1.一种基于位值存储的最佳时机阈值检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:设计信道以及传输参数,搭建分子通信的系统模型,利用CSK编码得到接收机接收分子数的概率分布函数;
步骤2:在接收端处通过零位存储的等概率方式得到检测阈值以及通过MAP算法的思想得到最佳阈值并优化接收最佳时机,进而实现步骤3中的误码率分析中的阈值估计;
步骤3:针对上述已经建立的系统模型以及信道参数和阈值,利用传0得1以及传1得0的思想得到分子通信中的误码率数学表达式;
步骤4:最后利用蒙特卡洛方法对误码率的数学表达式进行验证实验。
2.根据权利要求1所述的基于位值存储的最佳时机阈值检测方法,其特征在于,所述步骤1中,对发射端的分子进行基于浓度CSK编码,得到接收端分子数的概率分布的数学表达式,流程如下:建立一个无流的三维无界扩散通道模型,发射器生成粒子随之释放到通道中,当发射端传输比特1时,释放一定量的分子;反之不释放分子,假设发射器足够小可视为一个点,在信道中通过布朗运动相互独立随机扩散;
分子随机扩散是基于菲克定律,因此被释放的分子位置随时间变化,每个信息粒子的命中率表示为:其中,fhit(t)是信息粒子随时间t变化的命中率,r是球形接收机的半径,d是发射端和接收端之间的距离,D是扩散系数;
考虑OOK这一简单的调制方式,当发射端si=1时,发射器将Ntx信息粒子释放到环境中;
反之,不释放分子,假设发射机可以在很短的时间内释放Ntx信息粒子,因此发射机对接收信号的释放时间影响可以忽略不计;
因此接收机在释放粒子后t秒内成功接收的概率为:其中,erfc是互补误差函数;
通过量化时间间隔,在第(i‑1)个时隙释放粒子后的T持续时间中,一个粒子撞击接收器的概率为:其中,T是分子持续时间,i代表分子时隙;
对持续时间进行优化,得到最佳时机的接收机撞击概率为:其中,w1为优化起始时间权重,w2是优化结束时间权重,tM是接收端分子数达到最大时所对应的时间;
由于扩散通道的性质,并非所有的信息粒子都能在所考虑的时间段内到达接收器,因此一些粒子对后续传输间隔的信息粒子产生干扰,导致ISI;
第j个时隙接收的平均粒子数为Cj=NtxPj,其中Ntx是单次发射分子数,根据分子在信道传输特性,第i个时隙接收端接收的粒子数ri服从泊松分布:ri~Poisson(Ii+siC0)
其中, L代表信道长度,λ0是每单位时间的背景噪声功率,λ0T表示背景噪声, 表示ISI噪声,Ii代表噪声总和;
最终,在接收器端成功接收ri信息分子的概率分布如下:其中,si是当前时隙发射分子,C0是第0时隙接收的平均粒子数;
定义信噪比,用于步骤4中的作为横坐标:
3.根据权利要求2所述的基于位值存储的最佳时机阈值检测方法,其特征在于,所述步骤2中,最佳阈值的选择,处理过程如下:首先,接收器端的解码规则:
其中,ri是接收分子数,τ是检测阈值;
根据发射分子和不发射分子接收端收到的分子数相同,计算出检测阈值,等式如下:P(ri=τ|si=0)=P(ri=τ|si=1)对于1≤i≤L,Ci是未知的,但是平均ISI等效于 在这样的假设下,发送端发送si,接收机的接收分子数ri情况下:其中,λ|si是接收端的接收分子数,服从泊松分布;
将si=0和si=1代入等式中,得到等概率阈值如下:利用已经得到的理论误码率,在权利要求4中进行详细推导,将阈值作为可变的参数代入误码率中,求得使理论误码率最小的最佳τ值,具体推导如下:*
其中,argmin()是求目标函数最小的自变量的函数,Pe(τ)是关于τ的误码率,τ、 分别是目标函数的变量;
其中,si‑1表示在第i个时隙的前L个传输矢量。
4.根据权利要求3所述的基于位值存储的最佳时机阈值检测方法,其特征在于,在接收机端利用MAP最大后验算法建立处理模型,通过优化分子持续时间,得到较为理想的接收概率,最后根据误码的规则求出分子通信的一般误码率数学表达式,流程如下:首先,求发0收1的误码率,利用接收端接收分子数服从泊松分布:其中, 是伽马分布函数,si‑j是当前时隙i前j个时隙,是接收端的接收分子数,服从泊松分布;
其次,求发1收0的误码率,利用接收端接收分子数服从泊松分布:分子通信模型假设传输0和1是等概率的,故最终误码率为: