协议分析

CSA和MuSCA是CRDSA和IRSA的一种推广形式，主要是通过在协议中引入了编码、分割过程来实现对CRDSA中冗余度的消除，从而达到提高吞吐量的目的。
对CRDSA和IRSA的分析介绍在我之前的博客中有：
Aloha及其衍生协议CRDSA、IRSA的介绍.

编码时隙aloha（CSA）

编码时隙aloha协议是IRSA的延申。与IRSA中将用户的数据包进行简单重复之后插入到帧中不同，CSA首先对用户需要传的数据包进行编码、分割，再插入到MAC帧中。

CSA协议流程

1、发送端
与IRSA不同，为了传输分割后的数据块，CSA首先将每一个突发分割成k个子突发。这k个子突发然后由线性(n，k)分组级擦除纠错码编码。再将子突发传输。¹
2、接收端
(1) 在接收端，不同的发射用户发送的消息一旦冲突则被认为丢失。
论文¹中，假设使用MDS编码，在此编码方式的假设下，如果特定突发的丢失子突发的总数小于或等于n-k，则可以恢复n个子突发的完整集合。
(2) 每个子突发包含指向与同一突发相关的其他子突发的位置的指针，则可以应用与IRSA相同的干扰消除（IC）处理。

CSA与CRDSA之间的效果对比

¹中报告的优化CSA的模拟吞吐量结果似乎略优于编码速率大于1/2的IRSA。但没有报告PLR结果；因此，与其他RA方案进行公平的比较是不可能的。
从实现的角度来看，CSA由于其相关的信令机制，是一种更复杂的RA方案。
因为CSA将突发分割为子突发，并且每一个突发都要有信令的开销，因此会更为复杂。

多时隙编码aloha（MuSCA）

卫星通信中的多时隙编码MuSCA随机接入方法，可以被认为是竞争解决分集时隙Aloha机制CRDSA的推广。²
与上文介绍的CSA相似这个系统不是传输复制的突发，而是用被划分成几部分的一个纠错码来代替它们。
它也不同于编码时隙ALOHA (CSA)，因为不采用破坏性碰撞的假设（碰撞即认为丢失）。在MuSCA中，负责解码机制的实体在解码之前收集同一用户的所有突发(包括受干扰、冲突的时隙)，并执行连续干扰消除(SIC)过程来移除成功解码的信号。
仿真显示，对于100个时隙的帧，对于500个时隙的帧，可实现的总归一化吞吐量大于1.25和1.4，导致相对于CRDSA和CSA的增益分别为80%和75%。

MuSCA过程

1、发送端
假设发送系统的每个用户在每一帧都有传输k比特的数据的需求，可以假定使用速率为R的码（如DVB-SH），因此就可以生成k/R bits长度的数据块。编码后的数据块再进行交织并分割成Nb个冲突。
类似于CRDSA*，信令信息比特和前导码被添加到每个突发。每个突发的结构如下图所示

调制脉冲串在一个类似时隙的信道的几个时隙上发送(见下图)。

2、接收端
帧上的接收信号是通过数字用户信道后的信号总和。干扰消除(IC)过程对该信号应用两次:首先解码信令字段，然后解码每个定位用户的一组Nb个冲突的数据字段。
（1）接收机试图通过用连续干扰消除(SIC)算法解码信令字段来定位尽可能多的用户突发。它贯穿每个时隙，试图用速率为Rs的解码器解码信号场。如果解码成功，则发现同一用户的Nb-1个其他突发的位置。这允许接收机产生Nb个信号场（因为解码成功，因此可以复原出原信号），并从接收信号中减去它们。在此操作之后，Nu-1用户仍未找到。这个过程一直重复到最后。
（2）之后，开始对具有最多未碰撞(干净)突发的定位用户进行数据解码。接收器收集同一用户的所有突发，重建长度为1/R×k的码字，并将其发送给解码器。
与CSA中的操作不同，在MuSCA中，当一个突发被定位时，即使受到其他用户突发的干扰，它仍然可以参与解码过程。
只有当突发受到高度干扰并且没有为解码带来更多有用信息时，它才被视为丢失。
其中，对“高度干扰”的定义为：在一个时隙中发生冲突的消息数量超过了一定的阈值（如3）。这个阈值由编码的种类决定。
如下图中，设定阈值为2，则在MuSCA中也可以实现解码。

MuSCA的性能

下图描绘了使用MuSCA通信协议的情况下，turbo码在3种情况下的性能曲线:
a)3个突发在干净的时隙上，
b)3个突发与一个用户的信号冲突，
c)3个突发与2个其他用户冲突。

下图对比了CRDSA和MuSCA之间的吞吐量性能和正则化承载量之间的关系变化。

可以看出，CRDSA和MuSCA之间的吞吐量和正则化负载之间的分布趋势不同。
下图对比了相同误码率下SA、CRDSA和MuSCA之间的负载对比。
可以看出，当误码率相同时，MuSCA能够承受的负载更大，因此它的性能比CRDSA要好。

协议的缺点

CSA和MuSCA都在通信协议过程中引入了编码过程来消除冗余度，这能够提高吞吐量，但这也引入了问题：

更高的运算要求

编码、解码过程需要运算，这提高了对处理速度的要求

由更多的信令所带来的更高的开销

因为将原数据分割成了多个子突发，相关的信令开销更高，尤其是对于小尺寸的数据包。文献²中报道的仿真结果表明，在忽略信令开销的情况下，MuSCA优于CRDSA。

不能像CRDSA一样时隙级解码

在MuSCA方案中，编码符号被划分为Np个子分组，每个子分组被分配给不同的帧时隙。因此，子分组不能像CRDSA那样在时隙级解码。这使得接收端的处理延迟更高了。

Paolini E , Liva G , Chiani M . High Throughput Random Access via Codes on Graphs: Coded Slotted ALOHA[C]// IEEE International Conference on Communications. IEEE, 2010. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Bui H C , Lacan J , Boucheret M L . An Enhanced Multiple Random Access Scheme for Satellite Communications[J]. IEEE, 2011. ↩︎ ↩︎

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