A New Simulation Algorithm for Absorbing Receiver in Molecular Communication
具有吸收接收器的基于扩散的分子通信系统的模拟通常需要高计算复杂性以产生准确的结果。在这项工作中，提出了一种新的先验蒙特卡罗（APMC）算法，精确地模拟分子吸收在一个球形接收器时，模拟时间步长相对较大。该算法解决了当前改进的Monte Carlo（RMC）算法的局限性，因为RMC算法仅针对相对较小的时间步长提供准确的模拟。的APMC算法被证明，以实现更高的模拟效率比现有的算法发现，APMC算法，对于一个相对较大的时间步长，吸收的分子分析预期的分数，而其他算法不。
2018-03-13 cs.ET cs.IT math.IT
Channel Characterization of Diffusion-based Molecular Communication with Multiple Fully-absorbing Receivers
本文提出了一种解析模型来描述分子通信（MC）系统中逐点发射机和给定的全吸收（FA）接收机之间的扩散信道的脉冲响应。环境中邻近FA纳米机器的存在通过将它们描述为负分子的来源来考虑。所有接收机的信道冲激响应被连接在积分方程系统中。解析地得到了双接收机系统的解。对于更高数量的接收器，积分方程系统被数值求解。它还表明，信道脉冲响应的形状是扭曲的存在的干扰。例如，如所提出的模型所预测的，与没有干扰的情况相比，吸收分子数量的峰值存在时移。通过基于粒子的模拟验证了分析推导。
2021-11-23 cs.IT eess.SP math.IT
Impact of Multiple Fully-Absorbing Receivers in Molecular Communications
分子通信是一个很有前途的解决方案，使体内通信之间的纳米机器。然而，恶意和非合作的接收者可以降低性能，危及这些系统的安全性。分析这些系统的通信和安全性能需要准确的信道模型。然而，这样的模型在文献中并不存在。在这项工作中，我们开发了一个分析框架，推导出一个分子的命中概率在一个完全吸收接收器（FAR）的存在下，其他FAR，这可以是合作的或恶意的。我们首先提出了一个近似的命中概率表达式的3-FAR的情况下。当FAR是对称放置的情况下，得到一个简化的表达式。使用导出的表达式，我们研究了恶意接收器对预期接收器的影响，并讨论了如何最大限度地减少这种影响，以获得一个安全的通信信道。我们还研究了通过这些FARs的合作可以获得的增益。然后，我们提出了一种方法来扩展一个系统的分析N FARs。推导的表达式可用于分析和设计多输入/输出和安全的分子通信系统。
2022-05-21 cs.IT eess.SP math.IT
Heuristic Barycenter Modeling of Fully Absorbing Receivers in Diffusive Molecular Communication Channels
针对多全吸收接收器的扩散分子通信信道，论文提出受牛顿引力启发的重心解析模型，明确可将重心近似为接收器中心的条件，并用PBS验证其吸收分子数预测。
2023-04-26 cs.IT eess.SP math.IT
Exact 3-D Channel Impulse Response Under Uniform Drift for Absorbing Spherical Receivers
National Central University（中央大学）；National Taiwan University（台湾大学）；National Yang Ming Chiao Tung University（阳明交通大学）
本文提出了一种在均匀漂移下，针对吸收球形接收机的三维信道脉冲响应的精确解析解方法，通过数学变换和统计量分析，实现了高效无噪声的信道指标评估。
2026-03-04 cs.IT eess.SP math.IT
Achievable Rate Analysis in Molecular Channels with Reset-Counting Fully Absorbing Receivers
针对带重置计数全吸收接收器的扩散分子通信信道，本文基于有限信道记忆和单样本无记忆检测器，优化阈值并计算ISI下的互信息，揭示最优输入分布通常非均匀。
2023-06-07 cs.IT math.IT
Diffusive Mobile MC with Absorbing Receivers: Stochastic Analysis and Applications
本文对发射机、吸收接收机和分子可以自由扩散的三维扩散移动分子通信系统的时变信道脉冲响应进行了随机分析。在我们的分析中，我们推导出平均值，方差，概率密度函数（PDF），和累积分布函数（CDF）的CIR。我们还推导出在给定的时间段内释放的分子在接收器处被吸收的概率p的PDF和CDF。所得到的分析结果用于药物输送和MC系统的设计与不完善的信道状态信息。对于第一个应用程序，我们利用CIR的均值和方差来优化采用移动药物载体的控释药物递送系统。我们基于CIR的PDF和CDF评估了所提出的发布设计的性能。我们展示了显着的储蓄量释放的药物相比，一个恒定的释放计划，并揭示了会计的药物载体的流动性，以确保可靠的药物输送的必要性。对于第二个应用，我们利用移动收发器之间距离的PDF和p的CDF来优化采用开关键控调制和阈值检测的MC系统的三个设计参数。具体来说，我们优化的检测阈值在接收机，在发射机的释放配置文件，和一个比特帧的持续时间。我们表明，所提出的优化设计可以显着提高系统的性能，在比特出错率和分子的使用效率。
2019-08-14 cs.IT math.IT
Parameter Estimation in a Noisy 1D Environment via Two Absorbing Receivers
本文研究了不同参数的估计，例如，传播距离和流速，通过在一维（1D）环境中利用两个全吸收接收器（RX）。推导出在每个RX处的随时间变化的吸收分子的数量和随着时间接近无穷大的时间间隔中的吸收分子的数量。噪声分子在这种环境中，除了发射机的来源，也被认为是释放。提出了一种新的估计方法，即差分估计（DE），以消除噪声的影响，利用接收信号在两个RX的差异。对于DE，Cramer-Rao下界（CRLB）的方差估计的推导。独立的最大似然估计也被认为是在每个RX作为一个基准，以显示DE的性能优势。借助基于粒子的仿真，验证了推导的分析结果。此外，数值结果表明，DE达到CRLB和是不敏感的噪声的变化比独立估计在每个RX。
2020-09-29 cs.ET cs.IT math.IT
A Unified Framework for Calculating First Arrival Position Density in Molecular Communication
本文提出适用于任意维度和接收器形状的统一框架，以计算扩散分子通信中完全吸收接收器的首次到达位置密度，并通过二维线形与三维球形接收器验证其有效性。
2023-04-20 cs.IT eess.SP 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
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
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
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
Optimal Receiver Design for Diffusive Molecular Communication With Flow and Additive Noise
在本文中，我们进行接收机设计的扩散分子通信环境。我们的模型包括在任何方向的流动，信息分子的来源，除了发射机，在传播环境中的酶，以减轻符号间干扰。我们表征接收机观测之间的互信息，以显示多久可以独立的意见。我们推导出的最大似然序列检测器提供一个下界的比特错误概率。我们提出了家庭的加权和检测器更实际的实现，并得出其预期的误码率。在一定条件下，最佳加权和检测器的性能与匹配滤波器相当。接收机仿真结果表明，权衡检测器的复杂性与可实现的比特错误概率，并在任何方向上的慢流可以提高加权和检测器的性能。
2014-07-07 cs.IT math.IT
Receiver-Surface Hit Patterns via Legendre Approximation for Molecular Signal Detection
Bogazici University（博阿齐奇大学）
本文利用勒让德多项式展开接收器表面命中密度，提出几何感知的分子信号检测器及维特比序列检测器，性能优于仅计数检测。
2026-09-14 cs.IT cs.LG 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
Channel Modeling for Multi-Receiver Molecular Communication Systems
本文针对多接收端分子通信系统提出递推信道模型，推导双接收端SIMO闭式解并扩展至多接收端，同时给出低复杂度简化模型，经仿真验证了建模精度与计算效率。
2023-12-03 cs.IT math.IT
Impact of receiver reaction mechanisms on the performance of molecular communication networks
在分子通信网络中，发射器和接收器通过使用信号分子进行通信。在接收器处，信号分子通过化学反应链反应以产生输出分子。输出分子随时间的计数被认为是接收器的输出信号。该输出信号用于检测接收器处信号分子的存在。由于扩散和化学反应的随机性，输出信号是有噪声的。本文的目的是研究基于两种不同反应机制的两种接收机的输出信号特性。我们推导出这两种类型的接收机的均值，方差和频率特性的解析表达式。这些表达式使我们能够研究这两种类型的接收器的属性。此外，我们的模型使我们能够研究接收器膜的扩散性对接收器性能的影响。
2013-12-04 cs.IT math.IT q-bio.MN
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
Simplified Cooperative Detection for Multi-Receiver Molecular Communication
