继方案。与四时隙和三时隙方案相比，所提出的两时隙方案通过允许端节点在第一个时隙同时发送来显著提高吞吐量。与现有技术相比，所提出的方案采用用于双向中继的同构分子通信，其中所有节点（即，端节点和中继节点）被允许在相同类型的分子上操作，而不是针对不同的节点利用不同类型的分子。因此，这种同质分子中继的建议显着提高了资源重用能力。本文概括地描述了所提出的方案的传输和检测策略。此外，我们推导出分析的多址接入和广播阶段的比特错误概率，并提出端到端的比特错误概率的建议方案。值得注意的是，我们在理论推导中考虑了分子干扰的影响。进行了大量的仿真，结果表明，仿真结果与推导的理论分析吻合得很好。
2017-11-08 cs.ET
Channel and Noise Models for Nonlinear Molecular Communication Systems
最近，已经开发出一种桌面分子通信平台，用于在房间内传输短文本消息。由于接收器、发射器和湍流的不完善，该平台的端到端系统脉冲响应不遵循先前发表的理论工作。此外，据观察，这个平台类似于一个非线性系统，这使得丰富的理论工作，已开发的通信工程师不适用于这个平台。在这项工作中，我们首先介绍了修正以前的理论模型的端到端系统脉冲响应的基础上从实验中观察到的数据。使用校正的脉冲响应模型，然后，我们制定了系统的非线性噪声，并表明，通过简化的假设，它可以表示为高斯噪声。通过将系统的非线性表示为受噪声干扰的线性系统的输出，可以将通信系统丰富的数学模型工具箱（其中大部分是基于线性假设的）应用于该平台。
2013-11-25 cs.ET
System Modeling of Microfluidic Molecular Communication: A Markov Approach
Dresden University of Technology（德累斯顿工业大学）；Centre for Tactile Internet with Human-in-the-Loop (CeTI)（触觉互联网与人机协同中心）
本文提出基于马尔可夫的微流控分子通信信道模型，通过离散化对流-扩散动力学建立态空间表述，以转移矩阵刻画扩散、对流、可逆结合与流出效应，并经数值验证为MC系统设计分析提供易处理基础。
2025-11-10 cs.ET
Evaluation of a Multi-Molecule Molecular Communication Testbed Based on Spectral Sensing
本文提出一种基于频谱感知和墨水强度估计的实时多分子分子通信测试平台，通过信道冲激响应测量和通信性能评估，证明其能以简单差分检测器实现每秒3比特的近无差错通信，为未来多分子MC物理层与网络技术研究奠定基础。
2025-03-13 cs.ET
Modeling and Analysis of SCFA-Driven Vagus Nerve Signaling in the Gut-Brain Axis via Molecular Communication
本文提出一种端到端分子通信框架，整合SCFA结合、GPCR钙信号与Hodgkin-Huxley动作电位生成，建模肠道-大脑轴迷走神经信号传导，并用互信息与延迟评估效率，为神经精神疾病治疗提供新视角。
2024-12-27 cs.ET
On Boosting the Throughput with Minimal Emitted No. of Molecules for the Diffusion-Based Molecular Communication networks: Prospective and Challenges
假设每个纳米机器人都有0.1微米立方的容器，远远小于人类红细胞的体积[6]。因此，纳米机器对于生物医学应用是非侵入性的，例如药物递送和疾病诊断。由于纳米机器有一个初始源108分子在自己的tankage和由于DMC系统的吞吐量是显着低，我们提出并讨论了一些想法，以提高吞吐量，强调减少发射的数量。
2019-12-21 cs.ET
Modeling and Analysis of SiNW FET-Based Molecular Communication Receiver
分子通信（MC）是一种基于分子交换的生物启发通信方法，用于纳米级设备之间的信息传输。MC已经在文献中从各个方面进行了广泛的研究;然而，MC封装单元的物理设计在很大程度上被忽略，假设网络节点完全是生物设备，例如，基因工程细菌，其本质上能够接收和传递分子信息。但是，生物设备的低信息处理能力以及将其与宏观尺度网络对接的挑战阻碍了纳米网络的真正应用潜力。为了克服这个问题，最近，我们提出了一种纳米生物电子MC接收器架构，利用纳米级场效应晶体管为基础的生物传感器（bioFET）技术，它提供了非侵入性和敏感的分子检测，同时产生电信号作为输出。在本文中，我们介绍了一个全面的模型，硅纳米线（SiNW）FET为基础的MC接收器集成的基础过程中MC和bioFET提供一个统一的分析框架。我们推导出封闭形式的表达式的噪声统计，信号噪声比（SNR）在接收机输出端，和符号错误概率（SEP）。根据SNR和SEP的性能评估揭示了单个系统参数对所提出的MC接收机的检测性能的影响。
2016-07-24 cs.ET
Transmit Pulse Shaping for Molecular Communications
本文提出了一种对分子信号的发射脉冲进行整形的方法，使扩散通道的响应是一个尖脉冲。扩散通道的脉冲响应的典型特征在于具有无限长的瞬态响应。这可能导致严重的符号间干扰，并降低可实现的可靠比特率。我们通过用二级化合物毒害通道来实现所需的化学通道响应，使得它在化学上取消了主要信息信号的各个方面。我们使用两种独立的方法来证明\emph{information signal}的化学浓度应为$\propto δ(t)$，而\emph{poison signal}的化学浓度应为$\propto t^{-3/2}$。
2014-04-11 cs.ET
Table-Top Molecular Communication: Text Messages Through Chemical Signals
在这项工作中，我们描述了第一个模块化的，可编程的平台，能够使用化学信号传输文本信息-一种也被称为分子通信的方法。这种形式的通信对于传统无线系统性能不佳的应用具有吸引力，从纳米技术到城市健康监测。使用例子，我们演示了使用我们的平台作为分子通信的测试平台，并说明这些通信系统的功能，使用实验。通过提供一个简单而廉价的手段进行实验，我们的系统填补了分子通信文献中的一个重要空白，其中许多当前的工作是在模拟与简化的系统模型。本文的一个关键发现是，这些系统在实践中往往是非线性的，而目前的模拟和分析往往假设系统是线性的。然而，正如我们在这项工作中所展示的那样，尽管存在非线性，可靠的通信仍然是可能的。此外，这项工作激励未来的研究更现实的建模，分析和设计这些系统的理论模型和算法。
2013-09-30 cs.ET cs.NI
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
Performance of Macro-Scale Molecular Communications with Sensor Cleanse Time
在本文中，我们考虑了分子扩散的通信链路，传达信息的宏观尺度（数米）。其动机是将基于分子的通信应用于具有挑战性的电磁环境。我们首先推导出一个新的捕获概率表达式的有限大小的接收机。然后，本文介绍了时间聚集的分子噪声的概念，在接收器作为传感器可以自我清洁的速率的函数。将产生的符号间干扰表示为传感器清洗时间的函数，并推导出比特出错率、吞吐量和往返时间的性能指标。结果表明，传感器的清洗时间和漂移速度对传感器的性能非常敏感。本文的结论与建议的设计一个真正的通信链路的基础上，这些研究结果和应用的概念，一个试验台。
2014-04-01 cs.ET cs.NI
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
Chemical Reactions-Based Microfluidic Transmitter and Receiver for Molecular Communication
能够通过分子和化学过程处理和交换信息的通信系统的设计是一个快速发展的跨学科领域，它有望彻底改变我们实现计算和通信设备的方式。虽然近年来分子通讯（MC）理论有了很大的发展，但在设计具有MC功能的组件方面，更实际的方面仍然很少探索。基于此，我们设计了一个基于化学反应的微流控微流控系统，该系统包括微流控微流控发射器和微流控微流控接收器。考虑到现有的MC文献的信息传输通过分子脉冲调制，所提出的微流体MC发射器是能够产生连续预定义的脉冲形状的分子浓度的矩形触发信号，使用化学反应的启发，细胞如何产生脉冲形状的分子信号在生物学。我们进一步设计了一种微流控MC接收器，能够使用阈值反应和放大反应将接收信号解调为矩形输出信号。我们的基于化学反应的微流控分子通信系统是可重复的和精心设计的，更重要的是，它克服了细胞中生物过程的速度慢，不可靠和不可扩展性。为了揭示设计见解，我们还推导出我们设计的微流体发射器和接收器的理论信号响应，这进一步促进了发射器的设计优化。我们的理论结果通过COMSOL Multiphysics有限元求解器进行模拟验证。我们证明了预定义的性质所产生的脉冲和解调的矩形信号连同它们对设计参数的依赖。
2019-08-08 cs.ET eess.SP
Applications of molecular communications to medicine: a survey
