CN109586806A - 一种分子通信中基于浓度的判别门限自适应调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种分子通信中基于浓度的判别门限自适应调整方法，适用于基于扩散信道的分子通信中接收信号的判决，针对分子通信中存在的码间干扰问题，本发明实时统计每次接收到的信号当前的分子浓度，并计算平均值，然后将该值与已设定的判决门限值进行比较，若差值过大，则动态调整判决门限值，以避免产生误判现象。

Description

一种分子通信中基于浓度的判别门限自适应调整方法
技术领域
本发明属于分子通信领域，具体涉及分子通信过程中，接收纳米机根据接收分子的浓度的变化，动态调整判别门限的方法。
背景技术
基于扩散的分子通信中，信号的接收通常是依靠接收到的分子浓度来判定的。最常用的方法是：接收纳米机将每一次接收到的分子浓度值与设定的判别门限进行比较，如果本次接收到的分子浓度值高于判别门限值，则判为此次接收的信号为“1”，反之，此次接收信号判为“0”。这种判别方法完全采用传统电磁波通信中依靠判决电平门限值得方法来判别接收信号，并不完全适合分子通信中接收信号的判别。分子通信中，扩散信道的分子具有随机移动的特性，因此可能滞留在信道中的时间比较长，当发送信号中“1”的个数较多时，会造成信道中分子浓度累计增高的现象，从而造成判决门限过低，容易产生接收纳米机将接收到的“0”信号误判为“1”的情况，这种现象可看作是分子通信中的码间干扰。本发明则设计一种动态自适应调整判决门限的算法，避免接收信号被误判的情况。
发明内容
本发明针对分子通信中存在的码间干扰问题，提出了一种分子通信中基于浓度的判别门限自适应调整方法，通过自适应地调整接收端判决门限；有效的克服分子通信扩散信道中，因码间干扰而造成信号误判的问题，从而降低误码率，提高分子通信的可靠性。
本发明采用的技术方案是：一种分子通信中基于浓度的判别门限自适应调整方法，根据当前判决门限值分别与信号“0”当前的平均浓度值、信号“1”当前的平均浓度值的接近程度，调整判决门限值；包括：
S1、接收纳米机记录每次收到信号对应的分子浓度值；
S2、若当前分子浓度值大于当前判决门限值，则判定接收信号为“1”，并统计信号“1”的个数，然后计算信号“1”当前的平均浓度值；否则判为“0”，并统计信号“0”的个数，然后计算信号“0”当前的平均浓度值；
S3、若当前判决门限值更接近信号“0”当前的平均浓度值，则将当前判决门限值进行增加处理后作为下一次的判决门限值；否则将当前判决门限值进行减少处理后作为下一次的判决门限值。
其中，步骤S3具体为：
S31、分别计算本次接收时，当前门限值与信号“0”当前的平均浓度值相减得到的第一差值，信号“1”当前的平均浓度值与当前门限值相减得到的第二差值；
S32、判断第一差值与第二差值相减得到的第三差值是否大于μ；若是则执行步骤S33，否则执行步骤S34；
S33、将当前门限值减1，然后作为下一次的门限值；
S34、判断第三差值是否小于-μ；若是则执行步骤S35，否则保持当前门限值不变；
S35、将当前门限值加1作为下一次的门限值。
本发明的有益效果：本发明通过实时检测接收分子信号的浓度，并与当前判决门限进行比较，若当前判决门限值更接近信号“0”当前的平均浓度值，则将当前判决门限值进行增加处理后作为下一次的判决门限值；否则将当前判决门限值进行减少处理后作为下一次的判决门限值；从而实现动态调整判决门限值，来避免因码间干扰造成的误判问题，提高了分子通信的可靠性；本发明的方法适用于基于扩散信道的分子通信中接收信号的判决。
附图说明
图1为本发明实施例提供的方案流程图；
图2为本发明实施例提供的本发明方法的具体实现过程示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
首先对本实施例中涉及的参数含义予以说明：
i：接收信号的次数(或时隙数)；
n0：收到信号“0”的个数；
n1：收到信号“1”的个数；
N(i)：第i次接收信号的判别门限；
Nrx(i)：第i次接收信号的浓度值；
第i次收到信号“1”时的浓度值；
第i次收到信号“0”时的浓度值；
A(i)：第i次接收时，N(i)与信号“0”的平均浓度值的差值；
B(i)：第i次接收时，信号“0”的平均浓度值与N(i)的差值；
μ：差值绝对值门限。
在分子通信扩散信道场景下，信号的接收通常依靠接收纳米机将接收的分子浓度值与设定的判别门限比较来判别，如果接收的分子浓度值高于门限值，则判为接收信号为“1”，反之，判为接收信号为“0”。这种判别方法难以克服因为分子滞留在信道中所造成分子浓度增加，从而使某些“0”信号误判为“1”的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种分子通信中基于浓度的判别门限自适应调整方法，在每一次发送/接收的周期内，依据判决门限判定所收到的信号是0还是1，并且记录当前的信号浓度值和个数，通过计算当前门限值与信号平均浓度之间的差值，来动态调整下一次的判决门限。本发明克服了基于扩散的分子通信中因码间干扰而带来的接收误判问题，可以有效提高通信的可靠性。如图1所示，包括以下步骤：