基于扩散的分子通信（MC）系统经历显著的可靠性损失。为了提高系统的可靠性，提出了一种多个接收器（RX）协同工作，通过向融合中心（FC）发送相同类型的分子来决定发射器（TX）的信号的MC方案。FC观察接收到的分子总数，并将该数量与阈值进行比较以确定TX的信号。所提出的方案是更生物现实的，需要相对较低的计算复杂性相比，现有的合作计划，其中RX发送和FC识别不同类型的分子。不对称和对称的拓扑结构被认为是，并推导出封闭形式的表达式为这两种拓扑结构的全局错误概率。结果表明，简化计算的权衡导致的错误性能略有下降，相比现有的合作计划。
2017-08-26 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
Enzymatic cycle-based receivers for approximate maximum a posteriori demodulation of concentration modulated signals
针对分子通信中浓度调制信号的解调需求，本文提出以活细胞中常见的酶促循环为构建模块的接收器，通过参数选择近似实现MAP解调，仿真验证特定参数区间可降低误码率。
2024-12-12 cs.IT math.IT
Convex Optimization of Distributed Cooperative Detection in Multi-Receiver Molecular Communication
针对扩散分子通信中K个分布式接收端的协作检测，本文推导完美与含噪上报下的全局差错概率及近似式，并通过凸约束优化判决阈值，显著提升且近优地降低系统差错率。
2018-03-03 cs.IT math.IT
Half-Space Modeling with Reflecting Surface in Molecular Communication
本文将镜像法引入分子通信领域，求解了无限大反射面附近单输入单输出系统的信道响应闭式解，并证明三维半空间中的分子SISO系统可近似为包含两个对称吸收球形接收器的SIMO系统。
2024-04-25 cs.ET cs.IT math.IT
Modeling and Simulation of Molecular Communication Systems with a Reversible Adsorption Receiver
本文提出了一个流体环境中具有可逆吸附接收器的扩散分子通讯系统的解析模型。被广泛使用的浓度移键控（CSK）被认为是调制。分析了在接收器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净数量。我们进一步推导出在稳态下预期的新吸附分子的数量，以证明平衡浓度。给定新吸附的信息分子的数量，所提出的MC系统的比特错误概率的解析近似。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。仿真结果表明，我们推导的表达式的准确性，并证明吸附率的积极影响和解吸率的负面影响的错误概率的可逆吸附接收机与最后发送比特-1。此外，我们的分析结果简化到一个完全吸附接收器和一个部分吸附接收器的特殊情况下，这两个都不包括解吸。
2016-06-22 cs.ET cs.IT math.IT
Improving Receiver Performance of Diffusive Molecular Communication with Enzymes
本文研究了在扩散分子通信系统中使用在传播环境中自由扩散的酶来减轻符号间干扰。酶与信息分子形成反应中间体，然后降解它们，使它们不能干扰未来的传输。在接收器处测得的分子的预期数量的下限表达式推导。提出了一种简单的二进制接收器检测方案，其中在预期分子的最大数量时对观察到的分子的数量进行采样。还提供了对适当的位间隔的选择的洞察。预期的比特错误概率被导出为当前和所有先前传输的比特的函数。仿真结果表明，误码率表达式的准确性和通信性能的改善，有活性酶存在。
2013-12-16 cs.ET cs.IT math.IT
A Markovian Approach to the Optimal Demodulation of Diffusion-based Molecular Communication Networks
在基于扩散的分子通信网络中，发射器和接收器通过使用流体介质中的信号分子（或配体）进行通信。本文假设发射器利用不同的化学反应产生不同的信号分子发射模式来代表不同的传输符号，接收器由受体组成。当信号分子到达接收器时，它们可以与受体反应以形成配体-受体复合物。我们的目标是研究解调在这种设置假设发射机和接收机同步。我们推导出一个最佳的解调器，使用连续的历史的复杂的数量在接收机作为输入到解调器。我们首先推导出一个通信模型，其中包括发射器中的化学反应，传输介质中的扩散和接收器中的配体-受体过程。该模型采用连续时间马尔可夫过程的形式，由于化学反应和扩散的随机性，捕获了接收器信号中的噪声。然后，我们采用了最大后验框架，并使用贝叶斯滤波来获得最佳解调器。我们用数值例子来说明这种最佳解调器的性能。
2015-08-12 cs.IT math.IT q-bio.MN
On the Reception Process of Molecular Communication-Based Drug Delivery
