Skip to main content
SUPERVISOR
Forooghosadat Tabataba
فروغ السادات طباطباء (استاد راهنما)
 
STUDENT
Tayyebeh Jahani-Nezhad
طیبه جهانی نژاد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
Nowadays nanotechnologies are developing and effecting in many areas. The presence of nanotechnology topics in communications can expand the boundaries of this science. In specific medical and industrial applications, nanoscale communications are needed. As a result, a new and interdisciplinary field is presented called Molecular Communication. Radio-based communication system models differ from molecular ones, so they cannot be used in molecular communication systems. Low achievable data rate is disadvantage of diffusion-based molecular over radio-based communication and there are not much researches on this. One solution to overcome this disadvantage is using molecular MIMO communication. In this thesis, we first discuss the differences between multi-antenna and single-antenna molecular communication systems, and introduce a formula for the first-hitting probability in molecular MIMO communication systems. Secondly, we introduce a matrix called channel matrix in these systems to examine the rank of this matrix in different scenarios. We would use diversity techniques in molecular MIMO communication if the channel matrix is full rank. In the next step, for the first time we introduce molecular spatial modulation (MSM) to increase data rate of systems. In a 1 system based on MSM to reduce bit error rate, a convex optimization problem is proposed in which the optimum number of transmitting molecules according to system structure is calculated. Then, we generalize the proposed modulation for 2 2 and 4 4 systems. In each of these systems, special detection methods are used, all of which are based on the threshold level detection method and use diversity techniques in molecular communication systems. Finally, based on BER, systems using MSM are fairly compared with the systems that have similar data rates. The results showed that the proposed modulation and detection methods not only increase the data rate, but also reduce BER. Whereas the proposed methods are very simple. Key Words: Molecular Communication, Molecular Spatial Modulation, MSM, MIMO, Diffusion, Increasing Data rate, Threshold Level Detection, Convex Optimization.
امروزه فناوری نانو به سرعت در حال گسترش بوده و در حوزه‌های گوناگون، تاثیر شگرفی از خود به جای می‌گذارد. به طبع، حضور مباحث فناوری نانو، در مخابرات، می‌تواند مرزهای این علم را نیز گسترده‌تر کند. در کاربردهای خاص پزشکی و صنعتی، نیاز به برقراری ارتباط در مقیاس نانو مطرح می‌شود که این امر منجر به معرفی شاخه جدید و بین رشته‌ای مخابرات مولکولی می‌گردد. سیستم‌های مخابرات مولکولی تفاوت‌های بسیاری با سیستم‌های مخابرات رادیویی داشته و برای استفاده از مدل‌های مطرح شده در مخابرات رادیویی برای سیستم‌های مخابرات مولکولی، باید به تفاوت‌ها و محدودیت‌های موجود توجه بسیار کرد. مخابرات مولکولی در مراحل ابتدایی خود بوده و تا رسیدن به بخش عملیاتی، فاصله بسیار دارد. یکی از ضعف‌های مخابرات مولکولی مبتنی بر پراکنش، پایین بودن نرخ انتقال اطلاعات می‌باشد. در خصوص افزایش نرخ انتقال اطلاعات در این سیستم‌ها، تحقیقات زیادی صورت نگرفته است. استفاده از چند فرستنده و چند گیرنده به عنوان پیشنهادی در این خصوص مطرح می‌شود‌؛ که می‌توان آن را سیستم مخابرات مولکولی چند آنتنی نامید. در این پایان‌نامه ابتدا تفاوت‌های سیستم‌های مخابرات مولکولی چند آنتنی و سیستم‌های تک آنتنی بررسی و مدل‌های احتمالاتی جدیدی، برای دریافت مولکول در گیرنده‌های سیستم‌های چند آنتنی مورد نظر، مطرح می‌شود. هم‌چنین با معرفی ماتریسی به عنوان ماتریس کانال در این سیستم‌ها، مرتبه ماتریس در شرایط مختلف بررسی شده تا در صورت مرتبه کامل بودن ماتریس کانال، از مباحث چندگانگی در سیستم‌های مخابرات مولکولی استفاده شود. در مرحله بعد برای افزایش نرخ انتقال اطلاعات، مدولاسیون مولکولی فضایی یا MSM در قالب یک سیستم 1 2 معرفی می‌شود. در این حالت برای کاهش احتمال خطا در گیرنده، یک مسئله بهینه‌سازی محدب ارائه شده که با بهره‌گیری از آن می‌توان تعداد مولکول‌های ارسالی بهینه را متناسب با ساختار سیستم بدست آورد. در گام بعد، مدولاسیون پیشنهادی برای سیستم‌های 2 2 و 4 4 تعمیم داده می‌شود. در هریک از این سیستم‌ها از روش‌های آشکارسازی مخصوصی استفاده شده؛ که همگی مبتنی بر روش آشکارسازی سطح آستانه می‌باشند. هم‌چنین در صورت لزوم از مباحث چندگانگی در سیستم‌های مخابرات مولکولی، استفاده می‌شود. در نهایت سیستم‌های پیشنهادی مبتنی بر MSM ، با سیستم‌های مشابه، از منظر نرخ انتقال اطلاعات، به صورت عادلانه، بر حسب احتمال خطای بیت، مقایسه می‌شوند. مشاهده خواهد شد که روش‌های پیشنهادی در افزایش نرخ انتقال اطلاعات و هم‌چنین کاهش احتمال خطا به صورت توام، عملکرد قابل توجهی از خود نشان می‌دهند؛ این در حالی است که مدولاسیون پیشنهادی و آشکارسازهای معرفی شده از سادگی خاصی نیز برخوردار هستند. واژه‌های کلیدی: مخابرات مولکولی، 2- مدولاسیون فضایی مولکولی، 3- مخابرات چند آنتنی، 4-پراکنش، 5-افزایش نرخ انتقال اطلاعات، 6-آشکارساز سطح آستانه، 7- بهینه‌سازی محدب.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی