Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
studijní program
Fakulta: FEKTZkratka: DPC-EKTAk. rok: 2020/2021
Typ studijního programu: doktorský
Kód studijního programu: P0714D060009
Udělovaný titul: Ph.D.
Jazyk výuky: čeština
Akreditace: 28.5.2019 - 27.5.2029
Forma studia
Prezenční studium
Standardní doba studia
4 roky
Garant programu
prof. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D.
Oborová rada
Předseda :prof. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D.Člen interní :prof. Ing. Roman Maršálek, Ph.D.doc. Ing. Jaroslav Láčík, Ph.D.prof. Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D.prof. Ing. Stanislav Hanus, CSc.Člen externí :doc. Ing. Milan Polívka, Ph.D.prof. Ing. Miloš Klíma, CSc.Ing. Ondřej Číp, Ph.D.
Oblasti vzdělávání
Cíle studia
Poskytnout doktorské vzdělání absolventům magisterského vysokoškolského studia v oblasti elektroniky a komunikačních technologií. Prohloubit teoretické znalosti studentů ve vybraných částech vyšší matematiky a fyziky a dát jím též potřebné vědomosti a praktické dovednosti z aplikované informatiky a výpočetní techniky. Naučit je metodám vědecké práce.
Profil absolventa
Absolvent bude umět řešit vědecké a složité technické úlohy v oblasti elektroniky a elektronických komunikací. Absolventi doktorského studijního programu "Elektronika a komunikační technologie" budou v oblasti elektroniky a sdělovací techniky schopni pracovat jako vědečtí a výzkumní pracovníci v základním či aplikovaném výzkumu, jako specializovaní odborníci vývoje, konstrukce a provozu v různých výzkumných a vývojových institucích, elektrotechnických a elektronických výrobních firmách a společnostech a u uživatelů komunikačních systémů a zařízení, přičemž zde budou schopni tvůrčím způsobem využívat moderní výpočetní komunikační a měřicí techniku.
Charakteristika profesí
Absolventi doktorského studijního programu "Elektronika a komunikační technologie" jsou schopni samostatně řešit složité vědecké a technické úlohy v oblasti elektroniky a komunikací. Díky kvalitnímu rozvinutému teoretickému vzdělání a specializaci ve vybraném oboru jsou absolventi doktorského studia vyhledáváni jako specialisté v oblasti elektroniky a komunikační techniky. Absolventi doktorského studijního programu budou schopni pracovat v oblasti elektroniky a sdělovací techniky jako vědečtí a výzkumní pracovníci v základním či aplikovaném výzkumu, jako specializovaní odborníci vývoje, konstrukce a provozu v různých výzkumných a vývojových institucích, elektrotechnických a elektronických výrobních firmách a společnostech, přičemž zde budou schopni tvůrčím způsobem využívat moderní výpočetní komunikační a měřicí techniku.
Podmínky splnění
Studium doktoranda probíhá podle individuálního studijního plánu, který zpracuje v úvodu studia školitel doktoranda ve spolupráci s doktorandem. V individuálním studijním plánu jsou specifikovány všechny povinnosti stanovené v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT, které musí doktorand k úspěšnému ukončení studia splnit. Tyto povinnosti jsou časově rozvrženy do celého období studia, jsou bodově ohodnoceny a v pevně daných termínech probíhá kontrola jejich plnění. Student si zapíše a vykoná zkoušky z povinných (Návrh moderních elektronických obvodů, Moderní digitální bezdrátová komunikace), minimálně dvou povinně volitelných předmětů ohledem na zaměření jeho disertační práce, a dále minimálně dvou volitelných předmětů (Angličtina pro doktorandy, Řešení inovačních zadání, Vědecké publikování od A do Z) Ke státní doktorské zkoušce se může student přihlásit až po vykonání všech zkoušek předepsaných jeho individuálním studijním plánem. Před státní doktorskou zkouškou student vypracuje pojednání k disertační práci, v němž detailně popíše cíle práce, důkladné zhodnocení stavu poznání v oblasti řešené disertace, charakteristiku metod, které hodlá při řešení uplatňovat. Obhajoba pojednání, které je oponováno, je součástí státní doktorské zkoušky. V další části zkoušky musí student prokázat hluboké teoretické i praktické znalosti v oblasti elektrotechniky, elektroniky, komunikační techniky, obecné teorie obvodů a elektromagnetického pole, zpracování signálů, anténní a vysokofrekvenční techniky. Státní doktorská zkouška probíhá ústní formou a kromě diskuze nad pojednáním k disertační práci se také skládá z tematických okruhů týkajících se povinných a povinně volitelných předmětů. K obhajobě disertační práce se student hlásí po vykonání státní doktorské zkoušky a po splnění podmínek pro ukončení, jakými jsou účast na výuce, vědecká a odborná činnost (tvůrčí činnost), a minimálně měsíční studijní nebo pracovní stáž na zahraniční instituci anebo účast na mezinárodním tvůrčím projektu.
