Prezenční studium

4 roky

prof. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D.

Předseda :
prof. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D.
Člen interní :
doc. Ing. Jaroslav Láčík, Ph.D.
doc. Ing. Martin Štumpf, Ph.D.
doc. Ing. Roman Šotner, Ph.D.
doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D.
doc. Ing. Tomáš Götthans, Ph.D.
Člen externí :
Ing. Ondřej Číp, Ph.D.
doc. Ing. Milan Polívka, Ph.D.

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.

Absolvent bude umět řešit vědecké a složité technické úlohy v oblasti elektroniky a elektronických komunikací. Absolventi doktorského studijního programu "Electronics and Communication Technologies" 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.

Absolventi doktorského studijního programu "Electronics and Communication Technologies" 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.

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.

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.

1. Advanced EMI Filters Models

   The aim of the project is focused on investigation of properties of single-phase EMC filters with indeterminate impedance termination. Uncertainty of impedance conditions at the place of installation of the filter can lead to significant deviations of the insertion loss of the filter from the expected values at the place of later installation. For better understanding of the behaviour of EM interference filters in different impedance conditions and especially in higher frequency bands, it is necessary to analyse their own circuitry, including parasitic filter elements and individual parasitic couplings inside the filters. The necessary analyses can be performed on the basis of measured data for various configurations of interfering currents. Furthermore, by analysing the measured cascade parameters on individual filters, when it is a suitable connection, part of the filter can be excluded from the measurement. Another good source of data for parasitic element analysis is the analysis of resonant frequencies, which can be identified in the transmission characteristic. The project should integrate all these outlined approaches to analysing filter properties into a comprehensive approach to identify all components of the complete filter model. The project is focused on the development of suitable mathematical models of interference filters that will respect their parasitic properties.

   Školitel: Dřínovský Jiří, Ing., Ph.D.

2. Analýza a modelování přenosu digitální televize druhé generace využívající techniku prostorové diverzity

   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.

3. Analýza a modelováníl sdíleného přenosového kanálu pro budoucí bezdrátové komunikační systémy

   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/5G), 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.

   Školitel: Kratochvíl Tomáš, prof. Ing., Ph.D.

4. Elektromagnetické pláště

   Elektromagnetické pláště jsou struktury, jejichž cílem je zmenšit odrazivost objektů, které obklopují, nebo je přímo zneviditelnit. Pro návrh těchto plášťů se často využívá teorie transformačního elektromagnetismu a uměle vytvořených materiálů/povrchů. Tento projekt je zaměřen na výzkum elektromagneticky plášťů požadovaných vlastností. Hlavní pozornost by měla být soustředěna na rozvoj metod návrhu uměle vytvořených materiálů/povrchů s požadovanými elektromagnetickými vlastnostmi založených na přístupech strojového učení. Výstupy projektu by měly nalézt uplatnění v oblastech anténní techniky, bezpečnostních nebo obranných aplikací.

   Školitel: Láčík Jaroslav, doc. Ing., Ph.D.

5. Elektronicky řiditelné oscilátory vyšších a neceločíselných řádů

   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.

   Školitel: Šotner Roman, doc. Ing., Ph.D.

6. Evolutionary design of substrate integrated waveguide phase shifters

   In IEEE Xplore, about 150 papers on substrate integrated waveguide (SIW) phase shifters have been published in last 5 years. The papers range from descriptions of basic principles [1] to the exploitation of metamaterial particles [2] and partially magnetized ferrites [3]. The latest papers describe tunable shifters for the control of antenna arrays [4]. The dissertation is aimed to create a general structure of a phase shifter combining slots [5], dielectric slabs [6], meta-material particles [2] and other potential elements so that the number of degrees of freedom is reasonably high. A parametric model of the structure should be implemented in an appropriate electromagnetic simulator, and should be associated with an evolutionary or swarm-intelligence optimization. The developed phase shifter should be used for beam-steering of a selected antenna array [4]. Parameters of the phased array should be experimentally verified. A detailed comparison with exiting approaches should be provided. References [1] TAO YANG; M. ETTORRE; R. SAULEAU; Novel phase shifter design based on substrate-integrated-waveguide technology. IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2012, vol. 22, no. 10, p. 518-520. DOI: 10.1109/LMWC.2012.2217122 [2] M. EBRAHIMPOURI; S. NIKMEHR; A. POURZIAD; Broadband compact SIW phase shifter using omega particles. IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2014, vol. 24, no. 11, p. 748-750. DOI: 10.1109/LMWC.2014.2350692 [3] F. A. GHAFFAR; A. SHAMIM; A partially magnetized ferrite LTCC-based SIW phase shifter for phased array applications. IEEE Transactions on Magnetics, 2015, vol. 51, no. 6, article no. 4003108. DOI: 10.1109/TMAG.2015.2404303 [4] Z.R. OMAM; W.M. ABDEL-WAHAB; A. RAEESI; A. PALIZBAN; A. POURZIAD; S. NIKMEHR; S. GIGOYAN; S. SAFAVI-NAEINI; Ka-band passive phased-array antenna with substrate integrated waveguide tunable phase shifter. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2020, vol. 68, no. 8, p. 6039-6048. DOI: 10.1109/TAP.2020.2983838 [5] WEI ZHANG; ZHIDAN SHEN; KAI XU; JIN SHI; A compact wideband phase shifter using slotted substrate integrated waveguide. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2019, vol. 29, no 12, p. 767-770. DOI: 10.1109/LMWC.2019.2949681 [6] Z.R. OMAM; W.M. ABDEL-WAHAB; A. POURZIAD; S. NIKMEHR; A. PALIZBAN; S. GIGOYAN; S. SAFAVI-NAEINI; Tunable substrate integrated waveguide phase shifter using high dielectric constant slab. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2020, vol. 30, no. 5, p. 485-488. DOI: 10.1109/LMWC.2020.2980264

   Školitel: Raida Zbyněk, prof. Dr. Ing.

7. Chytrá koexistence bezdrátových komunikačních systémů

   V současné době existuje velký počet bezdrátových komunikačních systémů, které v budoucnu mezi sebou mohou sdílet více společných části radiofrekvenčního (RF) pásma. K minimalizaci, případně k zabránění, velkému kolísání kvality poskytovaných služeb bude nevyhnutná řízená koexistence těchto systémů. Techniky jako kognitivní rádio, skenovaní RF spektra či využití různých forem strojového a hlubokého učení (tzv. Machine and Deep Learning) nabízejí perspektivní řešení. Téma doktorské práce je zaměřeno na výzkum metod a postupů pro tzv. chytrou koexistenci bezdrátových systémů. Výzkum by mala zaměřit na konvenční metody a na jejich optimalizaci (případně rozšíření) a na návrh nových metod, které jsou schopní správně identifikovat rušící (interferující) signál, druh rušícího systému a jeho charakteristické parametry. Na základě získaných informací se mají navrhnout metody a postupy, které minimalizují vliv interferenčních signálů na rušený komunikační systém. Účinnost navržených metod a postupů se mají ověřit na sadách reálných RF signálů v laboratorních a reálných podmínkách (např. využití softwarového rádia SDR-USRP). Na základě výsledků budou definované doporučení pro tzv. „smart-coexistence“ a „coexistence-free“ provoz bezdrátových systémů v širokém kmitočtovém pásmu.

   Školitel: Polák Ladislav, doc. Ing., Ph.D.

