一种分子通信中的解调方法技术

本发明专利技术公开一种分子通信中的解调方法，假设发方采用时隙开关键控OOK(On‑Off Keying)方法表示数字信号，在解调过程中，判断在某个时隙内收到的分子浓度是否有明显的上升过程，若有明显的上升过程则解调为信息比特“1”，否则解调为信息比特“0”。本申请克服了通过检验分子浓度实现解调带来的不可靠的缺点；而且本申请只需要在每个时隙开始后的一段时间内对分子浓度进行采样，而不是整个时隙，因此减轻了解调算法的计算负担。同时，本申请技术方案的实现是基于分子浓度的变化率，有效地减轻了由于分子堆积问题造成的码间串扰对解调结果的影响，提高了解调算法的可靠性，普遍适用于基于扩散方式的分子通信中对信息的解调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于分子通信领域，具体涉及分子通信过程中调制方式为时隙开关键控和基于分子浓度变化率的解调算法。
技术介绍
分子通信是近年来新兴的交叉学科的技术，主要研究通过纳米尺寸的分子作为信息载体，实现细胞间信息传递的技术。目前，在分子通信中实现接收信息的解调算法主要是基于分子的浓度。即在某个时隙内，发方通过发送一定浓度的分子来表示“1”信号，而对于“0”信号则不发送分子；接收方只有当接收到的分子浓度达到某个门限值后才将信息解调为比特“1”，否则的话解调为比特“0”。整个通信过程是基于时隙来实现的。这种基于分子浓度的分子通信解调算法实现起来非常简单，但由于分子的随机扩散特性，以及介质中的残留分子堆积造成的码间串扰问题非常严重，这无形中就为门限值的选取增加了很大难度，信号判别的误码率较高，分子通信过程的可靠性受到了较大影响。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提出了一种分子通信中的解调方法，基于分子浓度的变化率，有效地减轻了由于分子堆积问题造成的码间串扰对解调结果的影响，提高了解调算法的可靠性。本专利技术采用的技术方案是：一种分子通信中的解调方法，发方采用时隙开关键控方法表示数字信号，即发方通过在某时隙内发送一定浓度的分子来表示“1”信号；在对应时隙内不发送任何分子来表示“0”信号，通过在解调过程中，判断某个时刻内收到的分子浓度上升值是否大于0，若是则解调为信息比特“1”，否则解调为信息比特“0”。进一步地，具体包括以下步骤：S1、将计数器的数值清零，生成空的解调状态列表，从时隙的开始位置进行采样，并开始读取分子浓度；S2、获取两个间隔为T1的分子浓度值进行做差运算，并记下运算的结果；S3、若做差运算结果大于0，则计数器的数值加1，否则计数器的数值不变；S4、判断当前采样次数是否等于采样次数上限，若是则执行步骤S5；否则将采样窗口沿时间轴向后移动T2距离，执行步骤S2，直到达到采样持续时间的末端；S5、判断计数器的当前数值是否大于门限值，若是，则向状态列表中添加比特“1”的字符信息，否则的话向状态列表中添加比特“0”的字符信息，解调过程结束。进一步地，所述步骤S1之前还包括：S0、初始化采样次数上限以及采样窗口的大小。进一步地，步骤S2所述T1的大小等于采样窗口的大小。进一步地，步骤S2所述获取两个间隔T1的分子浓度值进行做差运算，具体为：按照T1的间隔选取两个分子浓度值，其中，前面的分子浓度值充当减数，后面的分子浓度值充当被减数，进行做差运算。进一步地，步骤S4所述采样持续时间的确定过程为：在已知该系统的发送端与接收端之间的距离以及时间周期下，进行单个信息比特“1”的传输实验，对从发送端开始传输比特“1”到分子浓度值下降到其所能达到的峰值的一半时所需要的时间进行统计，共进行N次统计实验，得到N个时间值，通过对N个时间值进行取均值得到采样持续时间。更进一步地，所述N的取值范围为5-10。进一步地，步骤S5中所述的门限值的确定过程为：在采样次数上限和采样窗口大小已经确定的情况下，发送端持续发送信息比特“0”，在每个时隙内进行若干次采样，得到若干对两个间隔T1的分子浓度值做差的结果大于零的次数，每次统计时长为E个时隙时，则每次统计得到E个次数值，对E个次数值进行取平均值作为该次统计值，一共进行M次统计实验，则得到M个统计值，选择M个统计值中的最大值作为门限值的下限；然后发送端持续发送信息比特“1”，在每个时隙内进行若干次采样，得到若干对两个间隔T1的分子浓度值做差的结果大于零的次数，每次统计时长为E’个时隙时，则每次统计得到E’个次数值，对E’个次数值进行取平均值作为该次统计值，一共进行M’次统计实验，得到M’个值，选择M’个值中的最小值作为门限值的上限；根据门限的上限以及下限所确定的取值范围，以该取值范围的中间值作为门限值。更进一步地，所述E或E’取值大于或等于10。本专利技术的有益效果：本专利技术通过在解调过程中，只需要判断在某个时隙内收到的分子浓度是否有明显的上升过程即可实现解调，若有明显的上升过程则解调为信息比特“1”，否则解调为信息比特“0”，本申请克服了通过检验分子浓度来实现解调而带来的不可靠的缺点，而且本申请只需要在从每个时隙开始的前一段时间内对分子浓度进行采样，而不是整个时隙，因此减轻了解调算法的计算负担；同时本申请技术方案的实现基于分子浓度的变化率，有效地减轻了由于分子堆积问题造成的码间串扰对解调结果的影响，提高了解调算法的可靠性，普遍适用于宏观上模拟分子通信过程的仿真系统。