The millimeter-wave (mm-wave) bands enable very large antenna arrays that can generate narrow beams for beamforming and spatial multiplexing. However, directionality introduces beam misalignment and leads to reduced energy efficiency. Thus, employing the narrowest possible beam in a cell may not necessarily imply maximum coverage. The objective of this work is to determine the optimal sector beamwidth for a cellular architecture served by an unmanned aerial vehicle (UAV) acting as a base station (BS). The users in a cell are assumed to be distributed according to a Poisson Point Process (PPP) with a given user density. We consider hybrid beamforming at the UAV, such that multiple concurrent beams serve all the sectors simultaneously. An optimization problem is formulated to maximize the sum rate over a given area while limiting the total power available to each sector. We observe that, for a given transmit power, the optimal sector beamwidth increases as the user density in a cell decreases, and varies based on the height of the UAV. Thus, we provide guidelines towards the optimal beamforming configurations for users in rural areas.


翻译:毫米波波(毫米波波)波段使非常大的天线阵列能够产生用于波束成形和空间多路转换的窄梁。 但是,方向性会引入波束不匹配,导致节能降低。 因此,在细胞中使用最窄的波束不一定意味着覆盖最大化。 这项工作的目的是确定由无人驾驶航空飞行器作为基地站( BS) 使用的蜂窝结构的最佳波束。 假设一个细胞中的用户按照具有特定用户密度的 Poisson Point 进程( PPPPP) 进行分布。 我们考虑在紫外线上的混合波束, 使多个同时波束同时为所有部门服务。 最优化的问题是为了在限制每个部分的总电量的同时使特定区域的总速最大化。 我们观察到, 对于一个特定传输动力, 最优的波段会随着细胞密度的下降而增加, 并且根据UAV的高度而变化。 因此, 我们为农村地区用户的最佳成型配置提供了指导方针。

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