Robust Modulation Technique for Diffusion-based Molecular Communication in Nanonetworks
基于扩散的纳米网络分子通信是一种新兴的通信模式，它使纳米机器能够通过使用分子作为信息载体进行通信。对于这样的通信模式，由于其固有的简单性和实用性，集中移位键控（CSK）已被认为是用于调制信息符号的最有前途的技术之一。然而，CSK调制的后续信息符号可能由于每个调制符号的分子到达接收器纳米机器所花费的随机时间量而彼此干扰。为了减轻CSK带来的码间干扰问题，提出了一种新的调制技术Zebra-CSK。所提出的Zebra-CSK在CSK调制的分子信号中添加抑制剂分子以选择性地抑制ISI引起的分子。我们新开发的概率分析模型的数值结果表明，Zebra-CSK不仅提高了分子通道的容量，而且降低了在接收器纳米机器上观察到的符号错误概率。
2014-01-17 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
Design and Performance Analysis of Dual and Multi-hop Diffusive Molecular Communication Systems
这项工作提出了一个全面的性能分析的扩散为基础的直接，双跳，和多跳分子通信系统与布朗运动和漂移的存在下，如符号间干扰（ISI），多源干扰（MSI），和计数错误。最佳决策规则的推导采用似然比测试（LRT）的符号检测在每个合作以及目的地纳米机器。此外，封闭形式的表达式也推导出检测的概率，在个别合作，目的地纳米机器的虚警，以及源-目的地通信的错误的整体端到端的概率。结果还表征了中间合作纳米机器的检测性能对双/多跳扩散分子通信系统的端到端性能的影响。此外，容量表达式也推导出直接，双跳，和多跳分子通信的情况下。仿真结果证实了理论推导的结果，也产生洞察系统的性能。
2017-10-02 cs.IT math.IT
Diffusive Molecular Communication with Nanomachine Mobility
本文提出了一种基于移动发射和接收纳米机器的扩散分子通信的性能分析方法。首先，在接收器纳米机器处获得用于符号检测的最佳测试。随后，封闭形式的表达式推导出的检测和虚警的概率，错误的概率，并考虑也像差，如多源干扰，符号间干扰和计数错误的能力。仿真结果证实了理论推导的结果，并产生各种见解的系统的性能。有趣的是，它示出的移动扩散分子通信的性能可以显着增强分配大部分的总可用分子作为时隙间隔增加的传输。
2017-10-02 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
Amplify-and-Forward Relaying in Two-Hop Diffusion-Based Molecular Communication Networks
本文研究了一个三节点网络，在该网络中，一个中间的纳米收发器，作为中继，被放置在一个纳米发射器和一个纳米接收器之间，以提高基于扩散的分子通信的范围。受传统无线通信系统中中继协议的启发，我们研究了分子通信系统中具有固定和可变放大因子的放大转发（AF）中继。为此，我们推导出一个封闭形式的表达式的预期端到端的错误概率。此外，我们推导出中继节点处最佳放大因子的封闭形式表达式，以使网络预期错误概率的近似值最小化。我们的分析和仿真结果表明，AF中继的潜力，以提高纳米网络的整体性能。
2015-04-14 cs.IT math.IT
Symbol interval optimization for molecular communication with drift
本文提出了一种在有漂移的分子通信中的符号间隔优化算法。在实际通信系统中，适当的符号间隔是重要的，因为信息需要以尽可能快的速度和低的出错率发送。然而，在来自布朗运动的符号间隔和符号间干扰（ISI）之间存在折衷。因此，我们找到适当的符号间隔值考虑ISI内的两种血管，也建议没有ISI系统的强漂移模型。最后，应用基于异构体的分子移位键控（IMoSK）来计算可实现的数据传输速率（以下称为可实现速率）。归一化的可实现的速率也得到了一个符号的ISI和没有ISI的系统和比较。
2014-07-22 cs.IT math.IT
Security and Privacy: Key Requirements for Molecular Communication in Medicine and Healthcare
针对人体内部等场景中分子通信的安全与隐私挑战，本文结合其事件触发特性，研究面向目标的安全识别策略，并分析DT-PWC信道上消息识别的信息论安全。
2025-03-14 cs.IT math.IT
Low-Complexity Run-Length-Limited ISI-Mitigation (RLIM) Codes for Molecular Communication
University of Cambridge（剑桥大学）；Koç University（科奇大学）
本文提出了一种低复杂度的RLIM码，通过覆盖排名框架和恒定重量计数减少存储需求，提升分子通信的误码率性能。
2026-09-15 cs.IT math.IT
Molecular communication in fluid media: The additive inverse Gaussian noise channel
我们考虑分子通讯，在分子释放的时候传递信息。本文的主要贡献是这样的通信系统的理论基础的发展。具体来说，我们开发的加性逆高斯（IG）噪声信道模型：在该信道中的信息被破坏的噪声与逆高斯分布。我们表明，这样的通道模型是适当的分子在流体介质中的通信-当传输器和接收器之间的传播是由布朗运动，当有积极的漂移从发射器到接收器。利用现有文献的IG分布，上，下界的信道容量的开发，并推导出最大似然接收机。理论和仿真结果表明，这样的信道没有一个单一的质量测量类似的信噪比在AWGN信道。它还表明，使用多个分子导致降低出错率的方式类似于无线通信中的分集顺序。最后，我们讨论了一些开放的问题，在分子通信所产生的IG系统模型。
2010-12-09 cs.IT math.IT
Adaptive Molecule Transmission Rate for Diffusion Based Molecular Communication
本文提出了一种简单的用于分子通讯的有限记忆发送器，它将信息编码在分子的扩散速率中。利用存储器，建议发射机减少ISI问题，通过适当地调整其扩散率。该方案的错误概率的推导和结果进行比较的最佳发射机的错误概率的下限。它示出，引入的发射机的性能接近最佳（在一定的简化）。简单性是所提出的通信系统的关键特征：发射器遵循简单的规则，接收器是简单的阈值解码器，并且仅使用一种类型的分子来传递信息。
2014-10-29 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
Generalized Solution for the Demodulation of Reaction Shift Keying Signals in Molecular Communication Networks
本文考虑了一种基于扩散的分子通信系统，其中发射机使用反应位移键控（RSK）作为调制方案。本文重点研究了RSK信号在接收端的解调。接收机由前端分子电路和后端解调器组成。前端分子电路是由多个化学物种组成的一组化学反应。最佳解调器计算给定观测历史的传输符号的后验概率。最佳解调器的推导需要解决一个特定的贝叶斯滤波问题。这个贝叶斯过滤问题的解决方案是针对一些特定的分子电路和观察到的化学物质的特定选择而得出的。这种解决方案的推导也很冗长。本文的主要贡献是提出了一个一般的解决方案，这个贝叶斯过滤问题，可以适用于任何分子电路和任何选择的观察物种。
2016-10-31 cs.IT math.IT
The Crossover-Distance for ISI-Correcting Decoding of Convolutional Codes in Diffusion-Based Molecular Communications
在基于扩散的分子通信中，由于分子的随机运动、无序到达和不可分辨性，码间干扰（ISI）是导致系统性能下降的重要原因。本文提出了一种新的度量方法--交叉距离来度量接收比特序列与可能发送比特序列之间的距离。提出了一种新的基于交叉距离的常规码译码方案，可显著提高通信可靠性。理论分析表明，该译码算法对信息比特提供了近似最大似然估计。数值结果表明，与未编码的系统和一些现有的信道编码相比，所提出的卷积码提供了良好的性能相同的吞吐量。
2018-12-29 cs.IT math.IT
Channel Characterization and Performance of a 3-D Molecular Communication System with Multiple Fully-Absorbing Receivers
