In this paper, an intelligent reflecting surface (IRS) is introduced to assist an unmanned aerial vehicle (UAV) communication system based on non-orthogonal multiple access (NOMA) for serving multiple ground users. We aim to minimize the average total system energy consumption by jointly designing the resource allocation strategy, the three dimensional (3D) trajectory of the UAV, as well as the phase control at the IRS. The design is formulated as a non-convex optimization problem taking into account the maximum tolerable outage probability constraint and the individual minimum data rate requirement. To circumvent the intractability of the design problem due to the altitude-dependent Rician fading in UAV-to-user links, we adopt the deep neural network (DNN) approach to accurately approximate the corresponding effective channel gains, which facilitates the development of a low-complexity suboptimal iterative algorithm via dividing the formulated problem into two subproblems and address them alternatingly. Numerical results demonstrate that the proposed algorithm can converge to an effective solution within a small number of iterations and illustrate some interesting insights: (1) IRS enables a highly flexible UAV's 3D trajectory design via recycling the dissipated radio signal for improving the achievable system data rate and reducing the flight power consumption of the UAV; (2) IRS provides a rich array gain through passive beamforming in the reflection link, which can substantially reduce the required communication power for guaranteeing the required quality-of-service (QoS); (3) Optimizing the altitude of UAV's trajectory can effectively exploit the outage-guaranteed effective channel gain to save the total required communication power enabling power-efficient UAV communications.


翻译:在本文中,引入了一个智能反射表面(IRS),以协助无人驾驶航空飞行器(UAV)通信系统(UAV)为多地面用户服务。我们的目标是通过联合设计资源分配战略、UAV的三维(3D)轨迹以及IRS的阶段控制,尽量减少系统平均能源消耗总量。设计是一个非 convelx优化问题,其中考虑到最大可承受性断流概率限制和个人最低数据速度要求。为避免设计问题因高度依赖Rician质量在UAV至用户链路上逐渐淡化而难以吸引的问题,我们采用了深度神经网络(DNNN)的方法,以精确地接近相应的有效频道收益,这有利于开发一个低兼容性亚光化亚光度的亚光性迭代算法,将拟定的问题分为两个子体并交替处理。 数字结果显示,拟议的算法可以在少量电流中汇集有效的解决方案,并展示一些有趣的洞察力:(1)IRS能够有效地将UAV的电流流流动力流路连接到可高度弹性的UAV的电路路路路路段。

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