手把手教你学Simulink--基于多址接入技术的场景实例：随机接入协议(ALOHA, Slotted ALOHA)在NR下行链路中的应用

目录

手把手教你学Simulink

一、引言：随机接入——海量连接的“无调度先锋”

二、随机接入协议原理回顾

1. 纯ALOHA（Pure ALOHA）

2. 时隙ALOHA（Slotted ALOHA）

3. 在NR下行链路的适用场景

三、系统设计目标

四、建模过程详解

第一步：创建 Simulink 模型

必备工具箱：

第二步：定义系统参数

第三步：系统架构设计

核心思想：

系统框图：

第四步：关键模块实现

1. gNB 广播发射机

2. 用户组建模（核心）

3. 碰撞检测器

4. 吞吐量计算

第五步：完整 Simulink 模型搭建

推荐结构：

关键技巧：

五、仿真运行与结果分析

场景设置：

预期性能曲线：

1. 吞吐量 vs 归一化负载 GG

2. 成功接收率 vs 用户密度

3. 时延分析

图表输出建议：

六、扩展：增强型随机接入

1. 分组ALOHA（Group ALOHA）

2. NOMA + ALOHA 混合

3. 基于AI的监听策略

七、总结

附录：所需模块清单

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手把手教你学Simulink--基于多址接入技术的场景实例：随机接入协议(ALOHA, Slotted ALOHA)在NR下行链路中的应用

手把手教你学Simulink

——基于多址接入技术的场景实例：随机接入协议（ALOHA, Slotted ALOHA）在NR下行链路中的应用

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一、引言：随机接入——海量连接的“无调度先锋”

在 5G NR 及未来6G 系统中，海量机器类通信（mMTC） 场景要求支持每平方公里百万级设备接入。传统基于竞争的随机接入（如PRACH）在超高连接密度下将面临碰撞风暴与信令开销爆炸。

虽然 ALOHA 和 Slotted ALOHA 最初是为上行链路设计的，但其核心思想——免授权、随机传输、碰撞检测——可被创新性地应用于 NR下行链路的“广播-响应”场景 或 控制信令分发。

本文将手把手教你使用 MATLAB/Simulink 搭建一个 基于ALOHA协议的NR下行链路随机接入仿真系统，探索其在低时延广播、物联网唤醒、紧急通知分发等场景中的潜力。

✅ 核心思想：
基站（gNB）不预先调度，而是周期性广播资源机会，用户随机选择时隙接收数据或控制信息。

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二、随机接入协议原理回顾

1. 纯ALOHA（Pure ALOHA）

• 用户在任意时刻发送数据
• 若未收到ACK，则随机延迟后重传
• 最大吞吐量：Smax=12e≈18.4%Smax​=2e1​≈18.4%

2. 时隙ALOHA（Slotted ALOHA）

• 时间被划分为固定时隙
• 用户只能在时隙开始时发送
• 最大吞吐量：Smax=1e≈36.8%Smax​=e1​≈36.8%
• NR兼容性：与NR的时隙结构天然契合

3. 在NR下行链路的适用场景

场景	说明
物联网设备唤醒	gNB广播唤醒信号，设备随机监听
系统信息更新	周期性广播SI，设备随机接收
紧急广播（eMBMS）	灾难预警，用户随机接入接收
URLLC控制信令分发	低时延、高可靠控制信息广播

⚠️ 注意：
传统ALOHA用于上行，本文探讨其下行变体——即基站广播，用户随机接收/响应，实现轻量级、低信令开销的通信。

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三、系统设计目标

通过 Simulink 仿真验证：

1. ✅ 实现 Slotted ALOHA 下行广播模型
2. ✅ 模拟 海量用户随机监听行为
3. ✅ 统计 成功接收率、碰撞率、吞吐量
4. ✅ 分析 用户密度 vs 系统性能
5. ✅ 对比 纯ALOHA vs 时隙ALOHA 在NR时隙结构下的效率

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四、建模过程详解

第一步：创建 Simulink 模型

matlab

深色版本

% 创建模型
modelName = 'NR_SlottedALOHA_Broadcast';
new_system(modelName);
open_system(modelName);

必备工具箱：

• Simulink
• Communications Toolbox
• Stateflow（推荐，处理状态逻辑）
• MATLAB Function