CN114640425B - 移动分子扩散通信的传输方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动分子扩散通信的传输方法，包括对来自信源的待发送信息进行发送处理和对来自接收端的分子接收信息进行接收处理，所述发送处理包括步骤：获取所述待发送信息，对所述待发送信息进行比特流编码，得到第一处理信息；对所述第一处理信息进行RS编码，得到第二处理信息；对所述第二处理信息并行位流的转换，得到第三处理信息；根据所述第三处理信息映射得到对应的分子释放信息；所述接收处理包括步骤：获取所述分子接收信息，根据分子接收信息分别得到第一分子和第二分子的分子数，并与预设阈值进行比较；根据比较结果映射得到接收码字信息；对所述接收码字信息进行RS译码，得到还原码字信息，并将所述还原码字信息传输至信宿。

Description

移动分子扩散通信的传输方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及分子通信技术领域，尤其是涉及一种移动分子扩散通信的传输方法及系统。

背景技术

分子通信网络是利用纳米机器和互联网相联形成网络通信，其应用广泛，比如实时健身检测、精准医疗、药物补给等。分子通信可以通过发射纳米机器人和接收纳米机器人部署在人体中来执行任务，其中发射纳米机器人将来自信源的信息进行编码处理后，发射携带编码信息的传输分子至分子扩散信道中；接收纳米机器人接收分子扩散信道中的传输分子，并进行解码处理后传输至信宿。然而，在被动传输机制中，纳米机器和传输分子在分子扩散信道，即血管，中自由扩散，其移动性会对传输分子到达接收纳米机器人的接收端121的时间产生严重影响，导致接收纳米机器人所得到的信息与发射纳米机器人发送的信息出现偏差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种移动分子扩散通信的传输方法，能够减少码间串扰，提高移动分子扩散通信系统的抗干扰能力。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种移动分子扩散通信的传输方法，包括对来自信源的待发送信息进行发送处理和对来自接收端的分子接收信息进行接收处理，所述发送处理包括步骤：

获取所述待发送信息，对所述待发送信息进行比特流编码，得到第一处理信息；

对所述第一处理信息进行RS编码，得到第二处理信息；

对所述第二处理信息并行位流的转换，得到第三处理信息；

根据所述第三处理信息映射得到对应的分子释放信息；

所述接收处理包括步骤：

获取所述分子接收信息，根据分子接收信息分别得到第一分子和第二分子的分子数，并与预设阈值进行比较；

根据比较结果映射得到接收码字信息；

对所述接收码字信息进行RS译码，得到还原码字信息，并将所述还原码字信息传输至信宿。

相对于现有技术，本发明提供一种移动分子扩散通信的传输方法加入RS编码降低了分子扩散通信系统的错误率，加入D-Mosk调制抑制了码间串扰，提高了移动分子扩散通信系统的抗干扰能力，提升了移动分子扩散通信系统的信号传输性能。

进一步地，对所述第一处理信息进行RS编码，包括：

根据所述第一处理信息获取生成多项式g(x)，生成多项式g(x)的表达式为：

式中，α为伽罗华域常数；i为码元在第一处理信息的信息码元序列中的位置，0≤i≤k-1；j为奇偶校验位的长度，1≤j≤2t；

根据生成多项式g(x)获得码字多项式c(x)，码字多项式c(x)的表达式为：

c(x)＝(u₀+u₁·x+…+u_k-1·x^k-1)·g(x)＝c₀+c₁x+…+c_n-1·x^n-1

式中，u₀，u₁，...，u_k-1∈GF(2^m)，c₀，c₁，...，c_n-1∈GF(2^m)

根据码字多项式c(x)获得接收多项式r(x)，接收多项式r(x)的表达式为：

r(x)＝c(x)+e(x)

其中，e(x)为错误多项式，错误多项式e(x)的表达式为：

式中，i₁，i₂，...，i_t为第一处理信息中错误码元的位置，e₁，e₂，...，e_t表示错误码元的错误值；

对所述接收码字信息进行RS译码，得到还原码字信息，包括：

使生成多项式g(x)除以所述接收码字信息对应的接收多项式r(x)，若接收多项式r(x)能被生成多项式g(x)整除，则接收码字信息中没有错误；若接收多项式r(x)不能被生成多项式g(x)整除，则接收码字信息中存在错误，此时获取伴随多项式S_j，伴随多项式S_j的表达式为：

