Molecular Communications (MC) is a bio-inspired communication paradigm which uses molecules as information carriers, thereby requiring unconventional transmitter/receiver architectures and modulation/detection techniques. Practical MC receivers (MC-Rxs) can be implemented based on field-effect transistor biosensor (bioFET) architectures, where surface receptors reversibly react with ligands, whose concentration encodes the information. The time-varying concentration of ligand-bound receptors is then translated into electrical signals via field-effect, which is used to decode the transmitted information. However, ligand-receptor interactions do not provide an ideal molecular selectivity, as similar types of ligands, i.e., interferers, co-existing in the MC channel can interact with the same type of receptors, resulting in cross-talk. Overcoming this molecular cross-talk with time-domain samples of the Rx's electrical output is not always attainable, especially when Rx has no knowledge of the interferer statistics or it operates near saturation. In this study, we propose a frequency-domain detection (FDD) technique for bioFET-based MC-Rxs, which exploits the difference in binding reaction rates of different types of ligands, reflected to the noise spectrum of the ligand-receptor binding fluctuations. We analytically derive the bit error probability (BEP) of the FDD technique, and demonstrate its effectiveness in decoding transmitted concentration signals under stochastic molecular interference, in comparison to a widely-used time-domain detection (TDD) technique. The proposed FDD method can be applied to any biosensor-based MC-Rxs, which employ receptor molecules as the channel-Rx interface.


翻译:分子通信(MC)是一种以分子为信息载体的生物激励通信模式,它使用分子作为信息载体,从而需要非传统的发报机/接收机结构以及调制/检测技术。实用的MC接收器(MC-Rx)可以基于实地效应晶体管生物传感器(BioFET)结构实施,在这种结构中,表面受体可以逆向地与离心机发生反应,而后者的浓度可以对信息进行编码。然后,通过实地效应将离心机受约束受视器的时间变化集中转化为电子信号,用于解译传送信息。然而,离心机互动并不提供理想的分子选择性,因为类似类型的离心器(MC-R-Reper),即干扰器(BioFET)的干扰器可以与同一类型的受体感应器发生相互作用,从而形成交叉对话。超越了Rx的电输出的时空样本,特别是当Rx没有对干扰比位数据进行应用时,或接近分析性解算的电路路路的信号-Rex-DRDM(我们提出其测测测算法的测测测算法中, ) 的测算中,这种测算和测算法的比力路路路路路路路路路路路路路路的比的比、测。

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