Achievability Bounds for T-Fold Irregular Repetition Slotted ALOHA Scheme in the Gaussian MAC
我们解决了高斯多址接入信道（MAC）的不协调的大规模随机接入的问题。研究了低复杂度的T重不规则重复时隙ALOHA（IRSA）方案的性能，并给出了可扩展性界。该方案与IRSA相比的主要区别如下：任何阶数高达T的冲突都可以在一定概率的噪声引入错误的情况下解决。为了优化方案的参数，我们结合G. Liva和Y.波利扬斯基由于能量效率对于大规模机器类型通信（mMTC）至关重要，因此我们的主要目标是最小化实现目标分组丢失率（PLR）所需的每比特能量。我们考虑两种情况：（a）活跃用户的数量是固定的;（b）活跃用户的数量是泊松随机变量。
2018-11-18 cs.IT math.IT
Irregular Repetition Slotted ALOHA Over the Binary Adder Channel
提出了一种基于不规则重复时隙ALOHA（IRSA）的二进制加法器信道（BAC）随机接入协议。BAC捕获了重要的物理层概念，例如分组生成、每时隙解码和信息速率，这些在通常考虑的冲突信道模型中被忽略。我们将一帧划分为时隙，让用户从给定的码本中生成一个数据包，并通过时隙进行传输。在Paolini等人（2022）提出的现有技术方案中，码本被构造为BCH码的奇偶校验矩阵。在这里，我们从独立和相同分布的二进制符号构造码本，以获得随机编码可扩展性界。我们的每时隙解码器逐步丢弃不兼容的码字从候选码字的列表中，并可以通过在迭代中缩小此列表来改进。在实际利益的制度，我们的计划可以解决更多的冲突用户在一个插槽中，从而实现了更高的平均总和率比Paolini等人（2022）的计划。
2023-02-23 cs.IT math.IT
On the Performance of Irregular Repetition Slotted ALOHA with an Age of Information Threshold
本文重点介绍了物联网设置，其中大量的设备生成的时间戳更新寻址到一个共同的网关。媒体接入采用免赠款方式进行管理，该系统旨在通过平均网络信息年龄（AoI）衡量，使接收者保持最新知识。在这种情况下，我们提出了一个变化的不规则重复时隙ALOHA（IRSA）协议。被称为年龄阈值IRSA（AT-IRSA）的方案利用由接收器提供的反馈来仅允许AoI超过动态适配的目标值的设备进入信道。通过详细的网络模拟，以及一个简单而紧密的解析近似，我们证明了这种方法可以超过一半的平均网络AoI相比，平原IRSA，并提供显着的改进基于反馈的国家的最先进的时隙ALOHA解决方案最近在文献中提出。
2022-10-27 cs.IT cs.NI math.IT
Channel State Information Based User Censoring in Irregular Repetition Slotted Aloha
不规则重复时隙ALOHA（Irregular Repetition Slotted Aloha，IRSA）是一种大规模随机接入协议，可用于为大量用户提供服务，同时实现接近于零的分组丢失率（PLR）。然而，如果用户的数量太高，则系统是干扰受限的并且PLR接近于1。在本文中，我们提出了一个变种的IRSA的干扰限制制度，即审查IRSA（C-IRSA），其中用户与不良的信道状态审查自己发送他们的数据包。通过密度演化理论分析了C-IRSA的吞吐量性能。使用此，我们推导出封闭形式的表达式的审查阈值的最佳选择，最大限度地提高吞吐量，同时实现零PLR之间未经审查的用户。通过大量的数值模拟，我们表明，C-IRSA可以实现4 $\times$的峰值吞吐量相比，传统的IRSA的改善。
2023-02-24 cs.IT eess.SP math.IT
Intra-Slot Interference Cancellation for Collision Resolution in Irregular Repetition Slotted ALOHA
ALOHA类协议成为无线网络中分布式和非协调多随机接入的流行解决方案。然而，媒体访问控制（MAC）层的这种分布式操作导致共享信道的次优利用。原因之一是当同时发送多于一个分组时发生冲突。这些数据包不能被解码，需要重新传输。然而，最近已经表明，可以对这些冲突的分组应用信号处理技术，使得可以解码有用的信息。这是最近在不规则重复时隙ALOHA（IRSA）中提出的，只要活动用户的数量小于每帧时隙的数量，就可以实现用于非常大的MAC帧长度的吞吐量$T \simeq 0.97$。在本文中，我们扩展了IRSA的操作，i）一个迭代的物理层解码处理，利用捕获效应和ii）连续干扰消除（SIC）处理在时隙级，称为时隙内SIC，解码多个冲突的数据包每个时隙。我们评估所提出的方案，被称为扩展IRSA（E-IRSA），在吞吐量和信道容量的性能。基于计算机的仿真结果表明，E-IRSA协议允许达到最大的理论上可实现的吞吐量，即使在场景中的活跃用户的数量高于每帧的时隙数。结果还表明，E-IRSA协议显着提高了性能，即使在实际场景中使用的小MAC帧长度。
2016-06-06 cs.IT math.IT
Sliding window-based Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA
竞争解决分集时隙ALOHA（CRDSA）及其突发度优化（CRDSA++、IRSA）利用MAC突发重复和干扰消除（IC），使得在实际实现中可能达到与$T \simeq 0.8$一样高的吞吐量值，而对于传统的时隙ALOHA $T \simeq 0.37$。然而，这些新技术引入了基于帧的信道接入，限制了吞吐量和数据包传输延迟方面的性能。本文介绍了一种新的技术称为滑动窗口CRDSA（SW-CRDSA）和它的对应的不规则重复（SW-IRSA），以利用MAC突发重复和干扰消除（IC）的优点与无帧接入方案。数值结果也提供了为了验证声明的更好的性能。
2015-01-23 cs.IT cs.NI math.IT
Performance Analysis of Irregular Repetition Slotted Aloha with Multi-Cell Interference
不规则重复时隙ALOHA（Irregular Repetition Slotted Aloha，IRSA）是一种大规模随机接入协议，用户通过一个帧向基站发送其分组的多个副本。现有的研究已经分析了单小区（SC）设置中的IRSA，由于小区间干扰，其没有扩展到更实际相关的多小区（MC）设置。在这项工作中，我们分析MC IRSA，占导频污染和多用户干扰。通过数值模拟，我们说明，在实际设置中，MC IRSA可以有一个急剧的损失的吞吐量，高达$70\%$，相比SC IRSA。此外，MC IRSA需要显著更高的训练长度（与SC IRSA相比大约4- 5倍），以便支持相同的用户密度并实现相同的吞吐量。我们还提供了深入了解的影响，导频长度，天线的数量，和信号噪声比的MC IRSA的性能。
2022-05-28 cs.IT eess.SP math.IT
A Novel Framework of K-repetition Grant-free Access via Diversity Slotted Aloha (DSA)
本文提出一种用于 K-GF-NOMA 的 $α$-IIC-DSA 多用户检测新框架，通过 AP 利用不同资源块信号相关性生成干扰实现 SIC 检测，适用于大量微型 MTCDs 的随机接入场景。
2024-01-09 cs.IT cs.NI math.IT
High Throughput Random Access via Codes on Graphs: Coded Slotted ALOHA
在本文中，编码时隙ALOHA（CSA）被引入作为一个强大的随机接入方案的MAC帧。在CSA中，一般用户希望在MAC帧中发送的突发首先被分成段，然后在发送之前通过本地面向分组的代码对这些段进行编码。在接收机侧，执行与本地码的解码相结合的迭代干扰消除以从冲突中恢复。新方案推广了以前提出的不规则重复时隙ALOHA（IRSA）技术，基于一个简单的重复用户的突发。的CSA干扰消除过程的解释作为一个迭代擦除解码过程中的稀疏二分图被确定，并推导出相应的密度演化方程。基于这些方程，渐近最优CSA计划的几个速率和有限数量的用户通过模拟和IRSA的竞争对手相比，他们的性能进行了研究。最高可达0.8。新方案在需要功率效率的情况下被证明是一个很好的候选方案。
2011-02-12 cs.IT math.IT
Irregular Repetition Slotted Aloha with Multipacket Detection: A Density Evolution Analysis
本文研究具备 k-MUD 多分组接收的 IRSA，推导任意帧长下分组丢失率的非渐近密度演化方程，并利用势函数给出零解码错误的容量阈值界及有限内存、有界延迟性能。
2023-12-11 cs.IT cs.NI math.IT
Finite Length Performance of Random Slotted ALOHA Strategies
如果共享公共无线资源的多个连接设备同时访问信道，则它们可能会产生干扰。介质访问控制（MAC）协议通常调节设备对共享信道的访问以限制信号干扰。特别地，当采用干扰消除方法从冲突中恢复时，不规则重复时隙ALOHA（IRSA）技术可以实现高吞吐量性能。在这项工作中，我们研究了有限长度的性能IRSA方案的连续干扰消除和迭代置信传播之间的类比擦除信道。我们使用一种新的组合推导的基础上矩阵占用理论计算的错误概率，我们验证了我们的方法与仿真结果。
2016-07-08 cs.IT math.IT
Unequal Error Protection in Coded Slotted ALOHA
我们分析了编码时隙ALOHA系统的性能的情况下，用户有不同的错误保护要求，相应地可以分为用户类。主要目标是设计系统，以便满足每个类的要求。为此，我们推导出分析误差地板近似的丢包率为每一类在有限帧长度制度，以及在渐近的情况下的密度演化。基于这种分析，我们提出了一种启发式的方法来优化度分布，以提供所需的不等错误保护。此外，我们分析了不同类别的用户的解码延迟，并表明，更好的保护用户体验较小的平均解码延迟。
2016-09-16 cs.IT math.IT
User Activity Detection for Irregular Repetition Slotted Aloha based MMTC
不规则重复时隙ALOHA（Irregular Repetition Slotted Aloha，IRSA）是一种用于大规模机器类型通信的免授权随机接入协议，其中大量用户零星地向基站（BS）发送他们的数据分组。IRSA是一种完全分布式的多址接入协议：在任何给定的帧中，用户的一个小子集，即，活动用户在随机选择的资源元素（RE）中发送其分组的副本。在BS处的解码过程中的第一步是检测在每个帧中哪些用户是活动的。为此，开发了一种新的贝叶斯用户活动检测（UAD）算法，该算法利用了用户活动的稀疏性以及基于IRSA的传输的底层结构。其次，推导了信道估计中均方误差的克拉美-罗界。经验表明，作为所提出的UAD算法的副产品获得的信道估计实现了CRB。然后，考虑到UAD、信道估计误差和导频污染，分析了用户实现的信号与干扰加噪声比。这些非理想的影响，IRSA的吞吐量说明通过蒙特卡罗模拟。例如，在具有1500个用户并且每帧10%的用户是活动的系统中，低至20个符号的导频长度对于精确的用户活动检测是足够的。相反，使用用于UAD的经典压缩感知方法将需要大约346个符号的导频长度。结果还揭示了关键的见解依赖UAD错误和吞吐量的参数，如导频序列的长度，在BS的天线的数量，用户的数量，和信噪比。
2022-06-23 cs.IT eess.SP math.IT
Asymptotic and Finite Frame Length Analysis of Frame Asynchronous Coded Slotted ALOHA
我们考虑一个帧异步编码时隙ALOHA（FA-CSA）系统，其中用户根据泊松随机过程成为活跃的。与标准帧同步CSA（FS-CSA）相反，用户在其激活之后的时隙中发送其消息的第一副本，并且在多个后续时隙中均匀随机地发送其他副本。我们推导出（近似）密度演化特征的渐近性能的FA-CSA时，帧长度趋于无穷大。我们表明，如果用户可以监控系统开始传输之前，发生类似的空间耦合码的边界效应，这大大提高了解码阈值相比，FS-CSA。我们还推导出解析近似的错误地板（EF）在有限帧长度制度。我们表明，FA-CSA产量一般较低的EF，更好的性能在瀑布区域，和较低的平均延迟，相比FS-CSA。
2016-06-14 cs.IT math.IT
On the Modeling and Performance Assessment of Random Access with SIC
在本文中，我们回顾的关键因素的优点，以评估先进的随机接入（RA）计划，利用物理层编码，重复和冲突解决技术的性能。然后，我们调查RA建模方面和他们的影响因素的优点的示范先进的RA计划：竞争解决分集时隙ALOHA（CRDSA），不规则重复时隙ALOHA（IRSA），编码时隙ALOHA（CSA）和增强的频谱ALOHA（E-SSA）。我们发现，典型的简化接收模型时，用于优化RA计划导致不准确的调查结果，无论是在参数优化和品质因数，如丢包率（PLR）和吞吐量。我们还推导出一个通用的RA的能源效率模型，能够比较的计划，在传输数据包所需的能量。在目标PLR和能量效率的可实现的RA吞吐量的组合，对于相同的平均用户功率投资每帧和占用的带宽，表明E-SSA，这是一个非时隙的方案，提供了最好的整体性能，而在时隙方案，CRDSA优于更详细的IRSA和CSA。这个令人惊讶的结果是由于IRSA和CSA优化到目前为止是使用不能准确反映物理层接收机行为的RA信道模型来执行的。最后，我们提供了关于如何在IRSA和CSA设计和优化中包含更准确的接收模型的见解。
2018-01-19 cs.IT math.IT
On Frame Asynchronous Coded Slotted ALOHA: Asymptotic, Finite Length, and Delay Analysis
我们认为一个帧异步编码时隙ALOHA（FA-CSA）系统的非协调多址接入，其中用户加入系统的时隙的基础上，根据泊松随机过程，在对比标准帧同步CSA（FS-CSA），用户不帧同步。我们分析了FA-CSA的丢包率和延迟方面的性能。特别是，我们推导出（近似）密度演化特征的渐近性能的FA-CSA时，帧长度趋于无穷大。我们表明，如果接收器可以监控系统之前，任何人开始传输，边界效应类似的空间耦合码发生，这大大提高了迭代解码阈值。此外，我们推导出严格的近似的错误地板（EF）的有限帧长度制度的基础上，发生的最频繁的停止集的概率。我们表明，在一般情况下，FA-CSA提供了更好的性能在EF和瀑布区域相比，FS-CSA。此外，FA-CSA表现出更好的延迟性能比FS-CSA。
2016-11-25 cs.IT math.IT
A Game-Theoretic Perspective for Efficient Modern Random Access
本文采用博弈论方法优化现代随机接入中自私用户的接入策略，通过设定成功奖励值实现兼顾传输成本的纳什均衡，所提方法在多用户场景下吞吐量比framed ALOHA最高提升34%。
2024-10-12 cs.GT cs.IT math.IT
Broadcast Coded Slotted ALOHA: A Finite Frame Length Analysis
我们提出了一个不协调的媒体访问控制（MAC）协议，称为全对全广播编码时隙ALOHA（B-CSA）的可靠的全对全广播具有严格的延迟约束。在B-CSA中，每个用户在半双工模式下同时充当发射机和接收机。半双工模式会产生双重不等错误保护（DUEP）现象：用户重复其数据包的次数越多，该数据包被其他用户解码的概率就越高，但该用户解码来自其他用户的数据包的概率就越低。我们分析了有限帧长的数据包擦除信道上的B-CSA的性能。特别是，我们提供了一个一般性的分析停止集B-CSA和推导出一个解析近似的性能在错误地板（EF）区域，它捕获的DUEP功能的B-CSA。仿真结果表明，所提出的近似预测非常好的性能B-CSA在EF区域。最后，我们考虑应用B-CSA车辆通信，并比较其性能与载波侦听多址接入（CSMA），目前在车辆网络的MAC协议。结果表明，在相同的可靠性下，B-CSA比CSMA能够支持更多的用户。
2016-05-25 cs.IT math.IT
High-Throughput Random Access via Codes on Graphs
最近，竞争解决分集时隙ALOHA（CRDSA）已被引入作为一个简单的，但有效的改进时隙ALOHA。它依赖于MAC突发重复和干扰消除来增加经典时隙ALOHA接入方案的归一化吞吐量。CRDSA允许以增加的平均发射功率为代价实现比时隙ALOHA更大的吞吐量。本文提出了一种在平均发射功率增加和吞吐量提高之间进行折衷的方法。具体地，提出将每个MAC突发划分为k个子突发，并且经由（n，k）擦除校正码对它们进行编码。根据特定的时间/频率跳变模式，在MAC信道上发送n个编码的子突发。每当接收到n-e>=k个子突发（同一突发的）而没有冲突时，擦除解码允许恢复剩余的e个子突发（其由于冲突而丢失）。然后可以进行干扰消除过程，在e个时隙中去除由e个恢复的子突发引起的干扰，可能允许与其他突发相关的子突发的正确解码。因此，对于CRDSA情况，该过程被迭代。
2010-10-19 cs.IT math.IT
Rate Selection and Power Adaptation using Maximal Ratio Combining for the Random Access Gaussian Channel
随着机器驱动通信的出现，对于具有大量活动设备的网络的随机多址接入方案的设计重新引起了人们的兴趣。最近提出的许多接入范例是对时隙ALOHA的增强。其中一个流行的计划，不规则重复时隙ALOHA（IRSA），是基于一个类比之间的多址连续干扰消除和消息传递解码二分图。IRSA及其变体的大多数结果都集中在碰撞信道上，而忽略了物理层的物理限制，如发射功率约束和加性高斯噪声。因此，IRSA到高斯多址接入信道的朴素扩展在低信噪比机制中不是功率有效的。这项工作介绍了一种新的范例，使设备适应他们的速率和/或发射功率的基础上，他们选择的重复配置文件。接收器在解码消息之前对所有副本执行最大比率组合。有限用户数的数值结果表明，该方案可以提供实质性的改善，在功率效率和平均速率比标准IRSA。