分子通信（MC）可以使纳米机器之间的信息传输使用分子作为信息载体。在MC系统中，多个接收器纳米机器通常共存于同一通信信道中以服务于共同或不同的目的。然而，在文献中不存在具有多个完全吸收接收器（FARs）的系统的分析信道模型，这是显着不同于单FAR系统，由于FARs的相互影响。分析信道模型在分析具有多个FAR的系统（包括MIMO、SIMO和认知分子通信系统）中是必不可少的。在这项工作中，我们推导出一个近似的解析表达式，从一个点源发射的分子在每个FAR上的基于扩散的MC系统与三个或更多的FAR的命中概率。使用这些表达式，我们推导出一个SIMO系统的信道模型，其中一个发射机和多个FAR排列在一个均匀的圆形阵列（UCA）。然后，我们分析了不同的合作接收机方案下的SIMO系统的通信性能，并开发了几个有趣的见解。
2022-12-06 cs.IT math.IT
Joint Channel Parameter Estimation via Diffusive Molecular Communication
扩散分子通信系统的设计和分析通常需要环境的物理和化学性质的知识。此外，预期的应用可能依赖于及时检测本地系统参数的变化。本文研究了扩散分子通信中，当发射机释放分子被接收机观测到时，信道参数的局部估计问题。推导了联合参数估计问题的Fisher信息矩阵，从而得到了局部无偏估计方差的Cramer-Rao下界，并将联合估计问题归结为对信道参数的任意子集的估计。最大似然估计导致一些单参数估计问题的封闭形式的解决方案，否则可以确定数值。基于峰值的估计提出了一个单一的未知参数的低复杂性估计。
2015-06-23 cs.IT math.IT
Optimal Detection Interval for Absorbing Receivers in Molecular Communication Systems with Interference
我们考虑一个分子通信系统，包括一个发射机，一个吸收接收机，和一个干扰源。假设幅度调制，我们分析的检测间隔，这是在一个传输符号间隔内的时间，在此期间，接收器是积极的吸收和检测携带信息的分子的数量的位出错率（BER）的依赖。然后，我们提出了有效的算法来确定最佳的检测间隔，最大限度地减少BER的分子通信系统假设没有符号间干扰（ISI）。模拟和数值评估提供了突出进一步的见解，最佳的结果。例如，我们证明了最佳检测间隔可以是非常小的传输符号间隔相比。此外，我们的数值计算结果表明，显着的BER改善，实现了通过使用最佳的检测间隔系统没有和有ISI。
2020-05-03 cs.IT math.IT
Detection Probability in a Molecular Communication via Diffusion System with Multiple Fully-absorbing Receivers
在这封信中，我们考虑了一个三维分子通信通过扩散系统（MCvDS）的单点发射器和多个完全吸收的球形接收器，其中心分布作为一个泊松点过程（PPP）在介质中。我们推导出在时间t内发射的分子击中任何接收器的概率。我们考虑可降解和不可降解的分子。我们使用基于粒子的模拟验证分析。该框架可以用于各种应用，导出系统的事件检测概率，其中IM被发送以传达特定事件的发生以触发接收器处的反应，或者可以用作这种系统的信道模型。
2020-08-19 cs.IT math.IT
Diffusion Based Molecular Communication: Principle, Key Technologies, and Challenges
分子通信（Molecular Communication，MC）是一种基于生物化学分子的生物纳米物联网通信技术，以生物化学分子为信息载体，实现纳米器件的互连。本文综述了扩散型大规模定制的基本原理和关键技术。重点讨论和比较了基于扩散的多载波通信的最新研究成果，包括系统模型、系统性能分析及关键影响因素、信息编码和调制技术等。同时，提出了基于扩散MC的多跳纳米网络。此外，鉴于研究领域的广泛性，开放的问题和挑战，以刺激未来的研究，其中涉及的通道模型，信息论，自组织纳米网络，和生化应用提出。
2017-09-14 cs.IT math.IT
Molecular Arithmetic Coding (MoAC) and Optimized Molecular Prefix Coding (MoPC) for Diffusion-Based Molecular Communication
针对适配分子通信的Huffman编码非最优的问题，提出优化分子前缀编码MoPC、分子算术编码MoAC及兼具唯一可译性的MoAPC，经验证压缩与误码性能更优，为纳米尺度分子通信的信源压缩提供新方案。