其中1≤j≤2t；

根据伴随多项式S_j计算错误位置多项式σ(x)，根据错误位置多项式得到接收码字信息中的错误位置；

根据错误位置计算错误误差值，并在错误位置使错误值与错误误差值相加即得到还原码字信息。

进一步地，根据比较结果映射得到接收码字信息，包括：

当所述第一分子的分子数小于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数小于所述预设阈值时，映射得到第一四元信息符号；

当所述第一分子的分子数大于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数小于所述预设阈值时，映射得到第二四元信息符号；

当所述第一分子的分子数小于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数大于所述预设阈值时，映射得到第三四元信息符号；

当所述第一分子的分子数大于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数大于所述预设阈值，映射得到第四四元信息符号；

将映射得到的四元信息符号加入接收码字信息。

进一步地，根据分子接收信息分别得到第一分子和第二分子的分子数，包括：

分子数的表达式为：

其中，N^aorb[n]为在第n个时隙所获取的分子数，N^aorb[n]满足二项分布：

N^aorb[n]～B(U^aorbx[n]，F(t；n))

式中，U^aorb为四元信息符号为1时释放的分子数；x[n]为第n个时隙的传输位长；F(t；n)为分子在第一个时隙开始时释放，经过j个时隙后被接收的接收概率，F(t；n)的表达式为：

式中，t为一个分子从被发送到被接收的时间成本；T_s为每个时隙的长度；f(t；i)为分子在第i个时隙中第一次被接收的概率分布函数，f(t；i)的表达式为：

式中，γ＝D_TN+D_RN，β＝D_RN+D，其中D_TN为分子在发送端的分子扩散系数，D_RN为分子在接收端的分子扩散系数，D为分子在分子扩散信道中的扩散系数；d₀为发送端到接收端的距离；erf(·)为标准误差函数；f(t)的表达式为：

式中，v_t为分子扩散信道中的流体介质的漂移速度；

为在第n个时间槽被接收的分子数，

满足二项分布：

式中，I为码间干扰的长度；x[n-i]为发送端在第n-i个时隙的传输位数；

ω[n]为噪声分子，ω[n]的满足正态分布：

基于同一发明构思，本发明还提供一种移动分子扩散通信的传输装置，包括发送单元和接收单元，所述发送单元包括：

比特流编码模块，用于获取所述待发送信息，对所述待发送信息进行比特流编码，得到第一处理信息；

RS编码模块，用于对所述第一处理信息进行RS编码，得到第二处理信息；

串行/并行转换模块，用于对所述第二处理信息并行位流的转换，得到第三处理信息；

映射模块，用于根据所述第三处理信息映射得到对应的分子释放信息；

所述接收单元包括：

分子数比较模块，用于获取所述分子接收信息，根据分子接收信息分别得到第一分子和第二分子的分子数，并与预设阈值进行比较；

决策模块，用于根据比较结果映射得到接收码字信息；

RS译码模块，用于对所述接收码字信息进行RS译码，得到还原码字信息，并将所述还原码字信息传输至信宿。

进一步地，所述RS编码模块中对所述第一处理信息进行RS编码，包括：

根据所述第一处理信息获取生成多项式g(x)，生成多项式g(x)的表达式为：

式中，α为伽罗华域常数；i为码元在第一处理信息的信息码元序列中的位置，0≤i≤k-1；j为奇偶校验位的长度，1≤j≤2t；

根据生成多项式g(x)获得码字多项式c(x)，码字多项式c(x)的表达式为：

c(x)＝(u₀+u₁·x+…+u_k-1·x^k-1)·g(x)＝c₀+c₁x+…+c_n-1·x^n-1

式中，u₀，u₁，...，u_k-1∈GF(2^m)，c₀，c₁，...，c_n-1∈GF(2^m)

根据码字多项式c(x)获得接收多项式r(x)，接收多项式r(x)的表达式为：

r(x)＝c(x)+e(x)

其中，e(x)为错误多项式，错误多项式e(x)的表达式为：

式中，i₁，i₂，...，i_t为第一处理信息中错误码元的位置，e₁，e₂，...，e_t表示错误码元的错误值；

所述RS译码中对所述接收码字信息进行RS译码，得到还原码字信息，包括：

使生成多项式g(x)除以所述接收码字信息对应的接收多项式r(x)，若接收多项式r(x)能被生成多项式g(x)整除，则接收码字信息中没有错误；若接收多项式r(x)不能被生成多项式g(x)整除，则接收码字信息中存在错误，此时获取伴随多项式S_j，伴随多项式S_j的表达式为：