8. Metapovrchy pro ``stealth'' technologii

   Metapovrchy vykazující mimořádné elektromagnetické rozptylové charakteristiky jsou perspektivní pro návrh nových struktur s nebývalými vlastnostmi. Výzkum v rámci disertační práce se proto zaměří na vývoj efektivních výpočetních strategií a návrhových postupů tenkých metamateriálových vrstev, které vykazují elektromagnetickou transparentnost pro kauzální, pulsní elektromagnetické pole [1]--[2]. REFERENCE: [1] STUMPF, Martin. Time-Domain Modeling of Thin High-Contrast Layers With Combined Dielectric and Magnetic Properties. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2020, 19(6), 969-971. ISSN 1536-1225. [2] STUMPF, Martin, Giulio ANTONINI, Ioan E. LAGER a Guy A. E. VANDENBOSCH. Pulsed Electromagnetic Field Signal Transfer Across a Thin Magneto-Dielectric Sheet. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 1-7. ISSN 0018-9375.

   Školitel: Štumpf Martin, doc. Ing., Ph.D.

9. Metody rozšiřování ladících rozsahů elektronicky řiditelných obvodů

   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.

   Školitel: Šotner Roman, doc. Ing., Ph.D.

10. Mikrovlnné antény a obvody založené na uměle vytvořených materiálech

    Uměle vytvořené elektromagnetické materiály jsou periodické struktury, jejichž relativní permitivita nebo permeabilita může být větší nebo i menší než 1. Význam těchto matriálů v nedávné době stoupnul díky teorii transformačního elektromagnetismu pro vytvoření speciálních typů směrových antén, anténních čoček nebo elektromagnetických plášťů. Tento projekt je zaměřen na výzkum antén a obvodů realizovaných na uměle vytvořených materiálech. Hlavní pozornost by měla být soustředěna rozvoj metod návrhu uměle vytvořených materiálů s požadovanými elektromagnetickými vlastnostmi, které mohou být prostorově závislé. Navržené materiály by měly být využity pro vytvoření nových konceptů mikrovlnných antén a obvodů.

    Školitel: Láčík Jaroslav, doc. Ing., Ph.D.

11. Modely kanálů pro budoucí generace mobilních sítí

    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.

    Školitel: Prokeš Aleš, prof. Ing., Ph.D.

12. Multi-modální minimálně invazivní endoskop pro hloubkové zobrazování mozku

    Metody holografické endoskopie zažívají v poslední době nebývalý rozvoj, umožňují zobrazování hluboko v tkáni živých organismů, včetně mozku se sub-buněčným rozlišením. Laboratoř Komplexní fotoniky (vedená Pro. Tomášem Čižmárem, http://www.isibrno.cz/cs/komplexni-fotonika) se zabývá vývojem nejmodernějších endoskopů založených na multi-modových vláknech a jejich aplikacemi pro zobrazení mozku myších modelů in vivo. Tyto minimálně invazivní endoskopy můžou být zavedeny do struktur mozku ležících hluboko pod mozkovou kůrou, jejichž zobrazení není dostupné v podobném rozlišení žádnou jinou metodou. Tato doktorská práce bude zaměřena na rozšíření funkce systému o dvě nové modality: optickou manipulaci buněk pomocí optogenetiky a extracelulární elektrofyziologii. Optogenetika je unikátní nástroj, který umožňuje manipulaci buněčné aktivity světlem. Elektrofyziologická měření jsou zlatým standardem v neurovědách za posledních padesát let. Umožňují záznam potenciálů blízkého pole (local field potentails, LFP) a jednotkovou aktivitu neuronů (multi unit aktivity, MUA). Tyto modality budou implementovány na stejnou tenkou endoskopickou sondu, která slouží i k zobrazování. Implementace elektrofyziologie bude ve spolupráci s Prof. Massimem de Vittorio a Dr. Ferruciem Pisanellem (Instituto Italiano de Technologia). Kandidát/ka bude vyvíjet/modifikovat optické sestavy a software pro řízení experimentu, záznam dat a jejich zpracování (Lab View, Matlab, C++). Požadujeme znalost a zkušenost s programováním nebo stavbou optických sestav. Zkušenosti s mikroskopií, fluorescenční mikroskopií či elektrofyziologií jsou žádané. Projekt bude realizován na Ústavu přístrojové techniky Akademie věd České Republiky s možností plného úvazku. Doktorand bude součástí projektu Evropské komise „DEEPER: Deep brain photonic tools for cell-type specific targeting of neural diseases“ (https://deeperproject.eu/), který je financovaný v rámci schématu Evropské Unie Horizont 2020, výzkum a inovace a právě na ústavu startuje. Toto konsorcium sdružuje světové špičky v oblasti molekulárních fotonických nástrojů, optických technologií, pre-klinickém a klinickém výzkumu a inovativní start-upy ve snaze vyvinout nové nástroje pro odhalení a boj s patologií neurologických onemocnění.