2018-01-10 cs.IT math.IT
On the Capacity Region of ALOHA Protocol for the Internet of Things
在物联网（IoT）中满足大量不同用户的需求，特别是管理用户如何访问公共信道，对网络设计人员提出了独特的挑战。在本文中，我们研究了一个异构的物联网网络，由多个类别的用户谁可能有不同的服务需求。对于该网络，我们考虑应用不规则重复时隙ALOHA（IRSA），该技术已被证明可以为单类网络提供大吞吐量。然后，我们专注于通过研究每个类别的可行吞吐量值集（称为容量区域）来找到网络性能边界。为此，我们首先引入了多类网络的对偶网络的概念，这意味着具有相同数量用户的同构网络。然后，我们证明，找到假设的多类网络的容量区域归结为找到其对偶网络的最大可实现的吞吐量。利用这一发现，我们然后讨论如何任何给定的点的容量区域可以实现。此外，进行延迟性能研究，以评估每个类的用户所经历的平均和最大分组传输延迟。
2016-05-27 cs.IT cs.NI math.IT
Age of Information in Prioritized Random Access
信息年龄（AoI）是一个性能指标，用于捕获状态更新的新鲜度。虽然AoI已被彻底研究了点对点链路，现代随机接入协议对这个指标的影响仍然不清楚。在本文中，我们将Munari最近的结果扩展到优先随机接入，其中设备根据不同的AoI要求分为不同的类别。我们考虑不规则重复时隙ALOHA协议，并通过与Munari（2021）类似的马尔可夫分析来分析AoI的演变。我们的目标是设计的协议，以满足AoI的要求，为每个类，同时最大限度地减少功耗。为此，我们优化了每个类的更新概率和度分布，使得它们的AoI超过给定阈值的概率低于给定的目标，并且传输数据包的平均数量最小化。
2021-12-02 cs.IT math.IT
Layered Non-Orthogonal Random Access with SIC and Transmit Diversity for Reliable Transmissions
本文研究了一种基于非正交多址接入（NOMA）的分层随机接入方案，以提高多信道ALOHA的吞吐量。在接收器处，跨层执行连续干扰消除（SIC）以移除已经解码的信号。在一定的假设条件下，导出了总吞吐量的封闭表达式.仿真结果表明，该方案可以优化各层的传输速率以最大化总吞吐量，并且可以提高多层网络的吞吐量。此外，它表明，最佳速率可以递归地发现使用多个单独的一维优化。我们还修改了拟议的分层随机接入方案与竞争解决重复分集可靠传输的延迟约束。它被证明是可能的，有一个低的中断概率，如果副本的数量可以被优化，这是高可靠性低延迟通信所期望的。
2017-12-08 cs.IT math.IT
IRSA-based Random Access over the Gaussian Channel
本文提出基于IRSA的高斯信道免授权大规模随机接入分析框架，推导密度演化方程、丢包率与负载阈值极限及收敛边界，并数值评估能效与谱效折衷，证明活跃用户足够多时性能逼近随机编码界。
2024-02-21 cs.IT math.IT
Random Access for Massive Machine-Type Communications
本论文致力于研究提高随机接入方案的效率，并促进其在机器类型通信（MTC）中的部署的方法。首先，针对免授权随机接入系统设计了一种联合用户活动识别和信道估计方案。我们提出了一种分散的传输控制，并设计了一个基于压缩感知（CS）的用户识别和信道估计方案。我们分析了所提出的方案的分组延迟和吞吐量。我们还优化了传输控制方案，以最大限度地提高系统的吞吐量。第二，随机接入方案，即，编码时隙ALOHA（CSA）方案被设计用于擦除信道以提高系统吞吐量。通过推导外部信息传输（EXIT）函数和优化其收敛行为，我们设计的CSA计划与重复码和最大距离可分离（MDS）码的码概率分布，以最大限度地提高预期的业务负载，分组擦除和时隙擦除信道。我们推导了无限帧长情况下CSA方案在擦除信道上的渐近吞吐量，并验证了该吞吐量与实际帧长情况下的吞吐量的近似性。第三，提出了一种有效的CSA方案的数据解码算法，以进一步提高系统效率。我们提出了一个低复杂度的物理层网络编码（PNC）的方法来获得线性组合的冲突数据包和设计一个增强的消息级连续干扰消除（SIC）算法，利用线性组合的冲突数据包。我们提出了一个分析框架，并推导出所提出的计划的系统吞吐量。CSA方案被进一步优化以最大化系统吞吐量和能量效率。
2019-06-10 cs.IT math.IT