其中1≤j≤2t；

根据伴随多项式S_j计算错误位置多项式σ(x)，根据错误位置多项式得到接收码字信息中的错误位置；

根据错误位置计算错误误差值，并在错误位置使错误值与错误误差值相加即得到还原码字信息。

进一步地，所述决策模块中根据比较结果映射得到接收码字信息，包括：

当所述第一分子的分子数小于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数小于所述预设阈值时，映射得到第一四元信息符号；

当所述第一分子的分子数大于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数小于所述预设阈值时，映射得到第二四元信息符号；

当所述第一分子的分子数小于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数大于所述预设阈值时，映射得到第三四元信息符号；

当所述第一分子的分子数大于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数大于所述预设阈值，映射得到第四四元信息符号；

将映射得到的四元信息符号加入接收码字信息。

进一步地，所述分子数比较模块中根据分子接收信息分别得到第一分子和第二分子的分子数后，还包括：

分子数的表达式为：

其中，N^aorb[n]为在第n个时隙所获取的分子数，N^aorb[n]满足二项分布：

N^aorb[n]～B(U^aorbx[n]，F(t；n))

式中，U^aorb为四元信息符号为1时释放的分子数；x[n]为第n个时隙的传输位长；F(t；n)为分子在第一个时隙开始时释放，经过j个时隙后被接收的接收概率，F(t；n)的表达式为：

式中，t为一个分子从被发送到被接收的时间成本；T_s为每个时隙的长度；f(t；i)为分子在第i个时隙中第一次被接收的概率分布函数，f(t；i)的表达式为：

式中，γ＝D_TN+D_RN，β＝D_RN+D，其中D_TN为分子在发送端的分子扩散系数，D_RN为分子在接收端的分子扩散系数，D为分子在分子扩散信道中的扩散系数；d₀为发送端到接收端的距离；erf(·)为标准误差函数；f(t)的表达式为：

式中，v_t为分子扩散信道中的流体介质的漂移速度；

为在第n个时间槽被接收的分子数，

满足二项分布：

式中，I为码间干扰的长度；x[n-i]为发送端在第n-i个时隙的传输位数；

ω[n]为噪声分子，ω[n]的满足正态分布：

基于同一发明构思，本发明还提供一种移动分子扩散通信系统，包括：发射机和接收机，其中所述发射机包括发射处理器和发射端，其中发射处理器用于执行计算机程序，该计算机程序被所述发射处理器执行时实现上述移动分子扩散通信的传输方法的发送处理步骤；发射端用于获取所述发射处理器的分子释放信息，根据所述分子释放信息释放第一分子和第二分子到分子扩散信道中；

所述接收机包括接收端和接收处理器，其中接收端用于接收来自分子扩散信道中的第一分子和第二分子，根据接收移动分子的情况生成对应的分子接收信息，并将所述分子接收信息传输至所述接收处理器；所述接收处理器用于执行计算机程序，该计算机程序被所述接收处理器执行时实现上述移动分子扩散通信的传输方法的接收处理步骤。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为实施例的移动分子扩散通信系统的示意图；

图2为一种移动分子扩散通信的传输方法的发送部分的步骤流程示意图；

图3为一种移动分子扩散通信的传输方法的接收部分的步骤流程示意图；

图4为一种移动分子扩散通信的传输处理装置的结构示意图；

图5为四类移动分子扩散通信系统的符号误码率-传输分子数曲线图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明通过对移动分子携带的传输信号进行前向纠错的信道编码，在译码时检查移动分子扩散信道中的码字是否正确，并且检测错误码字中的错误位置和错误值，根据错误位置和错误值能够对传输信号进行纠错。同时，通过两种类型的移动分子进行四元信息符号的编码，在接收移动分子时以两种类型的移动分子的数量作为决策变量进行解码，从而能够减少码间串扰(inter-symbol interference，ISI)。具体通过以下实施例进行说明。

请参阅图1，其为本实施例的移动分子扩散通信系统的示意图。该系统包括发射机11和接收机12，其中发射机11用于对来自信源的携带传输信号的移动分子进行纠错编码和四元信息符号编码，并发送携带编码信息的传输分子至分子扩散信道；接收机12用于接收来自分子扩散信道的传输分子并进行解码和纠错，再传输至信宿。在本实施例中，移动分子扩散通信系统通过两种类型的移动分子进行信息传输，为便于说明以下将该两种类型的移动分子分别命名为第一分子和第二分子。

具体地，所述发射机11包括发射处理器111和发送端112，其中发射处理器111用于执行计算机程序，该计算机程序被发射处理器111执行时实现移动分子扩散通信的传输方法的步骤，请参阅图2，其为一种移动分子扩散通信的传输方法的发送部分的步骤流程示意图，该方法包括步骤：

S11：获取来自信源的待发送信息，对所述待发送信息进行比特流编码，得到第一处理信息；

S12：对所述第一处理信息进行RS(Reed-Solomon)编码，得到第二处理信息；

S13：对所述第二处理信息并行位流的转换，得到第三处理信息；

S14：根据所述第三处理信息映射得到对应的分子释放信息。

在步骤S11中，可通过ON-OFF键控对来自信源的信息进行比特流编码。

在步骤S12中，所述RS编码是在伽罗华域GF(2^m)中进行的，RS编码表示为RS(n，k)，其中n表示第一处理信息中码字的码元数，k表示第一处理信息中的信息码元数，则RS编码的奇偶校验位的长度为n-k位，RS编码可纠正第一处理信息中每个码字的码元错误数t的表达式为

在本实施例中，RS编码选用为RS(7，3)码。设待编码的第一处理信息中每个码字的信息码元序列为(u₀，u₁，...，u_k-1)，进行RS编码具体包括步骤：

S121：根据所述第一处理信息获取生成多项式g(x)，生成多项式g(x)的表达式为：

式中，α为伽罗华域常数；i为码元在第一处理信息的信息码元序列中的位置，0≤i≤k-1；j为奇偶校验位的长度，1≤j≤2t。

S122：根据生成多项式g(x)获得码字多项式c(x)，码字多项式c(x)的表达式为：

c(x)＝(u₀+u₁·x+…+u_k-1·x^k-1)·g(x)＝c₀+c₁x+…+c_n-1·x^n-1

式中，u₀，u₁，...，u_k-1∈GF(2^m)，c₀，c₁，...，c_n-1∈GF(2^m)。

S123：根据码字多项式c(x)获得接收多项式r(x)，接收多项式r(x)的表达式为：

r(x)＝c(x)+e(x)，

其中，e(x)为错误多项式，错误多项式e(x)的表达式为：

式中，i₁，i₂，...，i_t为第一处理信息中错误码元的位置，e₁，e₂，...，e_t表示错误码元的错误值。

在步骤S14中，第三处理信息是以四元信息符号来表示信息的，四元信息符号包括00、01、10和11，以每两位码元为一组进行映射。分子释放信息的类型包括不释放分子、释放第一分子、释放第二分子以及同时释放第一分子和第二分子，其中第一分子和第二分子为两种不同类型的分子。分子释放信息与四元信息符号的映射关系如表1所示，当第三处理信息中的两位码元为00时，分子释放信息映射为不是释放分子；当第三处理信息中的两位码元为01时，分子释放信息映射为释放第一分子；当第三处理信息中的两位码元为10时，分子释放信息映射为释放第二分子；当第三处理信息中的两位码元为10时，分子释放信息映射为同时释放第一分子和第二分子。

表1

发送端112用于获取所述发射处理器111传输的分子释放信息，根据所述分子释放信息释放第一分子和第二分子到分子扩散信道中。

所述接收机12包括接收端121和接收处理器122，其中接收端121用于接收来自分子扩散信道中的第一分子和第二分子，根据接收移动分子的情况生成对应的分子接收信息，分子接收信息的类型包括未接收分子、接收第一分子和接收第二分子，接收端121将分子接收信息传输至接收处理器122。

接收处理器122用于执行计算机程序，该计算机程序被接收处理器122执行时实现移动分子扩散通信的传输方法的步骤，请参阅图3，其为一种移动分子扩散通信的传输方法的接收部分的步骤流程示意图，该方法包括步骤：

S21：获取来自接收端121的所述分子接收信息，根据分子接收信息得到第一分子和第二分子的分子数，并与预设阈值进行比较；

S22：根据比较结果映射得到接收码字信息；

S23：对所述接收码字信息进行RS译码，得到还原码字信息并传输至信宿。

在步骤S21中，计算第一分子和第二分子的分子数时，设第n个时隙的分子数y^aorb[n]的表达式为：

其中，N^aorb[n]为在第n个时隙到达接收端121的信息分子数，由于接收端121在第n个时隙接收的信息分子数服从二项分布，则N^aorb[n]满足二项分布：

N^aorb[n]～B(U^aorbx[n]，F(t；n))，

式中，U^aorb为四元信息符号为1时发送端112释放的分子数；x[n]为发送端112在第n个时隙的传输位长；F(t；n)为分子在第一个时隙开始时由发送端112释放，经过j个时隙后到达接收端121的分子被接收端121接收的接收概率，F(t；n)的表达式为：

式中，t为一个分子从发送端112移动至接收端121的时间成本；T_s为每个时隙的长度；f(t；i)为分子在第i个时隙中第一次到达接收端121的概率分布函数，f(t；i)的表达式为：

式中，γ和β分别定义为γ＝D_TN+D_RN，β＝D_RN+D，其中D_TN为发送端112的分子扩散系数，D_RN为接收端121的分子扩散系数，D为分子在分子扩散信道中的扩散系数；d₀为发送端112到接收端121的距离；erf(•)为标准误差函数；f(t)的表达式为：

，

式中，v_t为分子扩散信道中的流体介质的漂移速度。

为码间干扰(Inter-Symbol Interference，ISI)分子数，即在第n个时间槽到达接收端121的分子数，

满足二项分布：

式中，I为码间干扰的长度；x[n-i]为发送端112在第n-i个时隙的传输位数。

ω[n]为噪声分子数，ω[n]的满足正态分布：

在步骤S22中，所述比较结果包括第一分子的分子数小于预设阈值，且第二分子的分子数小于预设阈值、第一分子的分子数大于预设阈值，且第二分子的分子数小于预设阈值、第一分子的分子数小于预设阈值，且第二分子的分子数大于预设阈值以及第一分子的分子数大于预设阈值，且第二分子的分子数大于预设阈值。根据四种结果对应四种四元信息符号进行映射；将映射得到的四元信息符号加入接收码字信息。所述比较结果与接收码字信息的一示例性映射关系如表2所示，当比较结果为第一分子的分子数小于预设阈值，且第二分子的分子数小于预设阈值，则接收码字信息的两位码元映射为00；当比较结果为第一分子的分子数大于预设阈值，且第二分子的分子数小于预设阈值，则接收码字信息的两位码元映射为01；当比较结果为第一分子的分子数小于预设阈值，且第二分子的分子数大于预设阈值，则接收码字信息的两位码元映射为10；当比较结果为第一分子的分子数大于预设阈值，且第二分子的分子数大于预设阈值，则接收码字信息的两位码元映射为11。

表2

在步骤S23中，通过Berlekamp-Massey算法对所述接收码字信息进行RS译码，包括步骤：

S231：使生成多项式g(x)除以所述接收码字信息对应的接收多项式r(x)，若接收多项式r(x)能被生成多项式g(x)整除，则接收码字信息中没有错误；若接收多项式r(x)不能被生成多项式g(x)整除，则接收码字信息中存在错误，此时获取伴随多项式S_j，伴随多项式S_j的表达式为：

其中1≤j≤2t。

S232：根据伴随多项式S_j计算错误位置多项式σ(x)，根据错误位置多项式得到接收码字信息中的错误位置。具体为，错误位置多项式σ(x)的表达式为：

则接收码字信息中的错误位置为错误位置多项式σ(x)的根的负指数，即i₁，i₂，...，i_t。错误位置多项式σ(x)的根可以通过简式搜索算法计算，具体为，使用α⁰，α¹，...，α^n-1表示错误位置多项式σ(x)的根，由αⁿ＝1，α^-i＝α^n-1，若α^-i为错误位置多项式σ(x)的根，则α^n-1为位置误差数。

S233：根据错误位置计算错误误差值，并在错误位置使错误值与错误误差值相加即得到还原码字信息。具体为，设错误码元的位置为η_k＝α^k(k＝1，2，...，t)，对应的误差值为e_k(k＝1，2，...，t)，通过Forney算法估计错误误差值，对下述线性方程进行求解得到误差值：

基于同一发明构思，本发明还提供一种移动分子扩散通信的传输处理装置。请参阅图4，其为一种移动分子扩散通信的传输处理装置的结构示意图，该传输装置包括发送处理单元21和接收处理单元22，其中，所述发送处理单元21包括比特流编码模块211、RS编码模块212、串行/并行转换模块213和映射模块214，其中比特流编码模块211用于获取来自信源的待发送信息，对所述待发送信息进行比特流编码，得到第一处理信息并传输至RS编码模块212；RS编码模块212用于对所述第一处理信息进行RS编码，得到第二处理信息并传输至串行/并行转换模块213；串行/并行转换模块213用于对所述第二处理信息并行位流的转换，得到第三处理信息并传输至映射模块214；映射模块214用于根据所述第三处理信息映射得到对应的分子释放信息。

所述接收处理单元22包括分子数比较模块221、决策模块222、RS译码模块223，其中分子数比较模块221用于根据分子接收信息分别得到第一分子和第二分子的分子数，并与预设阈值进行比较，并将比较结果传输至决策模块222；决策模块222用于根据比较结果映射得到接收码字信息，并将接收码字信息传输至RS译码模块223；RS译码模块223用于对所述接收码字信息进行RS译码，得到还原码字信息并传输至信宿。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于上述自主探索方法实施例，本装置实施例的具体实施细节与本发明的自主探索方法的实施例中所公开的实施细节相同，在此不再赘述。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元。

为证明本发明的技术效果，请参阅图5，其为四类移动分子扩散通信系统的符号误码率(SER，Symbol Error Rate)-传输分子数(Number of Transmitted Molecules)曲线图，四类移动分子通信系统分别为使用MoSK调制的移动分子通信系统、使用MoSK调制及RS码的移动分子通信系统、使用D-MoSK调制的移动分子通信系统、使用D-MoSK调制及RS码的移动分子通信系统，可见，使用了RS码进行纠错的移动分子通信系统的符号误码率低于未使用RS码纠错的移动分子通信系统，使用D-MoSK调制的移动分子通信系统的符号误码率低于普通MoSK调制的移动分子通信系统，而使用RS码及D-MoSK调制的移动分子通信系统的符号误码率远低于普通MoSK调制的移动分子通信系统。由此说明相对于现有技术，本发明在移动的分子扩散通信系统中加入RS编码降低了分子扩散通信系统的错误率，加入D-Mosk调制抑制了码间串扰，提高了移动分子扩散通信系统的抗干扰能力，提升了移动分子扩散通信系统的信号传输性能。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (9)

1.一种移动分子扩散通信的传输方法，包括对来自信源的待发送信息进行发送处理和对来自接收端的分子接收信息进行接收处理，其特征在于，所述发送处理包括步骤：

获取所述待发送信息，对所述待发送信息进行比特流编码，得到第一处理信息；

对所述第一处理信息进行RS编码，得到第二处理信息；

对所述第二处理信息并行位流的转换，得到第三处理信息；

根据所述第三处理信息映射得到对应的分子释放信息；

所述接收处理包括步骤：

获取所述分子接收信息，根据分子接收信息分别得到第一分子和第二分子的分子数，并与预设阈值进行比较；

根据比较结果映射得到接收码字信息；

对所述接收码字信息进行RS译码，得到还原码字信息，并将所述还原码字信息传输至信宿。

2.根据权利要求1所述的传输方法，其特征在于，对所述第一处理信息进行RS编码，包括：

根据所述第一处理信息获取生成多项式g(x)，生成多项式g(x)的表达式为：

式中，α为伽罗华域常数；i为码元在第一处理信息的信息码元序列中的位置，0≤i≤k-1；j为奇偶校验位的长度，1≤j≤2t；

根据生成多项式g(x)获得码字多项式c(x)，码字多项式c(x)的表达式为：

c(x)＝(u₀+u₁·x+…+u_k-1·x^k-1)·g(x)＝c₀+c₁x+…+c_n-1·x^n-1

式中，u₀,u₁,...,u_k-1∈GF(2^m)，c₀,c₁,...,c_n-1∈GF(2^m)