Vytváření studijních plánů
Studium doktoranda probíhá podle individuálního studijního plánu (dále jen ISP), který zpracuje v úvodu studia školitel doktoranda ve spolupráci s doktorandem. Individuální studijní plán je pro doktoranda závazný. Jsou v něm specifikovány všechny povinnosti stanovené v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT, které musí doktorand k úspěšnému ukončení studia splnit. Tyto povinnosti jsou časově rozvrženy do celého období studia, jsou bodově ohodnoceny a v pevně daných termínech probíhá kontrola jejich plnění. Průběžné bodové hodnocení všech aktivit doktoranda je vedeno v dokumentu „Celkové bodové hodnocení doktoranda“ a je součástí ISP. Při zahájení dalšího roku studia pak školitel do ISP zaznamená případné změny. Nejpozději do 15. 10. každého roku studia odevzdává doktorand vytištěný a podepsaný ISP na vědeckém oddělení fakulty ke kontrole a založení. Během prvních čtyř semestrů skládá doktorand zkoušky z povinných, povinně volitelných anebo volitelných předmětů pro splnění bodových limitů ze Studijní oblasti, a současně se intenzivně zabývá vlastním studiem a analýzou poznatků v oboru stanoveném tématem disertační práce a průběžným publikováním takto získaných poznatků a vlastních výsledků. V dalších semestrech se doktorand již více soustřeďuje na výzkum a vývoj, který souvisí s tématem disertační práce, na publikování výsledků své tvůrčí práce a na vlastní zpracování disertační práce. Do konce druhého roku studia skládá doktorand státní doktorskou zkoušku, kterou prokazuje široký rozhled a hluboké znalosti v oboru, souvisejícím s tématem disertační práce. K této zkoušce se musí přihlásit nejpozději do 30. dubna ve druhém roce svého studia. Státní doktorské zkoušce předchází zkouška z anglického jazyka. Ve třetím a čtvrtém roce svého studia provádí doktorand potřebnou výzkumnou činnost, publikuje dosažené výsledky a zpracovává svoji disertační práci. Součástí studijních povinností v doktorském studijním programu je absolvování části studia na zahraniční instituci nebo účast na mezinárodním tvůrčím projektu s výsledky publikovanými nebo prezentovanými v zahraničí nebo jiná forma přímé účasti studenta na mezinárodní spolupráci, což je nutné doložit nejpozději při odevzdání disertační práce. Doktorandi ve čtvrtém roce studia předkládají do konce zimního zkouškového období svému školiteli rozpracovanou disertační práci, který ji ohodnotí. Disertační práci doktorand odevzdává do konce 4. roku studia. Student prezenční formy doktorského studia je v průběhu studia povinen absolvovat pedagogickou praxi, tj. působit v procesu výuky. Zapojení doktoranda do pedagogické činnosti je součástí jeho vědecké přípravy. Pedagogickou praxí doktorand získává zkušenosti v předávání poznatků a zdokonaluje prezentační dovednosti. Skladbu pedagogických aktivit (cvičení, laboratorní cvičení, vedení projektů apod.) určí doktorandovi vedoucí daného ústavu po dohodě se školitelem. Povinnost pedagogické praxe se nevztahuje na doktorandy-samoplátce a na doktorandy v kombinované formě studia. Zapojení do výuky v rámci pedagogické praxe potvrdí po jejím splnění školitel v IS VUT.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Druhá generace standardu pro terestrické digitální televizní (DVB-T2) vysílání umožňuje využít k vysílání a příjmu i techniky prostorové diverzity multiple-input single-output (MISO). Téma doktorské práce je zaměřeno na analýzu zpracování přenosu signálů terestrické digitální televize druhé generace (standardy DVB-T2/T2-Lite) využívající prostorovou diverzitní techniku MISO a v budoucnu MIMO. Předpokladem úspěšné analýzy je vytvoření vhodného simulačního modelu přenosu, který uvažuje i vícecestné šíření signálu a selektivní úniky, a dále nastavitelné parametry jednotlivých bloků vysílacího a přijímacího systému. Předpokládá se i verifikace modelů pomocí experimentálního měření v laboratoři, případně i na reálných signálech. Cílem práce je stanovení vlivu systémových parametrů na dosaženou chybovost (BER) a kvalitu přenosu.
Školitel: Kratochvíl Tomáš, prof. Ing., Ph.D.
Téma doktorské práce je zaměřeno na analýzu vlastností moderních a budoucích bezdrátových komunikačních systémů a jejich koexistenci ve sdíleném přenosovém kanálu. Při analýze se může jednat o systémy digitálních televizních služeb (např. DVB-T/T2, NGH), standardy mobilních komunikací (např. GSM/UMTS/LTE), bezdrátové komunikační služby (např. ZigBee, BT, WLAN, WPAN) a další. Předpokládá se definice statistického modelu reálného přenosového kanálu s proměnnými parametry a dále jeho verifikace při simulované koexistenci různých bezdrátových služeb. Cílem práce je nejen samotný model přenosového kanálu, ale i inovativní algoritmy pro separaci bezdrátových služeb, optimalizované pro vytvořený a ověřený model sdíleného kanálu.