2024-10-06 cs.IT math.IT
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
Lightweight Channel Codes for ISI Mitigation in Molecular Communication between Bionanosensors
本文针对生物纳米传感器间基于扩散的分子通信中的码间干扰（ISI）问题，提出一种基于受限编码信号整形的轻量级ISI缓解编码方案，并基于中心极限定理推导了误码率与可达速率，仿真验证了其理论准确性与优越性。
2023-05-23 cs.IT math.IT
Stable Distributions as Noise Models for Molecular Communication
在这项工作中，我们考虑基于扩散的分子通信定时通道。基于三种不同的调制技术，即，i）调制信息粒子的释放定时，ii）调制相同类型的两个连续信息粒子之间的时间，以及iii）调制不同类型的两个连续信息粒子之间的时间。我们表明，每个通道可以表示为一个加性噪声通道，其中噪声如下的稳定分布的子类之一。我们提供的噪声项的概率密度函数的表达式，和概率密度函数和累积密度函数的数值计算。我们还表明，尾部比高斯分布，如预期的那样长。
2015-12-07 cs.IT math.IT
3-D Channel Characteristics for Molecular Communications with an Absorbing Receiver
在分子通信领域，研究人员模仿自然界中的技术，提出了用于协作纳米机器的替代通信方法。本文研究了分子通过扩散进行通讯的通道传递函数。在自然界中，携带信息的分子通常通过受体被目标节点吸收。在不考虑吸收过程的情况下，使用浓度函数作为信道传递函数隐含地假设接收器节点不影响系统。在这封信中，我们提出了一个坚实的分析配方和分析的信号度量（衰减和传播延迟）的分子通信通过扩散通道吸收接收器在3-D环境中。所提出的模型和配方匹配良好的模拟没有任何归一化。
2014-04-17 cs.IT math.IT q-bio.MN
Bounds on Distance Estimation via Diffusive Molecular Communication
研究了扩散分子通信中的距离估计问题。推导了距离估计误差方差的Cramer-Rao下界。下限推导出一个物理无界的环境分子降解和稳定的均匀流动。最大似然距离估计的推导和它的准确性，通过模拟执行非常接近的Cramer-Rao下界。一个现有的协议是等价的最大似然距离估计，如果只有一个观察。仿真结果也表明了现有协议的Cramer-Rao下界的准确性。
2014-10-15 cs.IT math.IT
3D Stochastic Geometry Model for Large-Scale Molecular Communication Systems
使用化学分子的信息传递是生物学在多个距离尺度上的一个组成部分，并且最近引起了生物工程和通信的兴趣。接收机处的集体信号强度（即，接收器内部观察到的分子的预期数量），这是由随机距离处的大量发射器引起的（例如，由于迁移率），可能对分子通信系统的可靠性和效率具有重大影响。对来自多个扩散源的集合信号进行建模在计算和分析上可能具有挑战性。在本文中，我们提出了第一个易于处理的分析模型的集体信号强度，由于随机放置的发射机，其位置建模为一个齐次泊松点过程在三维（3D）空间。通过应用随机几何，我们推导出在完全吸收接收器和被动接收器处观察到的分子的预期数量的解析表达式。我们的研究结果表明，在这两种类型的接收器的集体信号强度成比例地增加发射机密度。该框架大大简化了通信和生物应用中大规模分子系统的分析。
2016-08-03 cs.IT math.IT
Molecular Absorption Effect: A Double-edged Sword of Terahertz Communications
太赫兹波段（THz）（0.1- 10 THz）的通信被认为是未来6 G及更高无线系统的有前途的技术，以克服不断增长的无线数据流量和拥挤的频谱的挑战。随着频率从微波波段增加到THz波段，新的频谱特征对无线通信系统设计提出了前所未有的挑战。分子吸收效应是一种新的太赫兹光谱特性，它使特定频率处的路径损耗和噪声增大。这给太赫兹无线通信系统带来了一把双刃剑。一方面，从数据率的观点来看，分子吸收是有害的，因为它降低了接收信号功率并降低了信道容量。另一方面，值得注意的是，对于无线安全性和隐蔽性，分子吸收效应可以用来保护用户之间的太赫兹通信。本文分析了分子吸收效应的特点及其对THz系统设计的影响，旨在为更好地利用这种独特的THz现象提供指导。具体而言，由于分子吸收很大程度上取决于传播介质，不同的通信场景组成的各种媒体进行了讨论，包括陆地，空气和空间，海面和纳米尺度的通信。在此基础上，提出了两种新的分子吸收启发式安全隐蔽通信方案，该方案利用分子吸收效应作为提高安全性和隐蔽性的关键和独特特征。
