In this paper, we consider the application of intelligent reflecting surface (IRS) in unmanned aerial vehicle (UAV)-based orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) communication systems, which exploits both the significant beamforming gain brought by the IRS and the high mobility of UAV for improving the system sum-rate. The joint design of UAV's trajectory, IRS scheduling, and communication resource allocation for the proposed system is formulated as a non-convex optimization problem to maximize the system sum-rate while taking into account the heterogeneous quality-of-service (QoS) requirement of each user. The existence of an IRS introduces both frequency-selectivity and spatial-selectivity in the fading of the composite channel from the UAV to ground users. To facilitate the design, we first derive the expression of the composite channels and propose a parametric approximation approach to establish an upper and a lower bound for the formulated problem. An alternating optimization algorithm is devised to handle the lower bound optimization problem and its performance is compared with the benchmark performance achieved by solving the upper bound problem. Simulation results unveil the small gap between the developed bounds and the promising sum-rate gain achieved by the deployment of an IRS in UAV-based communication systems.


翻译:在本文中,我们考虑将智能反射表面(IRS)应用到无人驾驶航空器(无人驾驶航空器)基于正方位频率分多存系统(OFDMA)的通信系统中,该系统利用IRS带来的巨大波束增益和无人驾驶航空器的高度机动性来改进系统总和,对无人驾驶航空器的轨迹、IRS时间表和拟议系统的通信资源分配进行联合设计,这是非碳轴优化问题,以最大限度地实现系统总和,同时考虑到每个用户的服务质量要求各异(QOS),IRS的存在将频率选择性和空间选择性都引入了从无人驾驶飞行器向地面用户的复合频道的淡化中。为了便于设计,我们首先提出综合通道的表达,并提出一个参数近似近似法,以便为所拟出的问题建立一个上下界限。一种交替优化算法是为了处理下约束最优化问题,其性能与通过解决上层问题而实现的基准性能进行比较。模拟结果揭示了在以航空飞行器为基础的通信系统部署中以有希望获得的AVA+A系统之间的小差距。

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