Joint Trajectory and Passive Beamforming Design for Intelligent Reflecting Surface-Aided UAV Communications: A Deep Reinforcement Learning Approach

计算机科学 强化学习 弹道 用户设备 能源消耗 波束赋形 离散化 轨迹优化 实时计算 深度学习 通信系统 人工智能 基站 计算机网络 电信 生态学 数学分析 物理 数学 天文 生物
作者
Liang Wang,Kezhi Wang,Cunhua Pan,Nauman Aslam
出处
期刊:IEEE Transactions on Mobile Computing [IEEE Computer Society]
卷期号:: 1-11 被引量:78
标识
DOI:10.1109/tmc.2022.3200998
摘要

In this paper, the intelligent reflecting surface (IRS)-aided unmanned aerial vehicle (UAV) communication system is studied, where the UAV is deployed to serve the user equipment (UE) with the assistance of multiple IRSs mounted on several buildings to enhance the communication quality between UAV and UE. We aim to maximize the energy efficiency of the system, including the data rate of UE and the energy consumption of UAV via jointly optimizing the UAV's trajectory and the phase shifts of reflecting elements of IRS, when the UE moves and the selection of IRSs is considered for the energy saving purpose. Since the system is complex and the environment is dynamic, it is challenging to derive low-complexity algorithms by using conventional optimization methods. To address this issue, we first propose a deep Q-network (DQN)-based algorithm by discretizing the trajectory, which has the advantage of training time. Furthermore, we propose a deep deterministic policy gradient (DDPG)-based algorithm to tackle the case with continuous trajectory for achieving better performance. The experimental results show that the proposed algorithms achieve considerable performance compared to other traditional solutions.

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