2022-05-25 cs.IT eess.SP math.IT
Molecular Communication with Passive Receivers in Anomalous Diffusion Channels
我们考虑被动接收器分子通信的反常扩散。首先考虑分子在任意维空间中某一时刻位置的概率密度函数。考虑到分子的预期寿命，导出在特定时间在接收器的接收器空间内观察到的分子的预期数量。此外，一个隐式的解决方案的时间，最大限度地提高了预期数量的观察到的分子得到的福克斯的H函数。推导了单比特间隔传输和多比特间隔传输的比特出错率的封闭表达式。结果表明，寿命有限的分子可以减少符号间干扰，同时也提高了MC系统的可靠性，在一个合适的观察时间。
2021-07-08 cs.IT math.IT
Using spatial partitioning to reduce the bit error rate of diffusion-based molecular communications
这项工作建立在我们早期的工作设计解调器的扩散为基础的分子通信使用马尔可夫方法。解调滤波器采用常微分方程（ODE）的形式，该常微分方程（ODE）计算在给定受体活动的连续历史的情况下观察到传输符号的对数后验概率。我们早期工作的一个局限性是接收器被假设为一个称为体素的小立方体。在这项工作中，我们扩展的最大后验解调的情况下，接收器可能由多个体素和推导出的ODE对数后验概率计算。这种扩展使我们能够研究不同体积和形状的接收器行为。特别是，它还允许我们考虑空间分区的接收器，其中接收器中的化学品不允许混合。本文的主要结果是，空间分割可以用来降低比特出错率在基于扩散的分子通信。
2019-12-16 cs.IT math.IT
Identification for Molecular Communication Based on Diffusion Channel with Poisson Reception Process
本文将分子通信与识别通信结合，提出带泊松接收过程的一维扩散分子通信识别模型，推导信道容量下界，经仿真验证理论结果，为实用分子通信系统设计及测试平台开发提供支撑。
2025-06-17 cs.IT math.IT
On Medium Chemical Reaction in Diffusion-Based Molecular Communication: a Two-Way Relaying Example
化学反应是分子通信（MC）系统的一个突出特征，在无线通信中没有直接的相似之处。虽然化学反应可以在发送器节点、接收器节点或通信介质中使用，但本文中我们专注于其在介质中的效用。这种化学反应可以用来在介质上进行计算，因为分子扩散并相互反应（物理层计算）。我们提出使用化学反应用于以下目的：（i）通过降低信号密度来降低接收器的信号相关观测噪声，（ii）通过在介质内部执行自然XOR操作来实现分子物理层网络编码（分子PNC），以及（iii）通过消除来自先前传输的剩余分子来降低其他发射器的符号间干扰（ISI）。为了使思想形式化，我们考虑一个明确的双向中继的例子与透明的接收器（具有信号相关的噪声）。所提出的想法被用来定义调制方案（我们称之为PNC方案）。我们比较PNC与先前提出的方案，在中继节点（使用分子逻辑门）进行XOR操作的这个问题。我们称后者为直接网络编码（SNC）。据观察，除了所提出的PNC方案的简单性，它优于SNC方案，特别是当我们考虑ISI。
2018-04-24 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
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
Diffusive Molecular Communication with Disruptive Flows
在本文中，我们研究了检测器的性能在扩散分子通信环境中，稳定的均匀流动。我们推导出预期数量的信息分子被观察到在一个被动的球形接收器，并确定流动的影响的假设，整个接收器的分子浓度是均匀的。模拟结果显示了平流对探测器性能的影响，作为流的大小和方向的函数。我们强调存在着破坏性流动，即，不在信息传输方向上的流动，只要破坏性流动不主导扩散并且取得足够的样本，就可以改善检测器性能。
