Industry 5.0 and beyond networks have driven the emergence of numerous mission-critical applications, prompting contemplation of the neXt-generation ultra-reliable low-latency communication (xURLLC). To guarantee low-latency requirements, xURLLC heavily relies on short-blocklength packets with sporadic arrival traffic. As a disruptive multi-access technique, rate-splitting multiple access (RSMA) has emerged as a promising avenue to enhance quality of service (QoS) and flexibly manage interference for next-generation communication networks. In this paper, we investigate an innovative RSMA-assisted uplink xURLLC industrial internet-of-things (IIoT) (RSMA-xURLLC-IIoT) network. To unveil reliable insights into the statistical QoS provisioning (SQP) for our proposed network with sporadic arrival traffic, we leverage stochastic network calculus (SNC) to develop a dependable theoretical framework. Building upon this theoretical framework, we formulate the SQP-driven short-packet size maximization problem and the SQP-driven transmit power minimization problem, aiming to guarantee the SQP performance to latency, decoding, and reliability while maximizing the short-packet size and minimizing the transmit power, respectively. By exploiting Monte-Carlo methods, we have thoroughly validated the dependability of the developed theoretical framework. Moreover, through extensive comparison analysis with state-of-the-art multi-access techniques, including non-orthogonal multiple access (NOMA) and orthogonal multiple access (OMA), we have demonstrated the superior performance gains achieved by the proposed RSMA-xURLLC-IIoT networks.


翻译:工业5.0及未来网络推动了众多关键任务应用的出现,促使业界思考下一代超可靠低时延通信(xURLLC)。为满足低时延需求,xURLLC高度依赖具有突发到达流量的短块长数据包。作为一种颠覆性的多址接入技术,速率分割多址接入(RSMA)已成为提升服务质量(QoS)并灵活管理下一代通信网络干扰的有效途径。本文研究了一种创新的RSMA辅助上行xURLLC工业物联网(RSMA-xURLLC-IIoT)网络。为揭示所提网络在突发到达流量下统计服务质量保障(SQP)的可靠特性,我们利用随机网络演算(SNC)构建了一个可靠的理论框架。基于该理论框架,我们分别构建了SQP驱动的短包长度最大化问题与SQP驱动的发射功率最小化问题,旨在保障时延、解码及可靠性方面的SQP性能,同时分别实现短包长度最大化与发射功率最小化。通过采用蒙特卡洛方法,我们全面验证了所构建理论框架的可靠性。此外,通过与包括非正交多址接入(NOMA)和正交多址接入(OMA)在内的先进多址技术进行广泛对比分析,我们证明了所提出的RSMA-xURLLC-IIoT网络能够实现显著的性能增益。

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