Joint Trajectory and Beamforming Optimization for UAV-RIS-Empowered Multiuser Communication Networks: A Double Deep Q-Network Approach

波束赋形 弹道 接头(建筑物) 计算机科学 轨迹优化 工程类 电信 物理 天文 建筑工程
作者
Sihui Shang,Tiantian Zhang,Dongyang Xu,Lei Liu,Celimuge Wu,Shahid Mumtaz,Chau Yuen
出处
期刊:IEEE Transactions on Vehicular Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:74 (10): 16024-16038 被引量:12
标识
DOI:10.1109/tvt.2025.3571057
摘要

Reconfigurable intelligent surface (RIS) assisted unmanned aerial vehicle (UAV) communication technology offers adaptable reflected beams and dynamic parameter adjustments, proving vital for managing the highly dynamic communication environments expected in wireless communications. However, a key challenge lies in addressing the dynamic and nonlinear problem of RIS phase shift design and UAV trajectory prediction. To ensure long-term fairness and enhance system performance, we propose an approach based on the double deep Q-network (DDQN), aiming to maximize the weighted sum rate across multiple users. Specifically, we employ an initial phase shift and predefined codebook to optimize the RIS phase shift at the current UAV position using DDQN. Further refinement is achieved through an extremum seeking algorithm. Then, under constraints encompassing RIS phase shift, allowable regions for UAV node, base station (BS) transmit power, and minimum user rate, we adopt DDQN to obtain predefined reward parameters jointly designed by fairness and throughput through interaction with dynamic and variable channel environment, and continuously update UAV position parameters to maximize rewards. The simulation results verify the efficacy of our joint optimization strategy, demonstrating optimal UAV location selection for UAV-RIS-empowered multiuser networks in a 2D plane.
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