近年来，纳米技术的进步为实现能够执行简单但重要任务的纳米机器奠定了基础。在这种刺激下，研究人员一直在提出各种解决方案，以实现纳米级通信，考虑电磁和生物通信。他们的目标是扩展纳米器件的能力，以便通过相互协调，通过通信实现更复杂的任务。然而，尽管这些提案中的大多数展示了设备如何在纳米尺度上进行通信，但它们将这些新技术的具体应用留在了背景中。因此，本文显示了一个概述的实际和潜在的应用，可以依赖于一个特定的类这样的通信技术，通常被称为分子通信。特别是，我们专注于与健康相关的应用。这一决定是由于研究团体和公司对微创，生物相容性和有针对性的医疗保健解决方案的兴趣迅速增加。分子通讯技术实际上有潜力成为实现先进医疗解决方案的主要技术。因此，在本文中，我们提供了潜在应用程序的分类，详细说明了它们，以及实际部署它们所面临的现有挑战，并绘制了未来的前景。
2018-08-13 cs.ET physics.med-ph
Active Versus Passive: Receiver Model Transforms for Diffusive Molecular Communication
本文对扩散分子通讯中的有源和无源接收器模型进行了分析比较。在主动模型中，分子在与接收器表面碰撞时被吸收。在被动模型中，接收器是不影响分子行为的虚拟边界。提出了两种方法来导出接收器信号之间的变换。作为一个例子，两个模型的无界扩散只有一个球形接收器的分子通信系统的统一。随着三维系统中时间的增加，变换函数具有恒定的缩放因子，使得接收器模型有效地等效。方法，使随机模拟的转换，这是用来验证的转换，并证明转换的被动接收机的模拟可以更有效，更准确的吸收接收机的直接模拟。
2016-09-10 cs.ET physics.chem-ph
A Fluid Dynamics Approach to Channel Modeling in Macroscale Molecular Communication
本文提出了一种基于流体动力学的通道建模新方法，该方法将液滴作为分子通信通道中的信息载体，而不是分子。该方法考虑了由液相中的液滴与气相中的空气分子的相互作用产生的两相流。两相流与接收器（RX）的信号重构（SR）相结合以提出信道模型。模型的SR部分量化了在其接收体积中感测的分子信号的准确性如何取决于RX的灵敏度响应和液滴的粘附/分离过程。采用实验数据验证了所提出的信道模型。
2020-04-07 cs.ET eess.SP
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
A Graph-based Molecular Communications Model Analysis of the Human Gut Bacteriome
人类肠道细菌组的改变可能与人类健康问题有关，如2型糖尿病和心血管疾病。外部和内部因素都可以驱动人类肠道细菌组的组成和相互作用的变化，对宿主细胞产生负面影响。在本文中，我们专注于人类肠道细菌组代谢，我们提出了一个双层网络系统来研究其动力学。此外，我们开发了一个计算机模拟模型（虚拟GB），使我们能够研究通过人类肠道细菌组网络系统中的分子通信进行代谢物交换的影响。我们的研究结果表明，分子输入的调节可以强烈地影响细菌种群的生长，并创建一个不平衡的网络，如所示的节点权重的变化基于产生的分子信号。此外，我们表明，直接操纵虚拟GB中的人类肠道细菌组网络的组成时，代谢物分子通信生产受到很大影响。这些结果表明，我们的人类GB相互作用模型可以帮助识别人类肠道细菌组的隐藏行为，这取决于分子信号相互作用。此外，虚拟GB可以支持基于精确控制细菌生长和代谢物交换的新型医疗方法的研究和开发。
2021-07-16 cs.ET q-bio.MN
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
TCP-like molecular communications
在本文中，我们提出了一对生物纳米机器，发射器和接收器之间的通信协议，建立在水环境中的分子通信。在我们的建议中，接收器，作为一个控制节点，发送一个连接设置信号到发射器，这stokes分子，开始分子传输。由发射器发射的分子在环境中传播，并通过其受体被接收器吸收。当接收器吸收所需数量的分子时，它会释放一个拆除信号，通知发射器停止传输。所提出的协议实现了一个双向的通信，通过使用一些技术最初设计的TCP。事实上，该协议是面向连接的，并使用类似TCP的探测，以找到一个合适的发送器和接收器之间的传输速率，以避免接收器拥塞。然而，与TCP不同的是，不使用显式分段，因为它们会由于大延迟而降低通信吞吐量，这是分子通信的特征。因此，所提出的协议使用隐式压缩，并且由接收器发送反馈信号以抑制发射器处的传输速率，即，明确的负面反馈。我们还提出了一个广泛的模拟活动的结果，用于验证所提出的协议，并适当的尺寸的主要协议参数。
2014-06-17 cs.ET cs.NI
Diffusive Molecular Communication with a Spheroidal Receiver for Organ-on-Chip Systems
分子通讯（MC）系统的组件和过程的现实模型是必需的。在本文中，提出了一种球形接收器结构的MC被称为球体被广泛用于器官芯片系统中的3D细胞培养的启发。本文考虑了一个简单的扩散MC系统，其中接收器和发射器均为点源，而接收器和发射器均为无界流体。将球形接收器建模为信号分子扩散的多孔介质，并对其边界条件和有效扩散系数进行了表征。结果表明，椭球体在放大扩散信号的同时，也使扩散信号发生了色散，降低了信息传输速率。此外，我们解析地制定和推导的浓度格林函数的内部和外部的球体的无限级数形式，证实了基于粒子的模拟器（PBS）。
