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Distance Estimation from a Diffusive Process: Theoretical Limits and Experimental Results

Broghammer, Fabio und Zhang, Siwei und Wiedemann, Thomas und Hoeher, Peter A. (2023) Distance Estimation from a Diffusive Process: Theoretical Limits and Experimental Results. IEEE Transactions on Molecular, Biological and Multi-Scale Communications. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TMBMC.2023.3303363. ISSN 2332-7804.

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Kurzfassung

Estimating the distance between the source of a diffusive process and a receiver has a variety of applications, ranging from gas source localization at the macro-scale to molecular communication at the micro-scale. Distance information can be extracted from features of the observed particle concentration, e.g. its peak. This paper derives the Cramér-Rao lower bound (CRB) for distance estimation given the advection-diffusion model for absorbing receivers, which is the fundamental limit of any distance estimator. Furthermore, CRBs are obtained for estimators using only information about the observed peak. A maximum-likelihood estimator using the entire signal and two estimators based on peak detection are deduced. The derived CRBs are used to study the effect of channel parameters on the estimation performance. Finally, the performance of the proposed estimators is verified by comparing the root mean squared errors with their theoretical bounds in a simulation, and preliminary experimental results are presented.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/196469/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Distance Estimation from a Diffusive Process: Theoretical Limits and Experimental Results
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Broghammer, Fabiofabio.broghammer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0613-8348153590479
Zhang, Siweisiwei.zhang (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4390-458XNICHT SPEZIFIZIERT
Wiedemann, ThomasThomas.Wiedemann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1740-8841NICHT SPEZIFIZIERT
Hoeher, Peter A.University of Kiel, Germanyhttps://orcid.org/0000-0003-3475-1710NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 August 2023
Erschienen in:IEEE Transactions on Molecular, Biological and Multi-Scale Communications
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1109/TMBMC.2023.3303363
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2332-7804
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Cramér-Rao lower bound, molecular communication, molecular localization, parameter estimation, ranging
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Schwarmnavigation
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Hinterlegt von: Broghammer, Fabio
Hinterlegt am:31 Aug 2023 16:19
Letzte Änderung:20 Feb 2024 10:42

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