根据码字多项式c(x)获得接收多项式r(x)，接收多项式r(x)的表达式为：

r(x)＝c(x)+e(x)

其中，e(x)为错误多项式，错误多项式e(x)的表达式为：

式中，i₁,i₂,...,i_t为第一处理信息中错误码元的位置，e₁,e₂,...,e_t表示错误码元的错误值；

对所述接收码字信息进行RS译码，得到还原码字信息，包括：

使生成多项式g(x)除以所述接收码字信息对应的接收多项式r(x)，若接收多项式r(x)能被生成多项式g(x)整除，则接收码字信息中没有错误；若接收多项式r(x)不能被生成多项式g(x)整除，则接收码字信息中存在错误，此时获取伴随多项式S_j，伴随多项式S_j的表达式为：

其中1≤j≤2t；

根据伴随多项式S_j计算错误位置多项式σ(x)，根据错误位置多项式得到接收码字信息中的错误位置；

根据错误位置计算错误误差值，并在错误位置使错误值与错误误差值相加即得到还原码字信息。

3.根据权利要求1所述的传输方法，其特征在于，根据比较结果映射得到接收码字信息，包括：

当所述第一分子的分子数小于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数小于所述预设阈值时，映射得到第一四元信息符号；

当所述第一分子的分子数大于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数小于所述预设阈值时，映射得到第二四元信息符号；

当所述第一分子的分子数小于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数大于所述预设阈值时，映射得到第三四元信息符号；

当所述第一分子的分子数大于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数大于所述预设阈值，映射得到第四四元信息符号；

将映射得到的四元信息符号加入接收码字信息。

4.根据权利要求1所述的传输方法，其特征在于，根据分子接收信息分别得到第一分子和第二分子的分子数，包括：

分子数的表达式为：

其中，N^aorb[n]为在第n个时隙所获取的分子数，N^aorb[n]满足二项分布：

N^aorb[n]～B(U^aorbx[n],F(t；n))

式中，U^aorb为四元信息符号为1时释放的分子数；x[n]为第n个时隙的传输位长；F(t；n)为分子在第一个时隙开始时释放，经过j个时隙后被接收的接收概率，F(t；n)的表达式为：

式中，t为一个分子从被发送到被接收的时间成本；T_s为每个时隙的长度；f(t；i)为分子在第i个时隙中第一次被接收的概率分布函数，f(t；i)的表达式为：

式中，γ＝D_TN+D_RN，β＝D_RN+D，其中D_TN为分子在发送端的分子扩散系数，D_RN为分子在接收端的分子扩散系数，D为分子在分子扩散信道中的扩散系数；d₀为发送端到接收端的距离；erf(·)为标准误差函数；f(t)的表达式为：

式中，v_t为分子扩散信道中的流体介质的漂移速度；

为在第n个时间槽被接收的分子数，

满足二项分布：

式中，I为码间干扰的长度；x[n-i]为发送端在第n-i个时隙的传输位数；

ω[n]为噪声分子，ω[n]的满足正态分布：

5.一种移动分子扩散通信的传输装置，其特征在于，包括用于对来自信源的待发送信息进行发送处理的发送单元和用于对来自接收端的分子接收信息进行接收处理的接收单元，所述发送单元包括：

比特流编码模块，用于获取所述待发送信息，对所述待发送信息进行比特流编码，得到第一处理信息；

RS编码模块，用于对所述第一处理信息进行RS编码，得到第二处理信息；

串行/并行转换模块，用于对所述第二处理信息并行位流的转换，得到第三处理信息；

映射模块，用于根据所述第三处理信息映射得到对应的分子释放信息；

所述接收单元包括：

分子数比较模块，用于获取所述分子接收信息，根据分子接收信息分别得到第一分子和第二分子的分子数，并与预设阈值进行比较；

决策模块，用于根据比较结果映射得到接收码字信息；

RS译码模块，用于对所述接收码字信息进行RS译码，得到还原码字信息，并将所述还原码字信息传输至信宿。

6.根据权利要求5所述的传输装置，其特征在于：所述RS编码模块中对所述第一处理信息进行RS编码，包括：

根据所述第一处理信息获取生成多项式g(x)，生成多项式g(x)的表达式为：

式中，α为伽罗华域常数；i为码元在第一处理信息的信息码元序列中的位置，0≤i≤k-1；j为奇偶校验位的长度，1≤j≤2t；

根据生成多项式g(x)获得码字多项式c(x)，码字多项式c(x)的表达式为：

c(x)＝(u₀+u₁·x+…+u_k-1·x^k-1)·g(x)＝c₀+c₁x+…+c_n-1·x^n-1

式中，u₀,u₁,...,u_k-1∈GF(2^m)，c₀,c₁,...,c_n-1∈GF(2^m)