2023-02-18 cs.ET physics.bio-ph
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 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
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
Chemical Propagation Pattern for Molecular Communications
在基于扩散的分子通信系统中，分子被用来传递信息。当传播和接收过程被认为是在一个框架内的第一次通过过程，我们需要专注于吸收接收器。对于这类分子通讯系统，通道的特性也受到发射器形状的影响。在文献中，大多数研究集中在系统与点发射机由于圆对称。在这封信中，我们地址的传播和接收模式的化学信号发射的球形发射器。我们还研究了反射球形发射器所实现的方向性增益。我们量化的功率增益，通过测量接收功率在不同的角度上的圆形区域。此外，我们定义了三个度量，即，半功率模式宽度、方向性增益和信号的峰值时间，用于分析接收的信号模式。
2016-09-02 cs.ET cs.IT math.IT
Artificial Intelligence for Molecular Communication
本文综述了分子通信领域及其解调难题，重点介绍了利用人工神经网络进行信号解调的方法，包括基于理论信道模型合成数据和基于原型测试台实测数据两类途径。
2023-08-05 cs.AI cs.ET
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
Improving Reliability Performance of Diffusion-based Molecular Communication With Adaptive Threshold Variation Algorithm
在这项工作中，我们研究了基于扩散的分子通信的通信可靠性，使用的比特出错率（BER）的指标。建立了分子分类模型，将分子分为信号、码间干扰和噪声三部分。我们用分子吸收概率分别展开各个部分，并用一个类似传统的公式将它们联系起来。在此分类模型的基础上，从理论上分析了提高系统误码率性能的可行性。为此，在解调中设计了自适应门限变化（ATV）算法，使接收机通过学习过程来适应信道条件。计算了ATV的复杂度，并讨论了其在各种噪声信道下的性能。定义了信干噪比（SINR）的表达式来验证系统性能。在仿真部分，我们测试了信道模型的一些重要参数，以及ATV算法。结果表明，该建议的性能增益。
2015-08-05 cs.ET cs.IT math.IT
Molecular Communication using Magnetic Nanoparticles
在本文中，我们提出使用磁性纳米粒子作为分子通讯的信息载体。这使得能够使用外部磁场来引导携带信息的粒子朝向接收器。我们表明，粒子运动可以在数学上模拟为扩散漂移。因此，我们揭示了决定磁力的关键参数是颗粒尺寸和磁场梯度。作为一个例子，我们考虑在有界二维环境中基于磁性纳米粒子的通信。对于这个模型，我们推导出的通道脉冲响应的流体流动和磁漂移的解析表达式。此外，采用符号出错率作为性能指标，我们表明，使用磁性纳米粒子促进可靠的通信，即使在存在流体流动。
2017-09-28 cs.ET cs.IT math.IT
Neural Network based Distance Estimation for Branched Molecular Communication Systems
Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería（布宜诺斯艾利斯大学，工程学院）
本文针对分支分子通信系统，提出基于循环神经网络的信道参数估计算法，利用宏观MC模拟器模拟分子运动，实验证明该深度学习架构在分支环境中的距离估计表现出色，具有未来应用潜力。
2025-11-03 cs.ET eess.SP
Clustering Guided Residual Neural Networks for Multi-Tx Localization in Molecular Communications
NETLAB, Department of Computer Engineering, Bogazici University, Istanbul（NETLAB，计算机工程系，博雅大学，伊斯坦布尔）
针对扩散分子通信中多发射器定位因扩散随机性和分子分布重叠导致的挑战，提出聚类引导的残差神经网络（AngleNN和SizeNN）及质心校正方法，较K-means降低定位误差43%-69%。
2025-11-11 cs.ET cs.LG