    Školitel: Hudcová Lucie, doc. Ing., Ph.D.

13. Návrh pulzů v časové oblasti pro EMC aplikace

    Disertační práce se zaměřuje na vývoj fundamentálně nových technik pro návrh parametrů pulzů v časové oblasti používaných pro EMC simulace. Výsledkem práce by měly být nové optimalizační metody pro návrh pulzů. Součástí práce bude i software pro automatizovaný návrh pulzů. Tento software by měl kombinovat metody umělé inteligence pro rozpoznání referenčního (reálně měřeného) pulzu a optimalizační metody pro nalezení parametrů zvoleného pulzu.

    Školitel: Kadlec Petr, doc. Ing., Ph.D.

14. Nové aktivní bloky a koncepty pro zpracování elektrických a neelektrických veličin

    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.

    Školitel: Šotner Roman, doc. Ing., Ph.D.

15. Perspektivní metody pro přesné určování polohy osob a bezdrátových zařízení uvnitř budov

    V současné době existuje řada metod a technik pro určování polohy osob nebo zařízení uvnitř budov. V budoucnosti se předpokládá, že díky novým perspektivním bezdrátovým technologiím, např. oblast Internet věcí (tzv. IoT) nebo sítě Low-Power Wide Area Networks (LPWAN), bude potřeba stávající metody a techniky pro lokalizaci, monitorování a sledování osob a zařízení vylepšit případně nahradit účinnějšími. Mezi perspektivní řešení patří taky využití různých forem strojového a hlubokého učení (tzv. Machine and Deep Learning). Téma doktorské práce je zaměřeno na metody a postupy pro přesné určování polohy osob a zařízení uvnitř budov. Vývoj a realizace vhodných metod a postupů by mněla vycházet z technik založených na vyhodnocení parametrů (např.) RSSI, ToA a AoA. Dále je předpokládáno využití poznatků strojového učení a jejich aplikace pro zvýšení účinnosti lokalizačních metod a přesnosti lokalizace uvnitř budov. 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).

    Školitel: Polák Ladislav, doc. Ing., Ph.D.

1. kolo (podání přihlášek od 01.04.2021 do 15.05.2021)

1. Adaptivní klasifikace RF signálů pomocí umělé inteligence

   Disertační práce je zaměřena na použití technik strojového a hlubokého učení ke zpracování RF signálů převážně z radarů. Techniky jsou zaměřeny na extrakci relevantních informací, jako je identifikace a poloha cíle nebo obecné parametry přijímaného signálu z dostupných dat, a to navzdory chybějícímu přesnému matematického popisu chování systému a šíření elektromagnetických vln. Důležitým cílem výzkumu je lepší přesnost detekce než u konvenčních metod zpracování signálu. Ačkoli k adopci těchto technik již byly učiněny některé důležité kroky, je zapotřebí značného výzkumného úsilí, aby se tyto techniky staly realitou.

   Školitel: Prokeš Aleš, prof. Ing., Ph.D.

2. Adversarial machine learning for drone communication

   The dissertation is aimed to employ adversarial neural networks for black-box modelling to imitate communication with unmanned aerial vehicles (UAV). The question if deep neural networks could learn sophisticated waveforms of modern wireless communication systems (and potentially create new ones) has not been answered yet. In [1], authors demonstrate that jamming is ineffective to neutralize unmanned aerial vehicles (UAV). The presented method allows the drone to exploit an adversarial jamming signal for implementing an emergency (but effective) navigation which enables the drone to accomplish its mission. In [2], capabilities of deep neural networks in channel coding, modulation, and parametric estimation are discussed for the physical layer of wireless communications. In [3], authors presented a deep-learning detector DeepIM which employs a deep neural network with fully connected layers to recover data bits in an OFDM-IM system. While the remote controller is traditionally operated by a person maintaining the visual line of sight with the UAV, the trend is moving towards long-range control and autonomous operation. To enable this, reliable and widely available wireless connectivity is needed to manually control a UAV or take control of an autonomous UAV flight [4]. References [1] R. DI PIETRO; G. OLIGERI; P. TEDESCHI; JAM-ME: Exploiting Jamming to Accomplish Drone Mission. In 2019 IEEE Conference on Communications and Network Security (CNS), Washington DC, DC, USA, 2019, pp. 1-9, doi: 10.1109/CNS.2019.8802717. [2] Z. ZHAO; M. C. VURAN; F. GUO; S. D. SCOTT; Deep-Waveform: A Learned OFDM Receiver Based on Deep Complex Convolutional Networks, https://arxiv.org/abs/1810.07181 [3] T. V. Luong, Y. Ko, N. A. Vien, D. H. N. Nguyen and M. Matthaiou, "Deep Learning-Based Detector for OFDM-IM," in IEEE Wireless Communications Letters, vol. 8, no. 4, pp. 1159-1162, Aug. 2019, doi: 10.1109/LWC.2019.2909893. [4] A. ABDALLA; V. MAROJEVIC; Communications and Networking Standards for UASs: The 3GPP Perspective and Research Drivers. 2020, https://arxiv.org/abs/2009.03533

   Školitel: Götthans Tomáš, doc. Ing., Ph.D.

3. Digital compensation of Impairments in millimeter-wave links with beamforming

   In the future high-speed communication and radar systems, the active antennas with beamforming in the millimeter-wave bands will be massively used. As an example, the use of 28 GHz band is already part of the 5G NR standard and a 60 GHz band is envisaged for the 5G NR Release 17. The real active antenna arrays suffer from many impairments and misalignments that limit the system performance, both for the applications in communications as well as in the radar systems. Among these, a beam squint, i.e., frequency dependency of the beam and the parasitic sidelobes of the beam are the most important examples. The sidelobes can result in the identification of false link opportunities or act as the source of unwanted interference to other users. The aim of the thesis is to study the practical level of such impairments of the existing active antenna components, investigate their effects on the system performance of 5G NR, and to propose the innovative solutions based on the digital signal processing techniques for their reduction. [1] L. Grannemann, A. Ichkov, P. Mähönen and L. Simić, "Urban Outdoor Measurement Study of Phased Antenna Array Impact on Millimeter-Wave Link Opportunities and Beam Misalignment," in IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 20, no. 3, pp. 1727-1741, March 2021, doi: 10.1109/TWC.2020.3035683. [2] P. Susarla et al., "Smart-RF for mmWave MIMO Beamforming," 2018 IEEE 29th Annual International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Bologna, Italy, 2018, pp. 1-6, doi: 10.1109/PIMRC.2018.8581001.

   Školitel: Maršálek Roman, prof. Ing., Ph.D.

4. Kaskádní model turbulentního přenosového prostředí

   Jedním z jevů, který ovlivňují kvalitativní a kvantitativní parametry optického svazku v přenosovém prostředí je turbulence. Standardně se míra turbulence určuje strukturním parametrem indexu lomu, který vychází ze statického analýzy přenosového prostředí. Existuje řada způsobů, jak stanovit tento parametr. Současný přístup určovaní míry turbulence přenosového prostředí ale neumožnuje vyjádření okamžité míry turbulence. Cílem disertační práce je návrh a vypracování metodiky určování míry turbulence jednotlivých přenosových prostředí pomocí ekvivalentního teplotního gradientu, který vychází z fyzikálních vlastností přenosového prostředí a udává okamžitou míru turbulence v daném místě a čase . Je potřeba stanovit meze platnosti dané metodiky. Metoda ekvivalentního teplotního gradientu by měla být následně modifikována do podoby, kdy se na trase přenášeného svazku vyskytne několik turbulentních nehomogenit za sebou. Jednotlivé nehomogenity by měly být popsané a kvantifikované maticovým vyjádřením. Metoda ekvivalentního teplotního gradientu měla být rozšířena pro kaskádu turbulentních nehomogenit. Problematiku je potřeba řešit jak v prostorové, tak i časové oblasti. Navržené metody by měly být použitelné pro různé typy přenosových prostředí. Výstupem bude také analýza a stanovení maximální dosažitelné přenosové rychlosti optického bezkabelového spoje v závislosti na typu a míře turbulence pro různé typy přenosových prostředích.

   Školitel: Hudcová Lucie, doc. Ing., Ph.D.

5. Kvalita obrazu a videa v multimediálních systémech pro virtuální realitu

   V současné době, a to v různých aplikačních oblastech, se rapidně zvyšuje zájem o multimediální systémy, podporující technologii virtuální realita (VR). Díky progresu v oblasti zobrazovacích technologií už existuje celá řada brýlí, tzv. head-mounted devices (HMDs), a různých doplněk pro sledování 180 a 360 stupňového obrazu a videa. Pro masivní poskytování multimediálního obsahu v takém formátu a ve vhodné kvalitě je potřeba použit vysoce účinní algoritmy pro zdrojové kódování obrazu a videa. Dále je velmi důležitá správná volba postupu pro objektivní a subjektivní vyhodnocení kvality 180/360 stupňového obrazu a videa. Téma doktorské práce je zaměřeno na nové algoritmy pro kódování 180/360 stupňového obrazu a videa. Pro analýzu jejich vlivu na kvalitu zážitku je nezbytné definovat správní objektivní metriky a navrhnout vhodný postup pro realizaci subjektivních testů. Pozornost by mněla proto 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 (výběr vhodných kodeků s doporučeným nastavením parametrů), dále definované (případně navržené) vhodné objektivní a subjektivní metriky a postupy pro vyhodnocení kvality 180/360 stupňového obrazu a videa s vysokou mírou reprodukovatelnosti.

   Školitel: Polák Ladislav, doc. Ing., Ph.D.

6. Optimization of phase shifters for HPM applications

   When varying the width of a rectangular waveguide operating in the TE10 mode, the propagation constant, and consequently the output phase, can be purely mechanically changed. Since no dielectric components or pins are included, the efficiency of the phase shifter is about 90%. On the other hand, the speed of tuning is low [1]. A dual circular polarizer with a motor-controlled metal plug was used in [2]. The phase at the RF output was adjusted by sliding the short circuit along the port related to a dual polarizer. Low losses of the phase shifter were kept, and the use of motor increased the speed of tuning. In [3], authors presented a phase shifter based on coaxial waveguides (TEM waves) and two identical TE11 circular polarizers. When rotating the second polarizer, the output phase was adjusted in the range from 0° to 360°. The dissertation is aimed to compare existing concepts of high-power phase shifters from various viewpoints (efficiency, speed of tuning, accuracy of phase setting, etc.). Outputs of this comparison should yield an optimum configuration of the phase shifter for the use in selected security applications. For the selected concept of the phase shifter, methodology of tolerance and sensitivity analyses should be worked out. Considering conclusions, an efficient optimization of the structure of the phase shifter should be proposed comprising accuracy of phase setting, efficiency of the phase shifter, speed of tuning, etc. References [1] YI-MING YANG; CHENG-WEI YUAN; GUO-XIN CHENG; BAO-LIANG QIAN; Ku-band rectangular waveguide wide side dimension adjustable phase shifter. IEEE Transactions on Plasma Science, 2015, vol. 43, no. 5, p. 1666-1669. DOI: 10.1109/TPS.2014.2370074 [2] CHAO CHANG; LETIAN GUO; SAMI G. TANTAWI; YANSHENG LIU; JIAWEI LI; CHANGHUA CHEN; WENHUA HUANG; A new compact high-power microwave phase shifter. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2015, vol. 63, no. 6, p. 1875-1882. DOI: 10.1109/TMTT.2015.2423281 [3] XUE-LONG ZHAO; CHENG-WEI YUAN; LIE LIU; SHENG-REN PENG; ZHEN BAI; DAN CAI; GW TEM-mode phase shifter for high-power microwave applications. IEEE Transactions on Plasma Science, 2016, vol. 44, no. 3, p. 268-272. DOI: 10.1109/TPS.2016.2523122

