基于扩散的分子通信中可靠接收技术研究

发布时间：2020-05-25 15:10

【摘要】：近年来,纳米技术、生物工程和合成生物学的发展为纳米网络的实现提供了可能。然而,传统基于电磁波的通信技术受限于纳米网络复杂的环境和能耗等因素,无法达到理想的性能。在这种背景下,以分子等颗粒作为信息载体的分子通信(Molecular Communication,MC)是解决纳米网络中通信问题的有效方案。在基于扩散的分子通信中,遵循无规则布朗运动的分子具有较大的随机性。这种随机性在信号接收的过程中会导致很严重的码间串扰(Inter Symbol Interference,ISI)。除此之外,扩散信道中还存在其它噪声,如接收端的加性噪声等。这些干扰和噪声对基于扩散的分子通信过程的可靠性产生了极大威胁。因此,为了减弱扩散信道中ISI和其它噪声的影响,本文主要研究了在基于扩散的分子通信场景下,实现可以有效避免ISI等干扰的可靠接收技术方案。本文的主要研究内容和贡献如下:1.研究了基于扩散信道的分子通信系统理论模型,主要包括信息的调制、传输和解调等部分;2.针对基于扩散的分子通信中普遍存在的ISI和其它噪声,提出了一种基于分子浓度的增量检测算法(Increase Detection Algorithm,IDA),结合误比特率(Bit Error Rate,BER)和信噪比(Signal-to-noise Ratio,SNR)等参数分析该算法的性能,并与传统的基于固定判决门限的接收算法做对比;3.针对目前分子通信领域的研究多是利用软件仿真这一问题,同时受限于生物实验室高昂的成本和严苛的要求,本文利用酒精分子在空气中的扩散运动,搭建出了宏观尺度下基于扩散的分子通信物理仿真平台,并将提出的IDA算法和传统的接收算法进行实验分析和对比验证。软件仿真和物理实验结果都表明,本文提出的IDA算法可以有效地减弱甚至消除扩散信道中码间串扰和其它噪声的影响,并且可以通过减小时隙长度来增加数据传输速度,提升基于扩散的分子通信系统的整体性能。而且,本文所搭建的宏观尺度下基于扩散的分子通信物理仿真平台为分子通信领域内的理论研究提供了一种新的、低成本的、有效的验证方法。
【图文】：

基于自由扩散的分子通信过程

传统无线通信(a)和分子通信(b)中的调制技术对比
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN914

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本文编号：2680336