Cílem projektu je rozpracovat způsoby popisu nelineárních elektronických soustav pomocí teorie Volterrových řad a nalézt efektivní metody jejich řešení. V teoretické části budou kriticky hodnoceny stávající a hledány výpočetně efektivnější postupy, včetně aplikace vícerozměrné Laplaceovy transformace a souvisejících numerických metod. Pozornost bude zaměřena na využitelnost metod pro analýzu soustav s rozprostřenými parametry s nelinearitami. V experimentální části se předpokládá využití závislostí mezi jádry Volterrovy řady a X-parametry měřenými nelineárním vektorovým obvodovým analyzátorem. U uchazeče se předpokládá zájem o aplikovanou matematiku a programování v prostředí Matlab.
Školitel: Brančík Lubomír, prof. Ing., CSc.
Disertační práce se zaměřuje na vývoj fundamentálně nových výpočetních technik určených pro analýzu tranzientního elektromagnetického rozptylu z planárně vrstevnatých struktur s aplikacemi na (nano- and mikro-) integrované obvody. Správnost navržených výpočetních přístupů bude prokázána pomocí analytických řešení vybraných testovacích problémů.
Školitel: Štumpf Martin, doc. Ing., Ph.D.
Cílem projektu je rozpracovat metodiku analýzy stochastických změn parametrů propojovacích struktur elektronických soustav na bázi teorie stochastických diferenciálních rovnic (SDR). Předmětem práce bude jednak aplikace obyčejných SDR, vhodných pro popis modelů se soustředěnými parametry, jednak studium využitelnosti parciálních SDR, vhodných pro spojité modely založené na telegrafních rovnicích. Očekává se zobecnění některých navržených postupů pro analýzu hybridních elektronických soustav na základě stochastických algebro-diferenciálních rovnic (SADR). Efektivnost navržených metod bude vyhodnocena srovnáním se standardními statistickými přístupy jako je metoda Monte Carlo. U uchazeče se předpokládá zájem o aplikovanou matematiku a programování v prostředí Matlab.
Práce se zabývá syntézou/aproximací obvodových bloků (integrátor, derivátor, atd.) neceločíselného řádu obvodu za pomoci řetězců dílčích fázovacích a bilineárních přenosových sekcí celočíselného řádu, kde je možno elektronicky a nezávisle na sobě nastavovat polohu nuly a pólu přenosové funkce. Tato aproximace (platná v určitém kmitočtovém rozsahu) umožňuje do jisté míry docílit neceločíselného exponentu Laplaceova operátoru s a tím dovoluje konstrukci např. tzv. polovičního integrátoru (1/s^0.5). Práce je zaměřena více do teorie obvodů, ale dílčí výsledky budou ověřovány experimentálně a hledány vhodné praktické aplikace a aplikace v inteligentních komponentách fyzické vrstvy komunikačních systémů.
Školitel: Šotner Roman, doc. Ing., Ph.D.
V řadě aplikací se jak lidé, tak stroje spoléhají na pravdivost údajů z geolokačních systémů. Můžeme se však na tyto údaje vždy spolehnout a jsme si jisti, že nejsou podvržené? Téma projektu je zaměřeno do oblasti ověření autentičnosti přijímaných signálů na základě analýzy nedokonalostí vysílače a vlastností kanálu. Funkčnost takovýchto metod byla dostatečně demonstrována na zařízeních typu mobilní telefon nebo IoT, v případě GNSS je ale situace komplikovanější (SNR, korelační zpracování, vlastnosti HW). Projekt je vhodný pro studenta se zájmem o metody zpracování signálů.
Školitel: Maršálek Roman, prof. Ing., Ph.D.
Projekt je zaměřen na detekci alkoholu u mluvčích na základě analýzy telefonního řečového signálu. Cílem je vytvoření speciálních algoritmů na určování okamžité konzumace alkoholu v míře, která ještě není v hlasu slyšitelná, ale již ovlivňuje jednání osob, zejména rychlost reakce a způsob rozhodování. Vývoj algoritmů bude zaměřen na robustní metody DSP použitelné jak v reálném čase, tak pro analýzu záznamů řečových signálů. Součástí projektu bude tvorba vhodných databází řečového signálu v reálných situacích. Praktické uplatnění vytvořeného software je očekáváno u pojišťovacích společností.
Školitel: Sigmund Milan, prof. Ing., CSc.
Projekt je zaměřen na studium synchronizovaných distribuovaných SDR přijímačů a jejich aplikaci pro družicovou komunikaci. Systém by měl umožnit příjem více signálů najednou a následné zpracování dat. Cílem je zvýšit úspěšnost nezarušeného příjmu, využít zisk přijímacího systému a redundanci přijímacích stanic. Systém je určen pro příjem dat z experimentálních družic v UHF pásmu.
Školitel: Urbanec Tomáš, Ing., Ph.D.
Projekt je zaměřen na analýzu řečových signálů a rozpoznávání psychických stavů u mluvících osob na základě hlasového projevu. Cílem je vytvoření speciálních algoritmů na určování vybraných psychických stavů, zejména takových, které negativně ovlivňují jednání osob, jako jsou strach, deprese a stres. Vývoj algoritmů bude zaměřen na robustní metody použitelné jak v reálném čase, tak pro analýzu zaznamenané řeči. Součástí projektu bude tvorba vhodných databází řečového signálu v reálných situacích. Praktické uplatnění vyvinutých algoritmů lze nalézt v bezpečnostních a forenzních aplikacích.