   Školitel: Láčík Jaroslav, doc. Ing., Ph.D.

7. Perspektivní bezdrátové optické komunikační systémy pro komunikační standard 5G/B5G

   Předmětem vědeckého projektu je prozkoumat metody generování optického signálu a metody detekce v optických bezdrátových komunikačních systémech, které jsou implementovány ve standardu 5G, nebo jsou plánované v B5G. Výzkum bude zaměřen na zpracování signálu v optických transceiverech. Budou analyzovány nové pokročilé typy modulací a kanálového kódování. Experimentální práce bude zaměřena na porovnání vybraných typu modulátorů a detektorů. Cílem výzkumu je potlačení negativního vlivu atmosféry na přenos optického signálu, optimalizace přenosové technologie a zvýšení její spolehlivosti a dostupnosti.

   Školitel: Barcík Peter, Ing., Ph.D.

8. UAV detection and localization by MIMO radars

   Small-sized propellers have low radar cross section (RCS) values [1]. On the other hand, the rotation of propellers causes a significant periodic fluctuation of the radar echo [1], [2]. This unique feature of periodic fluctuations registered by rotating blades is in an agreement with micro-Doppler theory. Radar signatures contributed by rotating blades of drones usually refer to the kinematical micro-Doppler phenomenon on spectrograms. The mapping between the micro-Doppler signature and the rotation characteristics of blades does not always require a long time. Theoretically, when the observation time is short enough that the instant micro-Doppler produced by rotating blades become the “blade flash” in the time domain and the rotor blade modulation in the spectrum. The dissertation is aimed to conduct polarimetric analysis based on RCS and micro-Doppler simulations of small drones [3], [4]. The thesis should provide theoretical support for the practical radar system design for detecting small drones. The situations of multiple rotors, different blade configurations and different altitude angles need to be completed as well. References [1] T. PETO; S. BILICZ; L. SZUCS; S. GYIMÓTHY; J. PÁVÓ; The radar cross section of small propellers on unmanned aerial vehicles. In Proc. 10th Eur. Conf. Antennas Propag., 2016, pp. 1–4. doi:10.1109/EuCAP.2016.7481645. [2] R. NAKAMURA; H. HADAMA; Characteristics of ultra-wideband radar echoes from a drone. IEICE Commun. Express, vol. 6, no. 9, pp. 530–534, 2017. doi:10.1109/WiSNeT46826.2020.9037614. [3] T. LI; B. WEN; Y. TIAN; Z. LI; S. WANG; Numerical simulation and experimental analysis of small drone rotor blade polarimetry based on RCS and micro-doppler signature. In IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 18, no. 1, pp. 187–191, Jan. 2018. doi:10.1109/LAWP.2018.2885373. [4] J. GONG; J. YAN; D. LI; R. CHEN; F. TIAN; Z. YAN; Theoretical and Experimental Analysis of Radar Micro-Doppler Signature Modulated by Rotating Blades of Drones. In IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 19, no. 10, pp. 1659-1663, Oct. 2020, doi:10.1109/LAWP.2020.3013012.

   Školitel: Götthans Tomáš, doc. Ing., Ph.D.