We consider a multi-link diffusion-based molecular communication (MC) system where multiple spatially distributed transmitter (TX)-receiver (RX) pairs establish point-to-point communication links employing the same type of signaling molecules. To exploit the full potential of such a system, an in-depth understanding of the interplay between the spatial user density and inter-user interference (IUI) and its impact on the system performance is needed. In this paper, we consider a three-dimensional unbounded domain with multiple spatially distributed point-to-point non-cooperative transmission links, where both the TXs and RXs are positioned on a regular fixed grid. For this setup, we first derive an analytical expression for the channel impulse responses between all TXs and RXs. Then, we derive the maximum likelihood (ML) detector for the RXs and show that it reduces to a threshold-based detector. Moreover, we derive an analytical expression for the corresponding detection threshold which depends on the statistics of the desired signal, the statistics of the MC channel, and the statistics of the IUI. Furthermore, we derive an analytical expression for the bit error rate and the achievable rate of a single transmission link. Finally, we propose a new performance metric, which we refer to as area rate efficiency (ARE), that captures the tradeoff between the transmission link density and the IUI. The ARE characterizes how efficiently the available TX and RX areas are used for information transmission and is expressed in bits per unit area. We show that there exists an optimal transmission link density for maximizing the ARE. The presented results reveal that the optimal link density depends on the number of molecules used for modulation and the value of the diffusion coefficient, while the impact of the chosen grid structure and the concentration of background noise molecules is negligible.


翻译:我们认为,这是一个多链接的基于扩散的分子通信(MC)系统,在这个系统中,多个空间分布的离子发送器(TX)接收接收器(RX)配对建立点对点通信联系,使用相同的信号分子。为了充分利用这种系统的潜力,需要深入了解空间用户密度和用户间干扰(IUI)之间的相互作用及其对系统性能的影响。在本文中,我们考虑一个三维的无约束域,多空间分布的点对点不合作传输链,其中TX和RX两个对等的离子发送器在固定的电网中固定了点对点对点通信联系。对于这个设置,我们首先为所有TX和RX之间的频道动力反应作出分析表达。然后,我们为RX的空间用户密度和用户间干扰(IX)及其对系统性能的影响提供最大的可能性(ML)探测器。此外,我们对相应的检测阈值阈值门槛值的门槛值取决于理想信号的统计、MC频道的统计以及IUI的统计。此外,我们首先为每个传输区域显示一个可实现的传输率的传输率,我们用来表示的传输速度,我们用来显示一个可实现传输速度的区域。

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