Skip to main content
SUPERVISOR
Forooghosadat Tabataba
فروغ السادات طباطباء (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ebrahim Vadaei Naeini
ابراهیم ودعی نائینی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Inter-Symbol Interference Mitigation in Diffusion-based Molecular Communication Systems
Recent advances in nanotechnology enables the miniaturization of devices and communication networks. Molecular communication is a new communication paradigm where molecules are used to transfer information. Diffusion-based molecular communication is a promising approach for nanocommunication. However, according to the random nature of the diffusion of a molecule, the estimation of a molecule's arriving time at the receiver is difficult and a late arrival of a molecule causes interference between different symbols in detection. The inter-symbol interference (ISI) lowers the system's performance significantly, which inhibits communication at high data rates. Before addressing these problems, a pre-determined threshold for the received signal must be calculated to make a decision. In this research, an analytical technique is proposed to determine the optimum threshold, whereas other thresholds are calculated empirically in the literature. In addition to the requirement of a large sample set of received molecule counts to represent the system characteristics in empirical calculation, a slight change in the system model parameters such as temperature, requires all calculations to be repeated. The main objective of this thesis is to mitigate the ISI effect of diffusion-based molecular communication employing binary Concentration shift keying modulation scheme. We consider two worst case conditions in which the probability of correct detections are the least ones. We approximate these conditions using Gaussian distribution and calculate a new decision threshold based on the ISI effect of the communication channel Numerical results show that the proposed decision threshold method mitigates the ISI significantly and allows reliable transmissions inside nanocommunications. Key Words : Molecular Communications, Diffusion, Inter-Symbol Interference (ISI), ISI Cancellation, Brownian Motion, Decision Threshold.
در سال‌های اخیر با رشد و توسعه فزآینده علم نانو، شاخه بسیار جدیدی از سیستم‌ها و شبکه‌های مخابراتی در ابعاد چند نانومتر مطرح شده است. این سیستم‌ها یک نمونه ارتباطی هستند که فرآیند‌های مخابراتی بسیاری در آن‌ها با تقلید از سیستم‌های زیستی موجود در طبیعت طراحی شده‌اند. استفاده از این فنون برای مخابره اطلاعات در ابعاد نانو می‌تواند در زمینه‌هایی مثل بیولوژیکی و صنعتی بسیار مفید واقع شود اما تکنولوژی‌های مخابراتی پیشین برای سیستم‌های نانو مناسب نمی‌باشند. مخابرات مولکولی به دلیل تناسب بسیار زیاد با ابعاد و محیط مسئله، بهترین گزینه به شمار می‌رود. مخابرات مولکولی، یک حوزه جدیدی از مخابرات است که در آن از مولکول‌ها برای انتقال اطلاعات استفاده می‌کنند. در ساختار‌های ارائه شده جهت پیاده‌سازی این بستر، مخابره مولکولی با پراکنش به طور قابل توجهی موثر و مفید است. اما به دلیل ماهیت حرکت براونی مولکول‌ها و تصادفی بودن آن، برآورد زمان رسیدن مولکول‌ها در سمت گیرنده بسیار دشوار خواهد بود. یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های این روش مخابره، پدیده تداخل است که به دلیل دیر رسیدن مولکول‌ها به گیرنده در نرخ‌های بالای تبادل اطلاعات، رخ می‌دهد. با توجه به ساختار یک گیرنده، ضمن توجه به کانال مخابراتی بایستی یک سطح آستانه برای تصمیم‌گیری سمبل دریافتی محاسبه گردد. سطح آستانه در مخابرات مولکولی به صورت تجربی و با انجام آزمایشات متعدد بدست می‌آید که مشکل اساسی آن عدم ثبات سطح آستانه با تغییر پارامترهایی همچون دمای محیط انتشار است. در این پایان‌نامه یک روش تحلیلی برای محاسبه سطح آستانه ارائه شده است که اثر تداخل بین سمبلی در این سیستم‌ها را نیز کاهش می‌دهد. با در نظر گرفتن مدولاسیون غلظت مولکولی در فرستنده، می‌توان یک حالت ویژه برای هر سمبل فرض کرد که در آن احتمال آشکارسازی صحیح با توجه به اثر تداخل بسیار کم است. با فرض مدولاسیون باینری، این دو حالت ویژه براساس اثر تداخل بین سمبلی در سیستم مخابرات مولکولی پراکنشی بدست آمده‌اند و در آن‌ها شاهد بیشترین اثر تداخل خواهیم بود. با مدل‌سازی ریاضی این حالات سطح آستانه جدید قابل محاسبه است. با استفاده از تقریب گوسی، مدل‌های ریاضی بدست آمده را تخمین زده و یک سطح آستانه جدید با در نظر گرفتن این تقریب بدست می‌آوریم. در ادامه این پایان‌نامه تکنیک مدولاسیون MTSK ، که اثر تداخل بین سمبلی در این نوع سیستم را کاهش می‌دهد، بررسی شده و روش پیشنهادی نیز در این ساختار مورد تحلیل قرار می‌گیرد. نتایج شبیه‌سازی‌ها با پارامتر نرخ خطای بیت مقایسه شده و نشان می‌دهند که سطح آستانه محاسبه شده، به طور قابل توجهی تداخل را کاهش می‌دهد و کیفیت مخابره مولکولی در این نوع سیستم‌ها را بهبود می‌بخشد. واژه های کلیدی: مخابرات مولکولی، تداخل بین سمبلی، سطح آستانه، پراکنش، کاهش تداخل، حرکت براونی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی