論文の概要: Dual Actor DDPG for Airborne STAR-RIS Assisted Communications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.13328v1
- Date: Sat, 30 Aug 2025 20:10:15 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-21 06:05:45.814583
- Title: Dual Actor DDPG for Airborne STAR-RIS Assisted Communications
- Title（参考訳）: 航空機STAR-RIS支援通信用デュアルアクターDDPG
- Authors: Danish Rizvi, David Boyle,
- Abstract要約: 本研究では,UAV搭載STAR-RIS(Aerial-STAR)を利用したマルチユーザダウンリンク通信システムについて検討する。
主な貢献は、UAV軌道の合同最適化、基地局でのアクティブビームフォーミングベクトル、通信効率を高めるためのパッシブRIS TRCなどである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.0222726254970174
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: This study departs from the prevailing assumption of independent Transmission and Reflection Coefficients (TRC) in Airborne Simultaneous Transmit and Reflect Reconfigurable Intelligent Surface (STAR-RIS) research. Instead, we explore a novel multi-user downlink communication system that leverages a UAV-mounted STAR-RIS (Aerial-STAR) incorporating a coupled TRC phase shift model. Our key contributions include the joint optimization of UAV trajectory, active beamforming vectors at the base station, and passive RIS TRCs to enhance communication efficiency, while considering UAV energy constraints. We design the TRC as a combination of discrete and continuous actions, and propose a novel Dual Actor Deep Deterministic Policy Gradient (DA-DDPG) algorithm. The algorithm relies on two separate actor networks for high-dimensional hybrid action space. We also propose a novel harmonic mean index (HFI)-based reward function to ensure communication fairness amongst users. For comprehensive analysis, we study the impact of RIS size on UAV aerodynamics showing that it increases drag and energy demand. Simulation results demonstrate that the proposed DA-DDPG algorithm outperforms conventional DDPG and DQN-based solutions by 24% and 97%, respectively, in accumulated reward. Three-dimensional UAV trajectory optimization achieves 28% higher communication efficiency compared to two-dimensional and altitude optimization. The HFI based reward function provides 41% lower QoS denial rates as compared to other benchmarks. The mobile Aerial-STAR system shows superior performance over fixed deployed counterparts, with the coupled phase STAR-RIS outperforming dual Transmit/Reflect RIS and conventional RIS setups. These findings highlight the potential of Aerial-STAR systems and the effectiveness of our proposed DA-DDPG approach in optimizing their performance.
- Abstract（参考訳）: 本研究は, 航空機搭載同時送信およびリフレクション再構成可能なインテリジェントサーフェス(STAR-RIS)研究において, 独立した伝送・反射係数(TRC)の仮定から逸脱する。
そこで本研究では,UAV搭載STAR-RIS(Aerial-STAR)を利用したマルチユーザダウンリンク通信システムを提案する。
我々の主な貢献は、UAV軌道の連成最適化、基地局でのアクティブビームフォーミングベクトル、UAVエネルギー制約を考慮した通信効率向上のためのパッシブRIS TRCである。
本稿では,離散的かつ連続的な行動の組み合わせとしてTRCを設計し,DA-DDPG(Dual Actor Deep Deterministic Policy Gradient)アルゴリズムを提案する。
このアルゴリズムは、高次元ハイブリッドアクション空間のための2つの異なるアクターネットワークに依存している。
また,ユーザ間のコミュニケーションの公平性を確保するために,HFIに基づく報酬関数を提案する。
総合的な解析のために, RISサイズがUAV空気力学に及ぼす影響について検討した。
シミュレーションの結果,DA-DDPG法は従来のDDPG法とDQN法をそれぞれ24%,DQN法を97%上回った。
3次元UAV軌道最適化は2次元と高度の最適化に比べて通信効率が28%向上する。
HFIベースの報酬関数は、他のベンチマークと比べてQoS否定率を41%低くする。
モバイルのAerial-STARシステムは、固定された配置されたシステムよりも優れた性能を示し、STAR-RISはデュアルトランスミッション/リフレクトRISと従来のRIS設定よりも優れていた。
これらの結果は,Aerial-STARシステムの可能性と,その性能を最適化するためのDA-DDPGアプローチの有効性を浮き彫りにした。
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