Projekt je zaměřen na vývoj metod hlubokého učení, které budou schopny navrhovat vybrané třídy planárních mikrovlnných obvodů (filtrů, hybridních členů, děličů výkonu, atd.). Předpokládáme, že hluboké učení bude implementováno jako veřejně přístupná webová aplikace. Svou schopnost navrhovat obvody bude aplikace s rostoucím počtem návrhů postupně zlepšovat. Při vývoji hlubokého učení budeme postupovat od jednoduchých struktur filtrů (skoková změna impedance) po struktury komplikovanější (vázané rezonátory). Hrubé učící vzory budou vycházet z přibližných modelů v uzavřeném tvaru. Učení bude korigováno vlnovými numerickými modely a vhodně zvolenými experimenty. Předtrénované hluboké učení bude po zveřejnění na webu podrobně monitorováno. Statisticky bude vyhodnocen vliv interakcí s uživateli na schopnost hlubokého učení postupně zdokonalovat svou schopnost návrhu. Na základě vyhodnocení bude vypracována zobecněná metodika vývoje hlubokého učení pro mikrovlnný návrh.
Školitel: Raida Zbyněk, prof. Dr. Ing.
V současné době existuje velký počet bezdrátových komunikačních systémů, které v budoucnu mezi sebou budou sdílet čím dál tým víc společných části radiofrekvenčního (RF) pásma. Z hlediska zabránění velkému kolísání kvality poskytovaných služeb, řízená koexistence těchto systémů bude nevyhnutná. Téma doktorské práce je zaměřeno na výzkum metod a prostředků pro tzv. chytrou koexistenci bezdrátových systémů, provozovaných v širokém kmitočtovém pásmu. Techniky jako kognitivní rádio, skenovaní RF spektra či strojové učení (Machine Learning) jsou v této oblasti perspektivními směrem. Práce by mala zaměřit na analýzu konvenčních a nových metod a jejich optimalizace případně rozšíření tak, aby správně identifikovali rušící (interferující) signál, druh rušícího systému a jeho charakteristické parametry. Na základě získaných informací se mají navrhnout postupy, které minimalizují vliv interferenčních signálů na rušený systém. Předpokládá se verifikace teoretických předpokladů pomocí měření na reálných RF signálech v laboratorních a reálných podmínkách (např. pomocí softwarového rádia SDR-USRP). Na základě výsledků budou definováni doporučení pro tzv. „coexistence-free“ provoz bezdrátových systémů ve sdílených frekvenčních pásmech.
Školitel: Polák Ladislav, doc. Ing., Ph.D.
V blízké budoucnosti se počítá masivním využitím sítí Low Power Wide Area (LPWAN) v širokém rozsahu radiofrekvenčního (RF) spektra. Tým pádem různě technologie LPWAN (např. LoRa, Ingenu), původně navrhnuté pro sub-1 GHz pásmo, mohou byt použité v RF pásmech, kde se využívají technologie např. IEEE 802.11 (WLAN) a 802.15.4k/g. Téma doktorské práce je zaměřeno na definici a analýzu možných koexistenčních scénářů mezi bezdrátovými systémy LPWAN a systémy, které jsou provozovány zejména v RF pásmě 2.4 GHz. Tyto scénáře mohou být kritické (dochází k úplnému výpadku rušeného nebo rušícího signálu) a nekritické (přijatelná kvalita obou poskytovaných koexistujících služeb). Na základě výsledků budou definováni doporučení a praktické kroky pro tzv. „coexistence-free“ provoz těchto bezdrátových systémů ve sdílených frekvenčních pásmech.
Pro budoucí komunikační systémy se jako perspektivní jeví např. technologie NOMA (Non Orthogonal Multiple Access) nebo OTFS (Orthogonal Time Frequency and Space Modulations). Téma práce je orientováno na výzkum metod zpracování signálů v RF transceiver využívajících těchto přístupů, s důrazem na jejich odolnost vůči nedokonalostem RF front-endů (nelinearity zesilovače, I/Q nesymetrie, fázový šum…).
V současné době, zájem o multimediální systémy podporující technologii virtuální realita (VR) v různých aplikačních oblastech se rapidně zvyšuje. Díky progresu v oblasti zobrazovacích technologií, pro sledování multimediálního obsahu (180 a 360 stupňové obrazy a videa) už existuje celá řada brýlí, tzv. head-mounted devices (HMDs) a různých doplněk. Pro masivní poskytování takových služeb ve vhodné kvalitě je potřeba použit vysoce účinného kódování 180/360 stupňového obrazu a videa. Dále je velmi důležitá správná volba postupu pro objektivní a subjektivní vyhodnocení kvality obrazu a videa. Téma doktorské práce je zaměřeno na výzkum zpracování signálů v oblasti multimediálních systémech s podporou VR, se zaměřením na konvenční a moderní kódovací algoritmy pro 180/360 stupňového obrazu a videa. Pro analýzu jejich vlivu na kvalitu zážitku je nezbytné najít správní objektivní metriky a navrhnout vhodný postup pro realizaci subjektivních testů. Proto, pozornost by mněla být taky věnovaná pro studium objektivních a subjektivních metrik vhodných pro správní vyhodnocení kvality 180/360 stupňového obrazu a videa. Na základě dosažených výsledků by mněli být upřesněné požadavky na algoritmy pro kódování 180/360 stupňového obrazu a videa, dále definované vhodné objektivní a subjektivní metriky a postupy pro vyhodnocení kvality 180/360 stupňového obrazu a videa s vysokou mírou reprodukovatelnosti
Stále rostoucí nároky na vysokorychlostní přenosy v mobilních sítích vedou k využívání stále vyšších kmitočtových pásem. V oblasti milimetrových vln je k dispozici dostatečná šířka pásma, ale extrémně zde narůstají ztráty šířením. Krátká vlnová délka, však umožňuje realizovat velmi malé antény a sdružovat je do řad, které nabízejí velký zisk a mohou ztráty šířením výrazně eliminovat. Cílem projektu je výzkum a vývoj algoritmů pro adaptivní tvarování svazků v kombinaci s masívním MIMO systémem, které by byly schopny optimálně kombinovat oba přístupy v závislosti na stavu přenosového kanálu a požadavků uživatelů. Součástí projektu je i studie možné hardwarové implementace navržených algoritmů a metody řízení anténních řad.
Školitel: Prokeš Aleš, prof. Ing., Ph.D.
Projekt je zaměřen na výzkum a aplikaci nových metod pro symbolickou a semi-symbolickou analýzu lineárních nebo linearizovaných elektronických obvodů. Cílem je návrh metod pro tzv. přibližnou symbolickou analýzu rozsáhlých soustav založenou na topologickém přístupu, který respektuje fyzikální poměry uvnitř obvodu a který má potenciál poskytovat snadno interpretovatelné výsledky. Předpokládá se využití vyvinutých metod v procesu návrhu a testování integrovaných obvodů. Součástí projektu bude i implementace navržených algoritmů a jejich zahrnutí do programu SNAP.
Školitel: Kolka Zdeněk, prof. Dr. Ing.
Se stále se snižujícím napájecím napětím se zhoršuje schopnost ovládat např. ladící rozsah filtru a docílit stejného pásma přeladění jako ve stávajících systémech s běžným napájecím napětím. Hlavním úkolem práce bude hledání řešení (obvodových struktur) a metod elektronického řízení aplikací (např. filtry a oscilátory) pracujících jako komponenty moderních komunikačních systémů, které umožní vhodně kombinovat řídící schopnosti řiditelných aktivních součástek nebo docílit změnu charakteru závislosti ladící charakteristiky na řídícím parametru (parametrech) aplikace či aktivního prvku tak, aby se při stále stejném rozsahu řídící veličiny podstatně vylepšil rozsah přeladění aplikace. Verifikace zamýšlených metod bude probíhat simulacemi v PSpice a Cadence IC6 (CMOS technologie AMIS 0.35 um nebo TSMC 0.18 um) i experimentálně.
Projekt je zaměřen na výzkum mikrovlnných struktur realizovaných na syntetických substrátech. Hlavní pozornost by měla být soustředěna na návrh substrátů s požadovanou prostorovou distribucí elektromagnetických vlastností. Pro návrh by měly být využity popř. rozvíjeny i optimalizační algoritmy. Navržené substráty by měly být využity pro vytvoření nových konceptů mikrovlnných obvodů a antén.
Školitel: Láčík Jaroslav, doc. Ing., Ph.D.
Analýza šíření vlnových polí v časové oblasti je klíčové v elektromagnetismu (s aplikacemi na hustě vrstevnaté struktury integrovaných obvodů a jejich signálovou a EMC/EMI analýzu) i v elastodynamice (s aplikacemi v oblasti průzkumu zemního plynu a ropy). Výzkum v rámci disertační práce se proto zaměří na vývoj efektivních výpočetních modelů pro analýzu odezev pulsního vlnového pole s tenkými a vysoce kontrastními konfiguracemi se zahrnutím jejich relaxačních vlastností (např. plazmonové/meta-materiálové tenké vrstvy).
Současné trendy v oblasti bezdrátových komunikací směřují k přenosu neustále narůstajících objemů dat ve velmi složitých časově proměnných prostředích městské zástavby a to vnitřních i venkovních prostorách. Pro úspěšný návrh vhodných komunikačních systémů je zapotřebí důkladně znát charakter přenosového prostředí. Cílem projektu je zkoumání nestacionárních přenosových vlastností kanálů v oblasti milimetrových vln. Budou zkoumány časové a prostorové charakteristiky kanálů na základě změřených dat a statisticky budou vyhodnocovány jejich vlastnosti. Na základě zjištěných údajů budou navrženy a experimentálně ověřeny modely kanálů.
Školitel: Dluhá Jitka, doc. RNDr., Ph.D.