分子通讯的重要应用之一是靶向药物递送过程，其中药物分子以在人体中最小化副作用的方式向靶（接收器）释放。随着释放分子总数的增加，接收器不能接收所有传输的药物分子。因此，这些分子会在系统中积累，导致身体的副作用。为了诊断药物分子的适当传输速率，重要的是研究接收器的接收过程。本文利用排队论研究了一种接收模型。在所提出的模型中，由于不同的原因，如分子的随机运动，以及由于活性受体的排斥率的药物分子的排斥率被考虑在内。此外，一个区间组成的下限和上限的释放分子的数量的基础上提出的模型，以确定药物分子的允许剂量的范围。结果表明，排队论可以成功地采用在药物输送应用中的接收器的接收过程的精确建模。
2021-12-23 cs.IT math.IT
Comprehensive Reactive Receiver Modeling for Diffusive Molecular Communication Systems: Reversible Binding, Molecule Degradation, and Finite Number of Receptors
研究了分子通信系统中的接收机建模问题。我们考虑了在流体环境中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，而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。因此，我们区分两种情况。在第一种情况下，我们假设接收器的整个表面都被受体分子覆盖。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。然后，在第二种情况下，我们考虑的情况下，受体分子的数量是有限的，均匀分布的受体分子覆盖接收器表面只有部分。我们表明，这种情况下的预期接收信号可以准确地近似为第一种情况下的预期接收信号后，适当地修改前向反应速率常数。推导出的分析结果的准确性进行了验证所考虑的环境，在那里我们还显示了受体占有率的影响，推导出的分析结果的布朗运动粒子为基础的模拟。
2016-10-01 cs.ET cs.IT math.IT
On Hybrid MoSK-CSK Modulation based Molecular Communication: Error Rate Performance Analysis using Stochastic Geometry
在分子通信系统中，使用多个发射机和接收机可以提高数据传输速率。在仅使用单一类型分子的分子多输入多输出（MIMO）系统中，目的地处的性能受到符号间干扰（ISI）、链路间干扰（ILI）和多用户干扰（MUI）的限制。这项工作提出了一种新的混合调制系统与多个发射器和接收器，使用不同类型的分子，以消除ILI。此外，为了提高所提出的系统在ISI和MUI下的数据率，在每个发射机-接收机对之间使用Mary CSK调制方案。本文将发射机在三维空间中的随机位置建模为齐次泊松点过程（HPPP）。使用随机几何工具，推导出上述情况下的符号错误概率的解析表达式。最后，所提出的系统的性能进行了比较，使用不同的现有调制方案，如开关键控（OOK），二进制浓度移位键控（BCSK）和四重浓度移位键控（QCSK）开发几个重要的见解。
2019-04-22 cs.IT math.IT
Using Dimensional Analysis to Assess Scalability and Accuracy in Molecular Communication
在本文中，我们应用量纲分析研究扩散分子通信系统，使用扩散酶在传播环境中，以减轻符号间干扰。酶与信息分子结合，然后降解它们，使它们不能干扰接收器对未来传输的检测。我们确定什么时候可以准确地假设整个接收器中的信息分子浓度是恒定的，并且等于接收器中心的预期浓度。我们表明，在接收器处观察到的分子的预期数量的下限可以任意缩放的环境参数，并概括了这些参数是如何定性地影响下限的准确性。
2013-05-08 cs.IT math.IT q-bio.QM
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
Receivers for Diffusion-Based Molecular Communication: Exploiting Memory and Sampling Rate
在本文中，一个基于扩散的分子通信信道之间的两个纳米机器被认为是。的内存量对性能的影响的特点，并提出了一个简单的内存有限的解码器，其性能被证明是接近的最好的可能想象的解码器（没有任何限制的计算复杂性或其功能形式），使用Genie辅助上界。这种效应是专门为分子浓度漂移键控的情况下，它表明，一个四位的内存实现了几乎相同的性能无限的内存。然后，一般类的阈值解码器被认为是不是最佳的泊松信道的记忆，除非信噪比高于指定的值在文件中。另一贡献是示出了接收机以高于传输速率的速率采样，即，多读系统，可以显著提高性能。该系统的相关决策规则被示出为在每个符号间隔期间的样本的加权和。利用鞍点近似法分析了系统的性能。过采样系数为3时，性能增益最佳。
2014-05-02 cs.IT math.IT physics.bio-ph