2014-02-11 cs.IT math.IT
Analyzing Large-Scale Multiuser Molecular Communication via 3D Stochastic Geometry
使用化学分子的信息传递是生物学在多个距离尺度上的一个组成部分，并且最近引起了生物工程和通信理论的兴趣。潜在的应用包括具有大量可以随机定位的简单设备的协作网络（例如，由于流动性）。本文提出了第一个易于处理的分析模型的集体信号强度，由于随机放置的发射机在一个三维（3D）的大规模分子通信系统，无论有或没有在传播环境中的退化。发射机的位置在一个无界和均匀的流体建模为一个均匀的泊松点过程。通过应用随机几何，解析表达式推导出的预期数量的分子吸收的完全吸收接收器或观察到的被动接收器。在ON/OFF键控和恒定或自适应判决阈值下推导出误码概率。结果表明，合成信号强度随发射机密度的增加而增加，引入分子降解可以提高最小误码率。此外，该系统的分析可以推广到其他接收机的设计和其他大规模分子通信系统的性能特点。
2017-09-03 cs.IT math.IT
Distributed Cooperative Detection for Multi-Receiver Molecular Communication
在本文中，一个合作扩散为基础的分子通信系统被认为是分布式接收器协作确定发射机的信号。在该系统中，接收器首先对当前发送的比特进行本地硬判决，然后将这些判决报告给融合中心（FC）。FC结合本地硬决策，使用N出K融合规则做出全局决策。不对称和对称的拓扑结构被认为是每个拓扑结构，两个报告的情况下，即，完美的报告和嘈杂的报告，解决。所有考虑的拓扑结构和场景的预期全球错误概率的封闭形式的解析表达式。数值计算和仿真结果表明，结合分布式接收机的检测信息可以大大提高系统的可靠性。
2016-04-13 cs.IT math.IT
Molecular Communication with a Reversible Adsorption Receiver
在本文中，我们提出了一个分析模型的扩散分子通信（MC）系统的可逆吸附接收器在流体环境中。分析表征了生物受体表面可逆吸附和脱附反应下信息分子随时间变化的空间分布。基于空间分布，我们推导出预期在任何时间段内新吸附的信息分子的数量。重要的是，我们提出了一个模拟框架，该模型占扩散和可逆反应。模拟结果表明，我们推导的表达式的准确性，并展示了积极的影响，吸附速率和解吸速率的负面影响的净数量的新吸附的信息分子的预期。此外，我们的分析结果简化为吸收接收器的特殊情况。
2016-04-07 cs.IT math.IT
Diffusive Mobile Molecular Communications Over Time-Variant Channels
这封信介绍了扩散分子通信系统的时变通道建模的形式主义。特别是，我们考虑一个发射器纳米机器和一个接收器纳米机器的流体环境中进行布朗运动除了用于通信的信息分子的扩散运动。由于发射器和接收器纳米机器的随机运动，信道脉冲响应的统计数据随时间变化。我们表明，通过适当地修改信息分子的扩散系数，可以准确地捕获通道的时变行为。此外，我们推导出一个简单的检测器所考虑的系统的预期错误概率的评估的解析表达式。所提出的解析表达式的准确性进行了验证，通过基于粒子的模拟的布朗运动。
2017-02-22 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
Performance Analysis of Reversible Binding Receptor Based Decode-and-Forward Relay in Molecular Communication Systems
分子通信（MC）允许纳米机器在流体环境中相互通信和合作。基于扩散的分子束是一种常用的方法，但由于分子浓度的严重衰减，容易受到传输距离的限制。在这封信中，我们提出了一个解码和转发（DF）中继策略的可逆结合受体的扩散为基础的MC系统。基于受体与配体之间可逆的结合和解离，研究了信息分子在受体表面的时变空间分布。推导了估计期望错误概率的解析表达式，并分析了影响性能的关键因素。结果表明，在分子预算不变的情况下，该方案能显著提高网络性能，并通过优化中继节点的位置和分配给源节点的分子数量来提高网络性能增益。
2020-02-12 cs.IT math.IT
Consensus Problem under Diffusion-based Molecular Communication