Neustále se zvyšující počet komunikačních zařízení na danou plochu a zvyšování kvality služeb vyžaduje přidělování stále širšího kmitočtového spektra. Kmitočtový rozsah milimetrových vln (MMW) mezi 30 a 300 GHz přitahuje stále větší pozornost jako možný kandidát pro příští generace širokopásmových mobilních sítí. Specifická omezení šíření MMW signálu, mimořádně velká šířka pásma a časově proměnné prostředí způsobené mobilními uživateli připojenými k páteřní síti pohybujícími se v členitých městských prostředích vytvářejí zcela nové požadavky pro vývoj širokopásmových komunikačních systémů využívajících pokročilé technologie pro eliminaci nežádoucích časově proměnných vlastností kanálu. Cílem projektu je měření a modelování širokopásmových nestacionárních MMW kanálů mezi mobilními uživateli a infrastrukturou především v časové a prostorové doméně s cílem analyzovat vlivy prostředí a povětrnostních podmínek a dále posoudit možnost využití pokročilých technik, jako je tvarování svazku nebo prostorové multiplexování pro tzv. „massive MIMO“ systémy.
V současné době jsou k disposici nové zajímavé MIO na bázi GaN, diskrétní prvky a nové materiály, které umožňují řešení mikrovlnných částí pozemního i kosmického segmentu satelitních systémů na nových principech. Jedná se zejména o anténní ozařovače s integrovanými nízkošumovými zesilovači, výkonové zesilovače, kvadraturní frekvenční konvertory, lokální oscilátory s malým fázovým šumem, frekvenční filtry, frekvenční syntezátory, modulátory a demodulátory. Součástí projektu bude studie možností využití, rozbor parametrů a konkrétní návrhy jednotlivých částí satelitního komunikačního řetězce.
Školitel: Kasal Miroslav, prof. Ing., CSc.
Integrované obvody mají velkou důležitost při zpracování signálů ze senzorů elektrických i neelektrických veličin, protože umožní výrazným způsobem redukovat velikost celého zařízení včetně senzoru, mívají nižší spotřebu a díky tomu vysokou využitelnost např. v biomedicíně (analýza krve – indikace přítomnosti různých chemických látek, měření a modelování impedancí různých organických látek, apod.), mechanice (posuv/vzdálenost registrována změnou kapacity), atd. Téma zahrnuje studium možností využití komerčních i integrovaných analogových stavebních bloků (zesilovače, převodníky, generátory, klopné obvody, atd.), studium stávajících druhů senzorů různých veličin stejně jako stanovení doporučení a požadavků na aktivní rozhraní pro zpracování těchto signálů a zpracování metodiky měření. Součástí práce je návrh řetězce pro zpracování signálů s využitím integrovaných buněk vlastního návrhu nebo hotových návrhů na pracovišti (technologie ON Semiconductor/AMIS 0.35 um nebo TSMC 0.18 um) patřící dnes k moderním komponentám fyzické vrstvy komunikačních systémů.
Téma je zaměřeno na studium nových principů elektronického řízení v rámci interní architektury aktivního obvodového prvku. Jedná se zejména o rozšíření možností stávajících prvků, jako jsou proudové konvejory, transkonduktory, proudové a napěťové zesilovače, apod. Tyto prvky většinou disponují pouze jedním externě nastavitelným parametrem. Cílem studenta by bylo najít dosud nepublikované možnosti řízení vhodných parametrů v rámci jednoho či jednodušší kombinace několika základních prvků. Tento prvek bude nejprve modelován na nejjednodušší úrovni ideálních řízených zdrojů, poté vznikne jeho behaviorální reprezentace (emulátor) na bázi komerčně dostupných součástek a nakonec bude vytvořena realizace ve vhodné CMOS technologii. Dále budou zkoumány možnosti využití navržených prvků ve vhodných aplikacích a inteligentních obvodových strukturách.
V současné době existuje řada metod pro určování polohy osob nebo zařízení uvnitř a vevnitř budov. V budoucnosti se předpokládá, že díky novým perspektivním bezdrátovým technologiím, např. oblast IoT nebo komunikační spoj v pásmě milimetrových vln, bude potřeba stávající požadavky na lokalizaci, monitorování a sledování osob a zařízení vylepšit případně nahradit účinnějšími. Téma doktorské práce je zaměřeno na výzkum metod a algoritmů pro přesné určování polohy osob a zařízení uvnitř budov. Vývoj a realizace vhodných algoritmů by se mněla vycházet z technik založených na vyhodnocení parametrů např. RSSI, ToA a AoA. Dále je předpokládáno využití poznatků strojového učení (Machine Learning) a jejich aplikace pro zvýšení přesnosti lokalizačních algoritmů. Testování a verifikace navržených metod pro zajištění lokalizace a určení polohy s vysokou přesností bude uskutečněn řadou měření v laboratorních a reálných podmínkách (např. uvnitř budov).
