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计算机科学 > 信息论

arXiv:2308.03042 (cs)
[提交于 2023年8月6日 ]

标题: 具有记忆和马尔可夫信源的扩散信道中的可实现信息速率分析

标题: Achievable Information Rate Analysis in Diffusive Channels with Memory and Markov Source

Authors:Fardad Vakilipoor, Luca Barletta, Stefano Bregni, Maurizio Magarini
摘要: 本文探讨了具有完全吸收接收器的扩散分子通信(MC)信道的可实现信息速率(AIR),该接收器在符号时间间隔(STIs)内统计吸收的粒子数,并在每个间隔开始时重置计数器。 受记忆效应影响,MC信道经历由分子延迟到达引起的符号间干扰(ISI)。 信道的记忆被量化为STI的整数倍,采用单样本无记忆检测器以减轻计算互信息(MI)的复杂性。 为了最大化MI,在输入的高斯近似下优化检测器阈值。 在二进制浓度移位键控调制的背景下,考虑 ISI 的影响计算信道的 MI。 考虑了两种不同的场景:独立和相关源生成的符号,后者建模为一阶马尔可夫过程。 对于每种通信场景,考虑了两种知识程度:ISI 感知和 ISI 不感知。 值得注意的是,证明了使用相关源可以实现更高的容量。 结果表明,达到容量的输入分布不一定是均匀的。 值得注意的是,当 STI 较小时,对应于强 ISI 的情况,最大 AIR 并不是通过等概率符号传输实现的。
摘要: This paper explores the Achievable Information Rate (AIR) of a diffusive Molecular Communication (MC) channel featuring a fully absorbing receiver that counts the absorbed particles during symbol time intervals (STIs) and resets the counter at the start of each interval. The MC channel, influenced by memory effect, experiences inter-symbol interference (ISI) arising from the molecules' delayed arrival. The channel's memory is quantified as an integer multiple of the STI and a single-sample memoryless detector is employed to mitigate complexity in computing the mutual information (MI). To maximize MI, the detector threshold is optimized under Gaussian approximation of its input. The channel's MI is calculated, considering the influence of ISI, in the context of binary concentration shift keying modulation. Two distinct scenarios were considered; independent and correlated source-generated symbols, the latter modeled as a first-order Markov process. For each communication scenario, two degrees of knowledge: ISI-Aware and ISI-Unaware were considered. Remarkably, it is demonstrated that employing a correlated source enables the attainment of higher capacity. The results indicate that the capacity-achieving input distribution is not necessarily uniform. Notably, when the STI is small, corresponding to the case of strong ISI, the maximum AIR is not achieved through equiprobable symbol transmission.
评论: 13页,12图。arXiv管理员注释:与arXiv:2306.04261文本重叠
主题: 信息论 (cs.IT)
引用方式: arXiv:2308.03042 [cs.IT]
  (或者 arXiv:2308.03042v1 [cs.IT] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.03042
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Fardad Vakilipoor [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2023 年 8 月 6 日 07:52:58 UTC (1,751 KB)
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