Slides sull' accesso casuale nei sistemi satellitari utilizzando l'algoritmo slotted Aloha in presenza di diversità di pacchetto e cancellazione dell'interferenza.

1. Laureando:
Jas Valencic
Relatore:
prof. Massimiliano Comisso
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TRIESTE
Dipartimento di Ingegneria e Architettura
Corso di Studi in Ingegneria elettronica ed informatica
Curriculum informatica
Accesso casuale nei sistemi satellitari
utilizzando l'algoritmo slotted Aloha in
presenza di diversità di pacchetto e
cancellazione dell'interferenza.

2. Contenuti
Introduzione
Sistema e schema d’accesso casuale
Descrizione del canale Random Access (RA)
Preamble del burst
Algoritmo di cancellazione dell’interferenza
Risultati
Conclusioni

3. Sistema e schema d’accesso casuale
Il sistema considerato è il collegamento di ritorno di una rete d’accesso satellitare, i vari ST condividono le risorse
secondo uno schema MF-TDMA anche se verrà considerato un singolo portante.
Ogni ST può inviare al massimo un pacchetto MAC per frame anche se in pratica invia due copie dello
stesso pacchetto MAC.
La struttura del frame è mostrata in figura e si nota che il frame è composto da un numero fisso M di slot.

4. Descrizione del canale RA
Ogni slot ha dimensione 𝑁𝑠𝑙𝑜𝑡𝑠
𝑅𝐴
simboli e può allocare un burst RA, che è composto da 𝑁𝑝𝑟𝑒
𝑅𝐴
simboli del preamble
𝑁𝑝𝑎𝑦
𝑅𝐴
simboli del payload. Inoltre vengono allocati nello slot anche 𝑁 𝐺𝑢𝑎𝑟𝑑
𝑅𝐴
simboli di guardia.
I segnali che caratterizzano il comportamento del canale sono quindi:
l’array dei campioni discreti del generico segnale del burst 𝑠̅[ 𝑖,𝑛] generato dallo ST # 𝑖 nello slot # n:
𝑠 𝑖, 𝑛 = 𝑃 𝑇𝑥[𝑖] 𝑠 𝑝𝑟𝑒 𝑖 , 𝑠 𝑝𝑎𝑦 𝑖, 𝑛 , 𝑠 𝑔𝑢𝑎𝑟𝑑 , 𝑠 𝑝𝑟𝑒 𝑖 = 𝑐1 𝑖 , 𝑐2 𝑖 , … 𝑐 𝑁 𝑝𝑟𝑒
𝑅𝐴 𝑖 ,
𝑠 𝑔𝑢𝑎𝑟𝑑 = 0,0, … 0 , 𝑠 𝑝𝑎𝑦 𝑖, 𝑛 =
1
2
𝑑 𝑝,1 𝑖, 𝑛 + 𝑗𝑑 𝑞,1 𝑖, 𝑛 … 𝑑 𝑝,𝑁 𝑝𝑎𝑦
𝑅𝐴 𝑖, 𝑛 + 𝑗𝑑 𝑞,𝑁 𝑝𝑎𝑦
𝑅𝐴 𝑖, 𝑛
Mentre i campioni di segnale ricevuti al gateway:
𝑟 𝑛 = 𝑖=1
𝑁 𝑆𝑇
𝛿[𝑖, 𝑛]𝐿[𝑖, 𝑛] 𝑠 𝑖, 𝑛 𝑧−𝐷[𝑖,𝑛]
∙ exp{𝑗 𝜙 𝑖, 𝑛 + Δω 𝑖, 𝑛 𝑡 𝑛 ) + 𝑤[𝑛]

5. Preamble del burst
Per applicare le tecniche di cancellazione dell’interferenza è necessario effettuare una buona stima dei parametri
del canale.
La fase al contrario di altri parametri non può venir derivata dalla replica corretta del burst.
Per risolvere questo problema i preamble dei burst vengono firmati da una sequenza binaria pseudo-casuale.
Questo porta ad un altro problema ovvero si crea una probabilità di collisione dei burst che è:
𝑃𝑝𝑟𝑒−𝑐𝑜𝑙𝑙 𝐺 =
𝑖=1
𝐺∙𝑀𝑠𝑙𝑜𝑡𝑠
𝑅𝐴
−1
𝑃𝑖𝑛𝑡 𝑖 𝐺 ∙ [1 − (1 − 𝑝)𝑖
]

6. Algoritmo di cancellazione dell’interferenza
Il demodulatore dei burst CRDSA conserva in memoria i campioni della banda base corrispondenti a un frame
RA completo per effettuare un processo di decodifica iterativo. Il contatore è impostato inizialmente ad uno e
ad ogni iterazione eseguirà i seguenti passaggi:
1.0 Demodulazione e decodifica dei burst corretti.
1.1 Ricerca delle sequenze del preamble, decodifica del payload, stima dei parametri del burst del canale e
verifica del CRC.
1.2 Rigenerazione al livello complesso della banda base e estrazione delle informazione sulla posizione della
replica, sulla temporizzazione e sulla sequenza di firma del preamble.
1.3 Conservazione delle informazioni sulla posizione della replica

7. Algoritmo di cancellazione dell’interferenza
2.0 Algoritmo di risoluzione delle contese: In questa fase il demodulatore CRDSA elaborerà gli slot dove le repliche dei burst
corretti sono state trasmesse e non sono ancora state individuate.
2.1 Si assume che l’ampiezza, la temporizzazione e la frequenza siano costanti tra burst inviati dallo stesso ST nello stesso frame e
che siano derivati correttamente dal burst corretto individuato.
2.2 Viene effettuata una stima dell’ampiezza dalla replica corretta:
𝐴 𝑅𝑥 𝑖 𝑘, 𝑛 𝑟
𝑘 ≅ 𝐴 𝑅𝑥 𝑖 𝑘, 𝑛 𝑘 ≅
1
𝑁 𝑝𝑎𝑦
𝑅𝐴 |𝑟𝑝𝑎𝑦[𝑖 𝑘, 𝑛 𝑘] ∙ 𝑠 𝑝𝑎𝑦
∗
𝑖 𝑘, 𝑛 𝑘
𝑇
|.
2.3 Viene stimata la fase: 𝜙 𝑖 𝑘, 𝑛 𝑘
𝑟
≅ arg 𝑟𝑝𝑟𝑒[𝑖 𝑘, 𝑛 𝑘
𝑟
∙ 𝑠 𝑝𝑟𝑒
∗
[𝑖 𝑘]
𝑇
}
2.4 I burst trasmessi che hanno colliso vengono rimossi tramite IC:
𝑟 𝑛 𝑘
𝑟
, 𝑁𝑖𝑡𝑒𝑟 + 1 ≅ 𝑟 𝑛 𝑘
𝑟
, 𝑁𝑖𝑡𝑒𝑟 − 𝐴 𝑖 𝑘
, 𝑛 𝑘 ・ exp 𝑗 𝜙 𝑖 𝑘, 𝑛 𝑘
𝑟
+ 𝛥𝜔 𝑖 𝑘, 𝑛 𝑘 𝑡 𝑛 𝑘
𝑟
・[ 𝑠 𝑝𝑟𝑒 𝑖 𝑘 , 𝑠 𝑝𝑎𝑦[𝑖 𝑘, 𝑛 𝑘]]
2.5 Si aumenta il valore del contatore di 1.
2.6 Se si è raggiunto il valore massimo di iterazioni ci si ferma sennò si riparte da 1.1

8. Risultati: Throughput
I risultati che seguono sono ottenuti da un simulatore del
sistema CRDSA.
Viene esaminato il throughput in funzione del carico MAC
normalizzato (G), per un numero di variabile di iterazione
massime del processo di risoluzione della contesa.
Il massimo guadagno si ottiene per un numero
di iterazioni massime pari a dieci.
Il CRDSA ha il picco di throughput di 0.52 per un carico
normalizzato di 0.65 mentre lo SA ha il picco di throughput
di 0.36 per un carico normalizzato pari a 1.

9. Risultati: Rapporto pacchetti persi
Viene esaminato il rapporto di pacchetti persi
𝑃𝑅𝐿 𝑀𝐴𝐶(𝐺) = 1 –
𝑇(𝐺)
𝐺
in funzione del carico MAC normalizzato, per
gli schemi d’accesso CRDSA, DSA e SA.
Il CRDSA ha un rapporto più basso di pacchetti persi
per tutti i valori di carico.

10. Conclusioni:
Questa ricerca ha dimostrato che l’applicazione della cancellazione dell’interferenza al algoritmo Slotted Aloha
in presenza di diversità di pacchetto offre prestazioni migliori rispetto allo SA e DSA che sono le tecniche RA
attualmente utilizzate nei sistemi satellitari TDMA.
L’introduzione, per la prima volta, di queste tecniche nei sistemi TDMA ha portato in seguito a un loro studio
più approfondito che ha portato allo sviluppo di algoritmi più performanti come l’Irregular Repetition Slotted
Aloha (IRSA).