细菌电缆上基于电子的通信容量：全 CSI 情形

受近期发现的微生物群落可在厘米尺度上转移电子的启发，本文在具有完全因果信道状态信息（CSI）的假设下，研究了通过电子转移进行、且与分子通信共存的细菌电缆的信息容量。细菌电缆被建模为一个电子队列，将电子从位于电子供体源、控制所需输入电子强度的编码器，传输至位于电子受体汇的解码器。对电缆沿线局部 ATP 饱和引起的堵塞进行了建模。研究了一种离散时间方案，从而能够计算可达速率。分析了时隙时长渐近小的 regime，并证明了二元输入分布的最优性，即编码器以最大或最小强度传输，这由电缆的物理约束决定。提出了容量的动态规划公式，并通过策略迭代确定了最优二元信令。证明最优信令的强度小于短视策略所给强度，后者贪婪地最大化瞬时信息速率却忽略其对稳态电缆分布的影响。相反，最优方案在达成高瞬时信息速率与诱导有利稳态分布之间取得平衡，使得具有高信息速率的那些状态被更频繁访问，从而揭示了 CSI 的重要性。本工作是针对复杂微生物结构（如细菌电缆与生物膜）中电子信令方案设计的首次贡献，其中最大化信息传输与保障整个细菌群落健康之间的张力随之显现。