Antenna array calibration is necessary to maintain the high fidelity of beam patterns across a wide range of advanced antenna systems and to ensure channel reciprocity in time division duplexing schemes. Despite the continuous development in this area, most existing solutions are optimised for specific radio architectures, require standardised over-the-air data transmission, or serve as extensions of conventional methods. The diversity of communication protocols and hardware creates a problematic case, since this diversity requires to design or update the calibration procedures for each new advanced antenna system. In this study, we formulate antenna calibration in an alternative way, namely as a task of functional approximation, and address it via Bayesian machine learning. Our contributions are three-fold. Firstly, we define a parameter space, based on near-field measurements, that captures the underlying hardware impairments corresponding to each radiating element, their positional offsets, as well as the mutual coupling effects between antenna elements. Secondly, Gaussian process regression is used to form models from a sparse set of the aforementioned near-field data. Once deployed, the learned non-parametric models effectively serve to continuously transform the beamforming weights of the system, resulting in corrected beam patterns. Lastly, we demonstrate the viability of the described methodology for both digital and analog beamforming antenna arrays of different scales and discuss its further extension to support real-time operation with dynamic hardware impairments.


翻译:天线阵列校准对于保持广泛先进天线系统的光束模式的高度忠实性是必要的,对于确保时差平化机制的频道对等性来说,这是十分必要的。尽管这一领域的持续发展,但大多数现有解决方案都是对特定无线电结构的优化,需要标准化的空中数据传输,或作为常规方法的延伸。通信协议和硬件的多样性造成了一个问题,因为这种多样性要求设计或更新每个新的先进天线系统的校准程序。在本研究中,我们以另一种方式设计天线校准,即功能近似任务,并通过Bayesian机器学习加以解决。我们的贡献有三重。首先,我们根据近地测量确定一个参数空间,根据每个辐射元素、其定位偏差以及天线各元素之间的相互连接效应来捕捉潜在的硬件缺陷。第二,高斯进程回归被用来形成一个模型,从上述近地天线系统的稀少数据集中形成模型。经过学习的非参数模型一旦部署,就有效地帮助不断改变其动态运行模式,根据近地测量的近距离测量,然后用我们所描述的硬度模型来演示最后的模型的变形结构结构结构结构,以进一步展示。

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