[发明专利]一种基于扩散的多用户分子通信模型的信道容量优化方法

说明书

一种基于扩散的多用户分子通信模型的信道容量优化方法，包括以下步骤：第一步，利用正态分布逼近二项分布得到当前时隙RN收到分子的个数；第二步，建立基于扩散的分子通信模型的假设检测信道模型；第三步，利用最小误差概率判决准则得到了最优决策阈值的数学表达式，从而得到最优决策阈值η；第四步，在最优决策阈值η基础上，获得最优的信道容量的值。本发明提供一种有效提升信道容量的基于扩散的多用户分子通信模型的信道容量优化方法。

技术领域

本发明涉及生物技术、纳米技术、通信技术，是一种基于扩散的多用户分子通信模型的信道容量优化方法。

背景技术

近年来，纳米技术发展迅猛，这为作为纳米级通信基本单元的纳米机器(Nanomachine)的制造铺平了道路。由于单个纳米机器的功能和通信能力相当有限，能够将这些纳米机器互联协作以便完成更复杂任务的纳米级通信网络^[不断被提出。在微纳米尺度上，由于电磁信号波长和天线尺寸比例等因素的限制，基于电磁的纳米通信并不适用，而以分子作为信息传递载体的分子通信(Molecular Communication)模型被普遍认为最具前景的解决方案之一。

在分子通信中，分子可以遵循特定的路径或由流体介质引导到达目的地，其传播方式通常被限制于扩散，例如昆虫之间通过弥漫在空气中的信息素交流或活细胞之间的钙信号传导。而在基于扩散的多用户分子通信系统中，多个发送方纳米机器(TransmitterNanomachine,TN)将被调制和编码的信息分子释放到共享的流体介质中，分子的运动遵循布朗运动规则，通过自由扩散进入接收方纳米机器(Receiver Nanomachine,RN)的接收范围被吸收而不再存在于介质中，并被特定的方式解码。

在基于扩散的多用户分子通信模型中，由于分子遵循布朗运动规则，前面所有时隙对接收方纳米机器在当前时隙的码间干扰是不可避免存在的；而因为多个发送方纳米机器同时工作，共享信道，以及相同信息分子的不可区分性，接收方纳米机器同时也受到用户间的干扰。因此，基于扩散的多用户分子通信模型的研究也面临较多的挑战，其中之一是考虑多时隙码间干扰和多用户干扰的情况下，如何提高扩散的多用户分子通信模型的信道容量。

发明内容

为了克服已有扩散的多用户分子通信模型的信道容量较低的不足，本发明提供一种有效提升信道容量的基于扩散的分子通信模型的信道容量优化方法。

为了解决上述技术问题本发明采用如下技术方案：

一种基于扩散的多用户分子通信模型的信道容量优化方法，所述优化方法包括以下步骤：

第一步，利用正态分布逼近二项分布得到当前时隙接收方纳米机器收到分子个数；

第二步，建立基于扩散的多用户分子通信模型的假设检测信道模型；

第三步，利用正态分布得到了最优决策阈值的数学表达式，从而得到最优决策阈值η；

第四步，在最优决策阈值η基础上，获得最优的信道容量的值。

进一步，所述第一步中，在二进制基于扩散的多用户分子通信模型中，输入输出均为二进制信息比特1或0，并以OOK作为调制技术，即发送方纳米机器TN通过释放一定数量的分子表示发送比特1，不释放任何分子表示发送比特0，分子一旦被释放入生物环境中将自由扩散，当运动至接收方纳米机器RN的检测范围后，会立即被吸收，不再存在于生物环境中，发送方纳米机器释放分子后，分子在介质中的运动形式将遵循布朗运动规律，一个分子从发送方纳米机器TN_i到距离为d_i的接收方纳米机器所需时间t的概率密度分布函数f(t)为，1≤i≤M：