Nová generace sítí Low Power Wide Area Networks (LPWANs) počítá s velkým počtem připojených tzv. IoT zařízení, které se dají využít v různých aplikačních scénářích. To bude vyžadovat pokročilé techniky signálového zpracování, které dokážu rozšířit možnosti fyzické vrstvy (PHY layer) různých LPWAN technologií tak, aby splnili požadavky pro daný aplikační scénář. Téma doktorské práce je zaměřeno na výzkum v oblasti signálového zpracování v LPWAN technologiích (např. LoRa) se zaměřením na různé aplikační scénáře. Pozornost by měla být zaměřená například na možnost využití nových typů modulací (např. Turbo-FSK), na zvýšení šířky pásma a tým i datového toku a to tak, aby se základní vlastnosti LPWA technologií (např. spolehlivá komunikace na velkou dálku, vysoká energetická efektivita, odolnost proti rušení) se příliš nezměnili. Cílem práce je ověření vlastností navržených řešení a jejich analýza pomocí vhodných simulačních modelů (např. v MATLABu). Předpokládá se i verifikace teoretických (simulovaných) výsledků pomocí měření na reálných RF signálech v laboratorních podmínkách (např. pomocí softwarového rádia SDR-USRP). Výsledky práce, mimo jiné, by mněli přinést kompromis pro požadavky na rozsah a rychlost přenosu dat v jednotlivých aplikačních scénářích.
Autonomní dopravní prostředky se, zejména při začlenění do běžného provozu, budou muset vyrovnat s nepředvídatelným chováním neautonomních objektů (chodců, neautonomních vozidel). Pro zajištění bezpečnosti provozu je v rámci sítí 5G plánováno využití tzv. URLLC komunikace (Ultra Reliable Low Latency Communications). Náplní studia bude výzkum pravděpodobnostních modelů (gausovské procesy, markovovy řetězce, časoprostorové bodové procesy, apod.) a analýza jejich vhodnosti pro modelování komunikace mezi autonomními dopravními prostředky.
Příjem mikrovlných signálů přicházejících z kosmického prostoru je charakteristický velmi nízkým poměrem Eb/N0. Jedná se většinou o signály s fázovým nebo frekvenčním klíčováním nosné nebo subnosné. Pro eliminaci AWGN se s rostoucí vzdáleností redukuje přenosová rychlost, a tím i šířka pásma kanálu. To klade vysoké požadavky na frekvenční stabilitu celého systému, která musí být řešena zavěšením na atomový normál a také přesná kompenzace Dopplerova posuvu. Základním požadavkem je dosažení nízké ekvivalentní šumové teploty systému, související s optimálním ozářením parabolického zrcadla. Součástí projektu je i metodologie měření citlivosti pomocí extraterestrických zdrojů šumu.
Jedním ze způsobů snižování ceny a spotřeby automobilů, letadel a dalších dopravních prostředků je náhrada drahé a poměrně těžké kabeláže propojující desítky až stovky senzorů a akčních členů s řídící jednotkou vozidla bezdrátovou sítí. Mnohacestné šíření signálů v silně zarušeném prostředí a koordinace vzájemné komunikace vyžaduje použití speciálních technik a algoritmů zpracování signálů. Cílem projektu je návrh a optimalizace senzorové „multi-hop“ sítě. Budou zkoumány vhodné modulace, metody ekvalizace, korekce chyb, apod. na fyzické vrstvě a vhodné přístupové techniky, metody alokace systémových prostředků a koordinace přenosu dat na vyšších vrstvách.
Práce je zaměřená na studium atmosférické turbulence, která je významným faktorem ovlivňujícím vlastnosti optického záření v celém jeho spektru. Práce sestává s detailní analýzy turbulentního prostředí, studia horizontálních a vertikálních modelů atmosféry a návrhu vlastní metodiky kvantifikace míry turbulence s ohledem na potřeby optické bezkabelové komunikace. Hlavním cílem práce je stanovení maximální dosažitelné přenosové rychlosti v optickém bezkabelovém spoji. Zkoumat se bude závislost přenosové rychlosti na míře atmosférické turbulence a vlnové délce optické nosné pro různé typy optických svazků s ohledem na použité modulační a kódovací techniky. Součástí práce je analýza chybovosti optického spoje při provozu v turbulentním prostředí. Projekt má z velké části experimentální charakter.
Školitel: Hudcová Lucie, doc. Ing., Ph.D.
Bezdrátová komunikace mezi vozidly (vehicle-2-vehicle, V2V) umožní významné navýšení efektivity především osobní dopravy za současného zvýšení její bezpečnosti. Disertační práce se proto bude věnovat výzkumu a modelování zdrojů nejistoty u veličin relevantních pro vysoce spolehlivé sítě V2V (BER, throughput, latency). S využitím metod umělé inteligence bude cílem tyto nejistoty predikovat a pomocí vhodných nástrojů je minimalizovat (např. relaying, resource allocation). Cílem projektu je tedy přispět k rozvoji systémů V2V v oblasti predikce a optimalizaci nejistot. Řešení tématu bude probíhat v návaznosti na národní a mezinárodní projekty realizované ve spolupráci s aplikační sférou.
Školitel: Blumenstein Jiří, doc. Ing., Ph.D.
Cílem projektu je studium problematiky a návrh širokopásmového vektorového měřicího systému pro oblast mikrovlnných kmitočtů. Dosavadní širokopásmové systémy popsané v literatuře jsou určeny především pro oblast nižších kmitočtů a z technologických důvodů není možná jejich aplikace výše. Výzkum zamýšleného širokopásmového systému bude orientován zejména na metody mikrovlnných šestibranů, s čímž souvisí potřeba podrobného rozboru a návrhu přesných kalibračních sad a dalších metod potřebných pro úspěšnou funkci systému. Předmětem výzkumu bude též studium vlastností a modelování chování měřicích systémů při změně parametrů prostředí, časová stabilita a další vlastnosti.
Bezdrátové komunikační systémy jsou typické svou citlivostí na vlivy okolního prostředí – například změny vlastností sítě při změně podmínek šíření (teplota, vlhkost, vegetace, sluneční aktivita), rádiového prostředí (interference, vícecestné šíření), zatížení (mnohonásobný přístup a kapacita) a interferencí od okolních buněk. Každý z těchto dynamických jevů je charakteristický pomalejšími či rychlejšími změnami stavu. Při vyhodnocení kvality služeb a kvality zážitku v bezdrátových sítích obvykle vliv uvedených jevů neuvažujeme, protože se mění o několik řádů pomaleji, než je interval potřebný pro získání jednoho vzorku měření. Bez důkladného porozumění tohoto procesu není možné spojit měření získaná v dlouhém období, např. záznamy crowdsourcingových měření napříč několika roky. Cílem experimentální části projektu je navrhnout vhodnou metodiku pro získání dostatečně velkého množství měřicích pozorování charakterizujících vybraný rádiový spoj nebo vybranou lokalitu v buňkové síti. Analytická část práce se zaměří na využití dalších datových zdrojů (data ze satelitního snímání Země, data o počasí, dopravní informace) k formulování modelů vlivu na vybraný typ bezdrátového systému s cílem maximalizovat přesnost predikce kvality služeb v daném čase a místě.
Školitel: Slanina Martin, doc. Ing., Ph.D.
Měření kvalitativních parametrů mobilních buňkových sítí na straně uživatele se obvykle provádí prostřednictvím měřicích kampaní, kdy je provádí velké množství měření na předem vytipovaných lokalitách s využitím specializovaných měřicích zařízení. Výsledky takových analýz mají pouze takovou vypovídací schopnost, jak vhodně navržená je nejen metodika měření, ale zejména volba měřicích lokací a frekvence měření. Protože provozní parametry sítí jsou značně ovlivněny okamžitou zátěží, je určení skutečné přenosové rychlosti dosažené uživatelem na základě klasických testů prakticky nemožné. Koncept crowdsourcingu je založen na získání měření od samotných uživatelů, kteří prostřednictvím aplikace ve svém mobilním zařízení získají vzorek měření a odešlou jej automaticky ke zpracování experimentátorem. Výsledek je však zatížen dalšími okolnostmi, jako je například tarif uživatele a další, díky čemuž je obtížné vyhodnotit skutečnou výkonnost sítě. Projekt je zaměřen na výzkum metod takto prováděných měření s cílem porozumět hranicím a výhodám každého přístupu a umožnit tak zvýšení přesnosti a vypovídací schopnosti výsledků získaných klasickým přístupem.
Systémy 5G a beyond 5G mají obrovský komerční potenciál, neboť přinesou významné změny v průmyslu, dopravě, lékařství atp. Jeden z nejdůležitějších aspektů bezdrátového komunikačního systému, jeho fyzická vrstva, je nicméně stále předmětem překotného výzkumu, především z hlediska využití technik (massive) MIMO v kombinaci s technikou neortogonálního vícenásobného přístupu NOMA. Cílem projektu je tedy přispět k rozvoji systémů beyond 5G v oblasti MIMO-NOMA. Řešení tématu bude probíhat v návaznosti na národní a mezinárodní projekty realizované ve spolupráci s aplikační sférou.
Očekávaný výzkum se zaměří na možnosti zobrazování (ve smyslu inverzního zdrojového problému) monostatických pulsních radarových odezev z nevybuchlé munice, která je skryta v zemi. Úspěšné dokončení disertační práce povede k (a) efektivním analytickým nebo/a numerickým metodám pro výpočet transientních odezev rozptýleného EM pole; (b) věrohodné interpretaci signatur cílů a (c) k navržení k protoptypu monostatického radaru se zaměřením na jeho pulsní generátor and vysílací/přijímací anténní systém.
Výzkum je zaměřen na modelování, simulace a experimentální ověřování obvodových realizací harmonických oscilátorů vyšších řádů a generátorů neharmonického průběhu pro struktury fyzické vrstvy komunikačních systémů základního a mezifrekvenční pásma. Úkolem je zjistit, jaké vlastnosti a aplikační možnosti nabízí obvody vyšších řádů než 3 či obvody popsané diferenciálními rovnicemi neceločíselných řádů. Pozornost bude soustředěna zejména na kmitočtovou laditelnost, fázové a modulové relace mezi generovanými amplitudami a vhodnou stabilizaci amplitudy. Součástí práce je detailní popis generace signálů pomocí lineárních a nelineárních matematických operací, které jsou umožněny použitím analogových obvodových prvků s konstantním fázovým posuvem mezi budicí veličinou a odezvou.