Prezenční studium

4 roky

prof. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D.

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

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.

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. 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. Kvalitativní a kvantitativní analýza dynamického chování nelineárních elektronických systémů

   Projekt je zaměřen do oblasti přesného modelování neideálních nelineárních a parazitních setrvačných vlastností subsystémů zpracovávajících radio-frekvenční signál. S využitím zkonstruovaných matematických modelů a navržených numerických algoritmů budou lokalizovány oblasti chaotického řešení v hyperprostoru interních parametrů systémů. Tyto dynamické systémy budou uvažovány jako autonomní i buzené různých řádů tak, aby byla obsažena celá škálu analogových funkčních bloků vyskytující se v radiokomunikačním kanále. Existence podivných atraktorů a jiných specifických typů řešení bude ověřena experimentálně na ekvivalentních analogových obvodech.

   Školitel: Petržela Jiří, doc. Ing., Ph.D.

7. Odhad prostorových environmentálních map pomocí Gaussovských regresních procesů

   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 prozkoumat vlastnosti odhadu prostorových environmentálních map z měření shromážděných na určitém místě tréninku. Vzhledem k přítomnosti silné prostorové korelace se jako vhodný nástroj jeví Gaussovské regresní procesy (GPR). Výzkum se zaměří na aplikaci, kde lze opakovaně měřit některé skalární spojitě distribuované parametry na statických místech a která se rychle nemění (např. síla přijímaného signálu – RSS). Bude zkoumána časová a prostorová charakteristika RRS prostřednictvím GPR ve scénářích z reálného světa, zejména tam, kde vědci pracují se zdroji dat získanými z davu. Výzkum se zaměří na několik scénářů, u nichž bude zkoumán odhad polní mapy pomocí GPR a vliv parametrů. Dále bude poskytnuta analýza různých aspektů GPR a experimentálně ověřeno teoretické vyjádření střední kvadratické chyby (MSE) a její závislost na různých systémových parametrech, např. počet tréninkových pozic, počet opakování pro různé úrovně rozptylu šumu.

   Školitel: Hlawatsch Franz, prof. Dr. Ing.

8. 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.

9. 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.

10. 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.