S1、接收纳米机记录每次收到信号对应的分子浓度值；
S2、若当前分子浓度值大于当前判决门限，则判定接收信号为“1”，并统计信号“1”的个数，然后计算信号“1”当前的平均浓度值；否则判为“0”，并统计信号“0”的个数，然后计算信号“0”当前的平均浓度值；
S3、若当前判决门限值更接近信号“0”当前的平均浓度值，则将当前判决门限值进行增加处理后作为下一次的判决门限值；否则将当前判决门限值进行减少处理后作为下一次的判决门限值。
具体实现过程如图2所示，包括以下步骤：
A1、初始化参数。具体为设置初始门限N(1)和μ、并令n0＝0；n1＝0；i＝1等，N(1)的取值通常可设为发送分子浓度的一半；
A2、判断数据是否发完。此处假设收发时钟同步，双方是以固定的时隙发送和接收；
A3、如果数据发送完，则结束；
A4、如果数据未发送完，则判断当前接收浓度Nrx(i)是否大于等于当前门限值N(i)，以便判定接收到的信号是0还是1；
A5、如果步骤A4的结果为是，则判定接收信号为“1”，并记本次1信号的浓度值为当前接收浓度值Nrx(i)，同时计算收到1信号的个数；
A6、如果步骤A4的结果为否，则判定接收信号为“0”，并记本次0信号的浓度值为当前接收浓度值Nrx(i)，同时计算收到0信号的个数；
A7、计算本次接收时，当前门限值N(i)与信号“0”的平均浓度值的差值A(i)，以及信号“1”的平均浓度值与当前门限值N(i)的差值B(i)；
A8、判断A(i)与B(i)的差值是否大于μ；μ的取值依据实际来定，μ的取值越小，则调整越频繁，反之，μ的取值越大，调整越少。通常可令μ＝(A(i)+B(i))/3，这样调整的频率比较适中。
A9、如步骤A8的判断结果为是，则将当前门限值N(i)减1作为下一次的门限值N(i+1)，返回执行步骤A1；
A10、如步骤A8的判断结果为否，则判断A(i)与B(i)的差值是否小于-μ；
A11、如步骤A10的判断结果为是，则将当前门限值N(i)加1作为下一次的门限值N(i+1)，返回执行步骤A1；
A12、如步骤A10的判断结果为否，则下一次的门限值N(i+1)保持不变，仍为当前门限值N(i)，返回执行步骤A1。
本实施例中的i应理解为第i次数据发送和接收的过程。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种分子通信中基于浓度的判别门限自适应调整方法，其特征在于，根据当前判决门限值分别与信号“0”当前的平均浓度值、信号“1”当前的平均浓度值的接近程度，调整判决门限值。
2.根据权利要求1所述的一种分子通信中基于浓度的判别门限自适应调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、接收纳米机记录每次收到信号对应的分子浓度值；
S2、若当前分子浓度值大于当前判决门限值，则判定接收信号为“1”，并统计信号“1”的个数，然后计算信号“1”当前的平均浓度值；否则判为“0”，并统计信号“0”的个数，然后计算信号“0”当前的平均浓度值；
S3、若当前判决门限值更接近信号“0”当前的平均浓度值，则将当前判决门限值进行增加处理后作为下一次的判决门限值；否则将当前判决门限值进行减少处理后作为下一次的判决门限值。
3.根据权利要求2所述的一种分子通信中基于浓度的判别门限自适应调整方法，其特征在于，步骤S1还包括：设置初始门限值与μ；并判断数据是否发完；如果数据发送完，则结束；否则执行步骤S1；
其中，μ表示调整阈值。
4.根据权利要求3所述的一种分子通信中基于浓度的判别门限自适应调整方法，其特征在于，步骤S3具体为：
S31、分别计算本次接收时，当前门限值与信号“0”当前的平均浓度值相减得到的第一差值，信号“1”当前的平均浓度值与当前门限值相减得到的第二差值；
S32、判断第一差值与第二差值相减得到的第三差值是否大于μ；若是则执行步骤S33，否则执行步骤S34；
S33、将当前门限值减1，然后作为下一次的门限值；
S34、判断第三差值是否小于-μ；若是则执行步骤S35，否则保持当前门限值不变；
S35、将当前门限值加1作为下一次的门限值。
5.根据权利要求2所述的一种分子通信中基于浓度的判别门限自适应调整方法，其特征在于，μ＝(A(i)+B(i))/3；
其中，A(i)表示第一差值，B(i)表示第二差值。
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