我们研究了节点通过基于扩散的分子通信（DbMC）进行通信的网络中的共识问题。在DbMC中，信息通过介质中分子浓度的变化来传达。每个节点都获取有关环境的感官信息。通信使节点能够达到该测量的最佳估计，例如，所有节点的初始估计的平均值。我们考虑一个迭代法节点之间的通信，使信息传播和平均网络。我们表明，经过有限次数的迭代和方差的估计节点可以通过通信任意小的共识。
2011-03-01 cs.IT math.IT nlin.AO
On Flow-Induced Diffusive Mobile Molecular Communication: First Hitting Time and Performance Analysis
这项工作考虑了各种流动性条件下的流动诱导扩散分子通信问题，例如（i）发射器（TX）和接收器（RX）纳米机器都是移动的，（ii）TX是移动的，RX是固定的，（iii）TX是固定的，RX是移动的。通过使用具有正漂移的布朗运动来表征纳米机器和信息分子的运动，推导出上述移动场景下的第一命中时间的概率密度函数（PDF）的封闭形式表达式。导出的PDF表达式通过基于粒子的模拟进行验证。在此基础上，研究了流致扩散通道中开关键控（OOK）调制的分子通信性能。特别是，封闭形式的表达式的检测和虚警的概率与最佳李克维比检验（LRT）为基础的决策规则，错误的概率，并在存在符号间干扰，计数错误，和来自其他来源的噪声的能力。仿真结果验证了理论结果，并产生不同的移动性条件下的系统性能的见解。
2018-06-12 cs.IT math.IT
A Novel Time-Based Modulation Scheme in Time-Asynchronous Channels for Molecular Communications
针对具有漂移的扩散分子通信系统，在时间异步信道中提出了一种新的时基调制方案。基于这种调制方案，我们证明了信息分子到达时间的样本方差近似服从非中心卡方分布。根据其条件概率密度函数（PDF），推导了在有或无背景噪声的信道环境下，基于最大似然（ML）检测的异步接收机设计。由于所提出的方案可以应用于传输多个信息分子的情况下，仿真结果表明，误码率（BER）性能的提高与释放的信息分子的数量的增加。此外，当背景噪声是不可忽略的，我们提出的异步方案优于异步调制技术的基础上的两个连续释放的信息分子之间的时间编码信息。
2019-05-30 cs.IT math.IT
Maximum Likelihood Detection for Cooperative Molecular Communication
针对基于扩散的分子通信系统，提出了一种逐符号最大似然检测方法。在该系统中，融合中心（FC）选择更可能的发射机的符号，给定来自多个接收机（RX）的观测的可能性。我们根据FC可用信息的不同约束提出了三种不同的ML检测变体，这使我们能够证明其性能与可用信息之间的权衡。一个变量的系统错误概率推导出封闭的形式。数值和仿真结果表明，ML检测变量提供了更简单的合作变量的错误性能的下限，并表明多数规则检测具有性能媲美ML检测时，报告是嘈杂的。
2018-03-03 cs.IT math.IT
The Unreasonable Effectiveness of Blood Pressure Measurement: Molecular Communication in Biological Systems
动脉血压是人体健康的重要生命体征。因此，准确和可重复的测量技术是成功诊断所必需的。血压测量是调节生物系统中分子通信的一个例子。一般来说，受调控的生物系统中的通信是困难的，因为编码有关系统状态的信息的行为可能会破坏信息本身。在本文中，我们提出了三种策略来应对这个问题，以促进可靠的分子通信链接：从郊区通信;建立它;留下一个小的足迹。我们的策略-灵感来自于自然生物系统中的通信-提供了一个分类，以指导合成生物系统中分子通信机制的设计。我们用自然系统中前两种策略的例子来说明我们的分类。然后，我们考虑一个基于Michaelis-Menten动力学模型内的分子连接。特别是，我们计算的链接，这揭示了潜在的通信使用我们留下一个小的足迹策略的能力。这提供了一种鉴定分子连接是否可以在不影响功能的情况下得到改善的方法，并为合成生物系统的设计提供了指导。
2014-10-21 cs.IT math.IT q-bio.MN
3-D Diffusive Molecular Communication with Two Fully-Absorbing Receivers: Hitting Probability and Performance Analysis