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
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
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
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
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
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
Higher Order Derivative-Based Receiver Pre-processing for Molecular Communications
虽然经由扩散的分子通信经历显著的符号间干扰（ISI），但是最近的工作表明ISI可以经由实现脉冲变窄的时间微分预处理来减轻。在这里，该方法被推广到高阶微分。ISI缓解和噪声放大之间的基本权衡的特点，示出存在的最佳导数阶，最大限度地减少比特出错率（BER）。理论分析的BER和信号与干扰加噪声比提供，导数阶数优化问题的阈值为基础的检测器提出并解决。对于更复杂的检测器，利用窗口存储器，它示出的衍生物预处理可以大大减少所需的窗口的大小。大量的数值结果证实了理论推导的准确性，通过导数预处理的性能增益超过其他方法和最佳导数阶数的影响。导数预处理提供了一种低复杂度/高性能的方法，用于以增加的传输功率为代价来减少ISI，以减少噪声放大。
2021-08-17 cs.IT eess.SP 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
Channel Estimation Techniques for Diffusion-Based Molecular Communications
在分子通信（MC）系统中，在发射机瞬时释放分子之后，在接收机处随时间观察到的分子的预期数量被称为信道脉冲响应（CIR）。CIR的知识对于检测和均衡方案的设计是需要的。在本文中，我们提出了一个基于训练的CIR估计框架的MC系统，其目的是估计CIR的基础上观察到的分子数量在接收器由于发射器的一个序列的已知数量的分子。特别是，我们得到最大似然（ML）和最小平方误差和（LSSE）估计。我们还研究了Cramer Rao（CR）下界和所考虑的系统的训练序列设计。仿真结果证实了分析和比较所提出的估计技术的性能与CR下限。
2015-10-29 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
Capacity Limits of Diffusion-Based Molecular Timing Channels
这项工作介绍了分子定时（MT）通道的容量限制，其中信息被调制在小信息粒子的释放时间，并从到达接收器的时间解码。它示出的随机到达时间可以表示为一个加性噪声信道，和基于扩散的MT（DBMT）信道的噪声分布根据Lévy分布。DBMT信道的容量的上下限推导的情况下，与信道中的信息粒子的传播的延迟是有限的，即，当信息粒子消散后，一个有限的时间间隔。对于每个通道使用释放单个粒子的情况，这些边界显示为紧密的。当发射器同时释放大量粒子时，接收器处的检测器可能无法精确检测所有粒子的到达时间。因此，考虑两种替代模型：基于首先到达的颗粒的检测，或基于平均到达时间的检测。紧的下限和上限推导出这两个模型。结果表明，通过控制信息粒子的最大延迟，系统容量可以随释放粒子数的增加而成倍增加。由于每个粒子采用随机独立路径，因此这种路径分集类似于接收器分集，并且可以用于显著增加可实现的数据率。
2018-04-03 cs.IT math.IT
Three-Dimensional Channel Modeling for Molecular Communications in Tubular Environments with Heterogeneous Boundary Conditions
本文针对管状环境提出一种具有吸收环形接收机的分子通信三维信道模型，首次将该问题表述为异构边界条件的偏微分方程并推导出近似解，通过粒子仿真验证了准确性，为实际管状环境MC系统设计提供支持。
2025-06-01 cs.IT eess.SP 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
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
MC-BRIDGE: A Modular Receiver-Chain Simulation Framework for OECT-Based Molecular Communication
University of Cambridge（剑桥大学）；Koç University（科奇大学）
研究基于OECT的分子通信，提出MC-BRIDGE模块化框架，连接多种过程到电荷域检测，能生成噪声、支持多种键控，通过公共接口估计相关指标并分析干扰，经测试得出满足SER目标的预算上限，揭示多种因素对接收器结论的影响。
2026-07-23 cs.ET cs.IT cs.SY