附图说明图1为本专利技术提供的算法流程图。具体实施方式为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。本专利技术的技术方案为：一种分子通信中的解调方法，发方采用时隙开关键控OOK(On-OffKeying)方法表示数字信号，即发方通过在某时隙内发送一定浓度的分子来表示“1”信号；在对应时隙内不发送任何分子来表示“0”信号。通过在解调过程中，判断某个时刻内收到的分子浓度上升值是否大于0，若是则解调为信息比特“1”，否则解调为信息比特“0”。本申请只需要在从每个时隙开始的前一段时间内对分子浓度值进行采样，而不是整个时隙，减轻了解调算法的计算负担。如图1所示为本专利技术的方案流程图，具体包括以下步骤：S1、将计数器的数值清零，生成空的解调状态列表，并开始读取分子浓度；这里的分子浓度是连续时间的分子浓度。步骤S1之前还包括初始化采样次数上限、采样窗口的大小。初始化时会给定一个预设的值，但也可以根据后续实验结果，比如可能受到环境等各种因素的影响会有变化，来进行调整。S2、从时隙的开始位置进行采样，获取两个间隔为T1的分子浓度值进行做差运算，并记下运算的结果；每次采样时，从时隙的开始位置进行采样。这里T1的大小相当于采样窗口的大小。其中，获取两个间隔为T1的分子浓度值进行做差运算，具体为：按照T1的间隔选取两个分子浓度值，其中，前面的分子浓度值充当减数，后面的分子浓度值充当被减数，进行做差运算。本专利技术基于分子浓度的变化率实现解调，有效地减轻了由于分子堆积问题造成的码间串扰对解调结果的影响，提高了解调算法的可靠性。S3、若做差运算结果大于0，则计数器的数值加1，否则计数器的数值不变；S4、判断当前采样次数是否等于采样次数上限，若是则执行步骤S5；否则将采样窗口沿时间轴向后移动T2距离，执行步骤S2，直到达到采样持续时间的末端；每次采样通过将采样窗口向后移动T2距离进行均匀采样。采样次数上限跟每个时隙内能够得到的该时刻分子浓度的个数相关，在保证解调正确率的同时，尽可能地减小算法的计算负担。比如实验中在每个时隙中的采样持续时间内能够得到1000个时刻对应的分子浓度大小时，通常取采样次数上限为100；当然采样次数上限取值为120次也相差不大，但不可过小或是过大。采样持续时间的确定过程为：在已知该系统的发送端与接收端之间的距离以及时间周期下，进行单个信息比特“1”的传输实验，对从发送端开始传输比特“1”到分子浓度值下降到其所能达到的峰值的一半时所需要的时间进行统计，共进行N次统计实验，得到N个时间值，通过对N个时间值进行取均值得到采样持续时间，该采样持续时间为适合该系统的在每一个时隙内对分子浓度值进行采样操作的采样持续时间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分子通信中的解调方法，其特征在于，发方采用时隙开关键控方法表示数字信号，即发方通过在某时隙内发送一定浓度的分子来表示“1”信号；在对应时隙内不发送任何分子来表示“0”信号，通过在解调过程中，判断某个时刻内收到的分子浓度上升值是否大于0，若是则解调为信息比特“1”，否则解调为信息比特“0”。

【技术特征摘要】
1.一种分子通信中的解调方法，其特征在于，发方采用时隙开关键控方法表示数字信号，即发方通过在某时隙内发送一定浓度的分子来表示“1”信号；在对应时隙内不发送任何分子来表示“0”信号，通过在解调过程中，判断某个时刻内收到的分子浓度上升值是否大于0，若是则解调为信息比特“1”，否则解调为信息比特“0”。2.根据权利要求1所述的一种分子通信中的解调方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、将计数器的数值清零，生成空的解调状态列表，从时隙的开始位置进行采样，并开始读取分子浓度；S2、获取两个间隔为T1的分子浓度值进行做差运算，并记下运算的结果；S3、若做差运算结果大于0，则计数器的数值加1，否则计数器的数值不变；S4、判断当前采样次数是否等于采样次数上限，若是则执行步骤S5；否则将采样窗口沿时间轴向后移动T2距离，执行步骤S2，直到达到采样持续时间的末端；S5、判断计数器的当前数值是否大于门限值，若是，则向状态列表中添加比特“1”的字符信息，否则的话向状态列表中添加比特“0”的字符信息，该时隙的解调过程结束。3.根据权利要求2所述的一种分子通信中的解调方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：S0、初始化采样次数上限以及采样窗口的大小。4.根据权利要求3所述的一种分子通信中的解调方法，其特征在于，步骤S2所述T1的大小等于采样窗口的大小。5.根据权利要求4所述的一种分子通信中的解调方法，其特征在于，步骤S2所述获取两个间隔为T1的分子浓度值进行做差运算，具体为：按照T1的间隔选取两个分子浓度值，其中，前面的分子浓度值充当减数，后面的分子浓度值充当被减数，进行做...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，翟浩洋，杨鲲，何鹏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51