三维介质中多个完全吸收接收器（FARs）的分子扩散通信（MCvD）系统的精确解析通道模型由于相应扩散方程的数学困难而难以获得。因此，这项工作，考虑一个MCvD系统与两个球形FAR在3-D扩散限制介质和开发几个见解使用近似的信息分子（IM）的命中概率的解析表达式。此外，基于命中概率，一个新的近似封闭形式的解析表达式的接收器工作特征曲线（AUC）下的面积推导出在每个FAR的检测性能分析在其他FAR的存在。最后，给出了仿真结果，以验证基于粒子和蒙特卡罗模拟的分析结果，并对具有两个FAR的MCvD系统性能产生重要的见解
2020-09-14 cs.IT math.IT
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
Run-Length-Limited ISI-Mitigation (RLIM) Coding for Molecular Communication
University of Cambridge（剑桥大学）；Koç University（科奇大学）
RLIM通过限制运行长度编码和优化解码器提升分子通信中符号间干扰的可靠性，实现更低的比特误码率性能。
2026-01-28 cs.IT math.IT
Molecular Communication in H-Diffusion
分子在流体介质中的随机传播既具有自发扩散规律，又具有环境与分子相互作用的特点。在本文中，我们体现了反常扩散理论的建模和分析的分子通信。我们采用H-扩散来模拟扩散通道中分子的非Fickian行为。H-扩散使我们能够建模异常扩散之间的从属关系自相似的父和定向过程和它们相应的概率密度函数与两个H-变量在一个统一的方式。此外，我们还引入了标准H-扩散，将正常扩散与时空分数扩散、Erdelyi-Kober分数扩散、灰布朗运动、分数布朗运动、布朗运动等已知的反常扩散连接起来.然后，我们描述的随机传播时间的不确定性的统计特性的H-扩散定律所管辖的分子通过引入一个一般类的分子噪声-称为H-噪声。由于H-噪声可以是一个代数尾过程，我们提出了一个概念的H-噪声功率使用有限对数矩的基础上零阶统计。最后，我们开发了一个统一的框架，错误概率分析在一个基于时间的分子通信系统的信噪比的概念。
2019-11-04 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
Analysis and Design of Two-Hop Diffusion-Based Molecular Communication Networks
在本文中，我们考虑了一个两跳分子通信网络组成的一个纳米发射器，一个纳米接收器，和一个纳米收发器作为中继。我们考虑了两种不同的中继方案，以提高基于扩散的分子通信的范围。在第一种方案中，在中继节点处利用两种不同类型的信使分子进行传输和检测。在第二种方案中，我们假设只有一种类型的分子可用作信息载体。我们确定自干扰的性能限制效果的第二个中继方案。当继电器必须检测到它也发射的相同类型的分子时，就会发生自干扰。此外，我们考虑类似于在无线通信系统中使用的中继模式的两种中继模式，即，全双工和半双工。特别是，虽然我们的主要重点是全双工中继，半双工中继是作为一种手段，以减轻自干扰。此外，我们提出了适应的决策阈值作为一种有效的机制，以减轻自干扰的中继全双工传输。我们推导出封闭形式的表达式的预期错误概率的网络考虑中继方案。
2014-10-09 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
Levenberg-Marquardt Method Based Cooperative Source Localization in SIMO Molecular Communication via Diffusion Systems
分子通信是纳米技术中纳米级通信的基础。将多台机器组合形成纳米网络是主要的实现方法之一。由于源定位在建立纳米网络中的重要性，本文提出了一种基于多个球形吸收接收器的分子扩散通信（MCvD）系统的协同源定位方法。由于多个吸收接收机的信道冲激响应没有精确的数学表达式，本文采用经验表达式，利用Levenberg-Marquardt方法估计发射机到每个接收机的距离，在此基础上利用多点定位方法获得初始点，然后利用迭代方法获得发射机的位置。基于粒子的仿真进行评估所提出的方法的性能。仿真结果表明，该方法可以在中短通信距离内准确估计发射机的位置。
2022-03-16 cs.IT eess.SP math.IT