Molecular Communication Between Two Populations of Bacteria
分子通讯是一个不断扩展的研究领域。生物学的最新进展鼓励使用基因工程细菌作为分子通讯的主要成分。这刺激了一个新的研究方向，试图从信息论的角度研究细菌之间的分子通讯。由于细菌个体行为的高度随机性，两种细菌之间的可靠通信几乎是不可能的。因此，我们最近提出，在一个集群中的细菌种群被认为是一个节点，能够分子的传输和接收。这个命题使我们能够从许多不可靠的细菌中形成一个可靠的节点。节点内的细菌感知环境并做出相应的反应。在本文中，我们研究了两个节点之间的通信，一个作为发送器，另一个作为接收器。我们考虑的情况下，其中的信息被编码的分子浓度的发射机。由发射器节点中的细菌产生的分子通过扩散过程在环境中传播。然后，接收节点中的细菌感测到它们的浓度，将解码信息。通信中的随机性是由发射器处的分子产生中的误差和接收器处的分子接收引起的。我们研究了在这样的设置与每个节点的细菌数量的信息传送率的理论极限。最后，我们考虑了M进制调制方案，并研究了可实现的速率和它们的错误概率。
2012-09-12 cs.IT math.IT q-bio.QM
Relaying in Diffusion-Based Molecular Communication
生物实体间的分子通讯是通讯的一种新范式。最近，我们研究了由合成细菌形成的两个节点之间的分子通信。由于细菌行为的高度随机性，我们在每个节点中使用它们的种群。这种通信系统的可靠性取决于发送器节点能够在接收器节点处产生的分子的最大浓度以及每个节点中的细菌数量。分子的最大浓度随距离而下降，这使得与远节点的通信几乎不可能。为了缓解这个问题，在本文中，我们建议使用分子中继节点。中继节点可以通过与来自发射机的原始信号不同或相同类型的分子重新发送消息。我们研究两种情况下的中继。在第一种情况下，中继节点简单地感测接收到的集中度并将其转发给接收器。我们表明，这种意义和转发的情况下，根据用于中继的分子的类型，结果要么增加在接收器的分子的浓度范围或增加在接收器节点中的细菌的有效数量。对于这两种情况下的意义和转发中继，我们得到的信道容量的改善。我们的结论是，多类型的分子中继优于单一类型的中继。在第二种情况下，我们研究了解码和转发中继的M元信令方案。我们表明，这种中继策略增加了M元通信的可靠性显着。
2014-10-04 cs.ET cs.IT math.IT
On the Design of Matched Filters for Molecule Counting Receivers
在本文中，我们设计的匹配滤波器的扩散分子通信系统考虑到以下损害：信号相关的扩散噪声，符号间干扰（ISI），和外部干扰分子。接收器在一个符号间隔内多次计数观察到的分子的数量，并采用线性滤波来检测传输的数据。我们通过最大化决策变量的期望信号与干扰加噪声比来获得最佳匹配滤波器。此外，我们表明，对于一个特殊的情况下，ISI的自由通道，匹配滤波器减少到一个简单的总和检测器和相关器的扩散噪声限制和（外部）干扰限制制度的信道脉冲响应，分别。我们的仿真结果表明，所提出的匹配滤波器大大优于文献中的基准计划，特别是当ISI是严重的。
2017-05-04 cs.IT math.IT
SCW Codes for Optimal CSI-Free Detection in Diffusive Molecular Communications
瞬时或统计信道状态信息（CSI）是分子通信（MC）文献中开发的大多数检测方案所需要的。由于MC信道改变，例如，由于流速、温度或发射器与接收器之间的距离的变化，CSI采集必须重复进行以跟踪CSI变化。频繁的CSI获取可能需要大的开销，而不频繁的CSI获取可能导致低CSI估计质量。为了应对这些问题，我们设计的代码，便于在接收机的最大似然序列检测没有瞬时或统计CSI。特别是，假设浓度移位键控调制，我们表明，一类代码，被称为强恒重（SCW）码，使最佳CSI-免费的序列检测的成本降低的数据率。对于提出的SCW码，我们分析了码率和出错率。仿真结果验证了我们的分析推导，并揭示了所提出的无CSI检测器的SCW码优于基线相干和非相干检测器的未编码传输。
2017-05-08 cs.IT math.IT
Diversity gain of one-shot communication over molecular timing channels
我们研究的多样性，在一个镜头通信分子定时通道。在所考虑的信道模型中，发射机同时释放大量的信息粒子，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信息进行解码。我们表征的渐近指数下降率的概率的错误作为一个函数的数量释放的粒子。我们将这个量表示为系统分集增益，因为它取决于传输的粒子数量以及接收器检测方法。三种类型的检测器被认为是：最大似然（ML）检测器，一个线性检测器，和一个检测器，这是基于第一次到达（FA）之间的所有传输的粒子。我们表明，随机传播的特点是右侧单峰密度与零模式，FA检测器是等价的ML检测器，并显着优于线性检测器。此外，即使对于具有正模式的密度，由FA检测器实现的分集增益也非常接近于由ML检测器实现的分集增益，并且远高于由线性检测器实现的增益。
2017-09-23 cs.IT math.IT