根据码字多项式c(x)获得接收多项式r(x)，接收多项式r(x)的表达式为：

r(x)＝c(x)+e(x)

其中，e(x)为错误多项式，错误多项式e(x)的表达式为：

式中，i₁,i₂,...,i_t为第一处理信息中错误码元的位置，e₁,e₂,...,e_t表示错误码元的错误值；

所述RS译码模块中对所述接收码字信息进行RS译码，得到还原码字信息，包括：

使生成多项式g(x)除以所述接收码字信息对应的接收多项式r(x)，若接收多项式r(x)能被生成多项式g(x)整除，则接收码字信息中没有错误；若接收多项式r(x)不能被生成多项式g(x)整除，则接收码字信息中存在错误，此时获取伴随多项式S_j，伴随多项式S_j的表达式为：

其中1≤j≤2t；

根据伴随多项式S_j计算错误位置多项式σ(x)，根据错误位置多项式得到接收码字信息中的错误位置；

根据错误位置计算错误误差值，并在错误位置使错误值与错误误差值相加即得到还原码字信息。

7.根据权利要求5所述的传输装置，其特征在于，所述决策模块中根据比较结果映射得到接收码字信息，包括：

当所述第一分子的分子数小于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数小于所述预设阈值时，映射得到第一四元信息符号；

当所述第一分子的分子数大于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数小于所述预设阈值时，映射得到第二四元信息符号；

当所述第一分子的分子数小于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数大于所述预设阈值时，映射得到第三四元信息符号；

当所述第一分子的分子数大于所述预设阈值，且所述第二分子的分子数大于所述预设阈值，映射得到第四四元信息符号；

将映射得到的四元信息符号加入接收码字信息。

8.根据权利要求5所述的传输装置，其特征在于，所述分子数比较模块中根据分子接收信息分别得到第一分子和第二分子的分子数，包括：

分子数的表达式为：

其中，N^aorb[n]为在第n个时隙所获取的分子数，N^aorb[n]满足二项分布：

N^aorb[n]～B(U^aorbx[n],F(t；n))

式中，U^aorb为四元信息符号为1时释放的分子数；x[n]为第n个时隙的传输位长；F(t；n)为分子在第一个时隙开始时释放，经过j个时隙后被接收的接收概率，F(t；n)的表达式为：

式中，t为一个分子从被发送到被接收的时间成本；T_s为每个时隙的长度；f(t；i)为分子在第i个时隙中第一次被接收的概率分布函数，f(t；i)的表达式为：

式中，γ＝D_TN+D_RN，β＝D_RN+D，其中D_TN为分子在发送端的分子扩散系数，D_RN为分子在接收端的分子扩散系数，D为分子在分子扩散信道中的扩散系数；d₀为发送端到接收端的距离；erf(·)为标准误差函数；f(t)的表达式为：

式中，v_t为分子扩散信道中的流体介质的漂移速度；

为在第n个时间槽被接收的分子数，

满足二项分布：

式中，I为码间干扰的长度；x[n-i]为发送端在第n-i个时隙的传输位数；

ω[n]为噪声分子，ω[n]的满足正态分布：

9.一种移动分子扩散通信系统，其特征在于，包括：发射机和接收机，其中所述发射机包括发射处理器和发射端，其中发射处理器用于执行计算机程序，该计算机程序被所述发射处理器执行时实现权利要求1-2中任一项所述传输方法的发送处理步骤；发射端用于获取所述发射处理器的分子释放信息，根据所述分子释放信息释放第一分子和第二分子到分子扩散信道中；

所述接收机包括接收端和接收处理器，其中接收端用于接收来自分子扩散信道中的第一分子和第二分子，根据接收移动分子的情况生成对应的分子接收信息，并将所述分子接收信息传输至所述接收处理器；所述接收处理器用于执行计算机程序，该计算机程序被所述接收处理器执行时实现权利要求1、3-4中任一项所述传输方法的接收处理步骤。

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