基于分子通信的时钟同步技术

发布时间：2017-06-15 11:11

  本文关键词：基于分子通信的时钟同步技术，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：分子通信是一种以生物化学分子作为信息载体的短距离通信技术。它作为一种集生物、计算机、通信等科学技术于一体的新型通信方式,在生物医学、环境监测、工业制造、军事等领域有巨大的应用前景,已成为当今研究的热点之一。分子通信一般包括调制过程、发送过程、传输过程、接收过程和解调过程。发送端纳米机器感知到信源,然后基于信息分子的物理或化学特性对信息进行调制并发送信息分子。这些信息分子通过主动传输或被动传输方式被传传输到接收端纳米机器。接收端接收到信息分子并以特定的调制技术解调信息。由于分子通信的信息载体、信号类型、传输介质、传输距离、传输速度和传输内容等特性与传统无线电通信有很大不同,所以基于分子扩散下的网络通信技术和协议需要重新考虑并设计。本文将结合电子学中的通信原理,通过基于分子扩散作用下的调制技术来研究信息分子的调制和解调。在此基础上,采用概率论和数理统计的方法如概率密度函数、最大似然估计算法、均方误差和克拉美罗下界等深入探讨基于分子通信的时钟同步技术。本硕士论文的主要研究成果有以下几个方面:1.研究基于分子扩散作用下的数字基带信号的调制解调技术问题。在分子通信系统中,分析单极性脉冲调制、双极性脉冲调制、交替双极性脉冲调制和曼彻斯特调制方案。首先,根据信息分子浓度的变化来分析不同时钟间隔、传输距离和扩散系数下的调制技术特性。然后,采用误码率来衡量分子通信中各种调制技术的性能。实验结果证明,曼彻斯特调制方案优于其它调制方案且具有较好的效果。2.研究纳米机器之间时钟偏差量的估计问题。在具有相同时钟速率的纳米机器组成的分子通信系统中,提出一种基于分子扩散的随机延迟模型:逆高斯模型,采用信息双向传输机制实现发送端纳米机器和接收端纳米机器之间的时钟同步。通过最大似然估计对时钟偏差量进行估计,并研究估计量的收敛性和无偏性。实验结果表明,在时钟补偿方面,本章算法估计出的时钟偏差量是有效的。3.研究基于逆高斯随机延迟模型的时钟同步问题。在基于流体介质的分子通信中,提出一种基于不对称双向传输机制的时钟同步方法,通过最大似然估计算法对基于逆高斯随机延迟的时钟同步模型的时钟速率和时钟偏差进行估计。实验结果表明,时钟偏差和时钟速率的估计量的方差是随着同步次数减小且收敛的。同时本文中基于不对称双向传输机制的时钟同步方案所到达的时钟精确优于对称传输延迟的时钟同步方案。4.研究基于高斯随机延迟模型的时钟同步问题。在基于分子扩散作用的分子通信系统中,提出一种高斯随机延迟模型,设计双向传输机制,来研究分子通信中的时钟同步。首先,为了消除未知参数的干扰,采用算数运算将两个随机变量转化为一个随机变量;然后,采用最大似然估计算法推导出闭合式的相对时钟偏差和相对时钟速率表达式;最后,分析这两个估计量的收敛性和克拉美罗下界。实验结果进一步表明本文估计量的有效性。
【关键词】：纳米网络 分子通信 时钟同步 最大似然估计
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN91
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 课题研究的背景和意义13-15
• 1.2 国内外研究概况15-19
• 1.2.1 发展历史现状15-16
• 1.2.2 研究现状评述16-19
• 1.3 论文的主要研究内容19-20
• 1.4 论文章节安排20-23
• 第二章 分子通信中数字基带调制方案分析23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 分子通信模型23-25
• 2.3 数字基带调制方案25-30
• 2.3.1 实例分析25-26
• 2.3.2 仿真实现26-30
• 2.4 调制方案分析和讨论30-34
• 2.5 结论34-35
• 第三章 纳米机器之间时钟偏差量的最大似然估计35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 系统模型概述35-37
• 3.3 最大似然估计算法37-40
• 3.4 克拉美罗下界40-42
• 3.5 仿真结果分析42-45
• 3.6 结论45-46
• 第四章 基于逆高斯传输延迟模型的时钟同步技术46-63
• 4.1 引言46
• 4.2 分子通信系统简介46-48
• 4.2.1 物理模型简介46-48
• 4.2.2 随机延迟模型48
• 4.3 不对称的双向传输机制48-54
• 4.3.1 对参数μ,λ,d 的估计51-52
• 4.3.2 对时钟偏差θ和时钟速率β的估计52-54
• 4.4 参数收敛性分析54-55
• 4.5 仿真实验分析55-62
• 4.5.1 仿真参数选择56-57
• 4.5.2 实验结果分析57-62
• 4.6 结论62-63
• 第五章 基于高斯传输延迟的时钟同步技术63-79
• 5.1 引言63
• 5.2 系统模型63-65
• 5.3 最大似然估计算法65-68
• 5.4 收敛性分析68-69
• 5.4.1 确定性68-69
• 5.4.2 致密度69
• 5.4.3 连续性69
• 5.4.4 主导性69
• 5.5 克拉美罗下界69-71
• 5.6 仿真实验和分析71-78
• 5.7 结论78-79
• 第六章 结论与展望79-81
• 6.1 结论79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-90
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文90-92
• 作者在攻读硕士学位期间所作的项目及获得奖励92-93
• 致谢93

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本文编号：452296