POVALAČ, K. Sledování spektra a optimalizace systémů s více nosnými pro kognitivní rádio [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2012.
Disertační práce Ing. Karla Povalače je zaměřena do oblasti tzv. kognitivního rádia. Konkrétně se doktorand ve své práci zabývá především problematikou sledování spektra a optimalizace systémů s více nosnými. Výsledky svojí práce publikoval na mezinárodních i národních konferencích a v článku v mezinárodním časopise vydávaném organizací EuMA. Další časopisecký článek je v recenzním řízení. Zůčastnil se také studentské soutěže EEICT. Během doktorského studia absolvoval doktorand dvě stáže na zahraničních pracovištích - ESIEE Paris, Université Paris-Est a University of Buckingham, UK s kladnými referencemi od vedoucích spolupracujících pracovišť. Během práce na disertaci se podílel na řešení několika grantových projektů a to jak projektů FRVŠ, tak projektů GAČR. Během práce na své disertaci prokázal jak teoretické znalosti, tak schopnosti ověřit navržené algoritmy simulací v MATLABu a výsledný algoritmus implementovat. Jako školitel doktoranda proto práci doporučuji k obhajobě.
Posudek na disertační práci Ing. Karel Povalač Sledování spektra a optimalizace systémů s více nosnými pro kognitivní rádio vypracované na Ústavu radioelektroniky FEKT VUT Brno v r. 2011, vedoucí práce Doc. Ing. R. Maršálek, PhD. Práce je zaměřena na problematiku určování obsazenosti spektrálních podpásem radiokomunikačního přenosového kanálu pro přenos digitálních signálů s více nosnými pro kognitivní rádio. Těžiště práce tvoří metody optimalizace rozdělení výkonu signálu mezi jednotlivé nosné, které jsou vysílány jediným zvoleným uživatelem, spolu s volbou modulační metody. Jsou uvažovány digitální modulační metody s konstantní amplitudou v symbolovém intervalu či se zvoleným tvarem symbolu a s počtem stavů, který je mocninou dvou. Jedná se především o modulace BPSK,QPSK, a QAM. Námět práce je vysoce aktuální a leží v centru pozornosti renomovaných světových výzkumných pracovišť. Cíle disertace jsou formulovány v závěru první kapitoly. Jsou stanoveny tak, aby výsledky práce obohatily poznání problematiky v mezinárodním kontextu. Práce je tvořena třiašedesáti stranami textu a dalšími osmnácti stranami úvodních formalit včetně seznamů použitých symbolů, obrázků a tabulek. První kapitola je kapitolou úvodní, shrnující stav problematiky detekce volných frekvenčních subpásem a jejich využití systémy kognitivního rádia, tj. systémy, které vyhledávají a adaptivně využívají volná frekvenční subpásma či subpásma obsazená signály s malým výkonem a využívají jich k přenosu vlastního signálu. Mezi zde stručně vysvětlené metody přenosu patří metoda testování statistických hypotéz energetická detekce přizpůsobená filtrace detekce cyklostacionarity detekce založená na singulární dekompozici Autor dále popisuje principy metod optimalizace parametrů systémů s více nosnými přenášejícími ortogonální frekvenční multiplex (OFDM). Sem řadí water –filling algoritmus greedy algoritmus (česky doslovně lačný, chamtivý algoritmus ) optimalizace využívající roje částic (Particle Swarm Algorithm – PSO) Druhou kapitolu, patřící k vlastnímu jádru práce, nazval autor Problematika detekce - sledování spektra. Tato kapitola obsahuje metody energetické detekce ve frekvenční oblasti – především metodu periodogramu , metodu Bartletovu a Welchovu, včetně popisu simulací a implementace detekce v časové oblasti aplikací Kolmogorovova- Smirnovova statistického testu Optimalizace parametrů OFDM je název kapitoly třetí. Byly aplikovány optimalizační metody roje částic a greedy pro optimalizaci použitých subkanálů a kvadraturních modulací s obecně volitelným počtem stavů modulace (PSK, QAM). Kriteriem optimalizace je autorem navrhnuté původní kriterium (3.41), které pro zadanou hodnotu rychlosti přenosu dat a zvolenou hodnotu energie signálu, vztaženou k přenášenému bitu dat, minimalizuje chybovost přenosu systému. Aplikace tohoto kriteria byla demonstrována na optimalizaci systému WiMAX . Byly využity obě ze shora uvedených metod. Autor konstatuje přesnější konvergenci PSO metody, která je současně výpočetně náročnější. Přímá metoda – greedy – neumožňuje nastavit hodnoty s dostatečnou přesností, optimalizace je hrubá. V dalším odstavci kapitoly je definován EVM (Error Vector Magnitude) parametr a odvozeny vztahy s chybovostí přenosu a SNR. Je popsáno využití EVM při aplikaci jak PSO, tak greedy algoritmu. Graficky je vynesen výsledek optimalizace greedy algoritmem (obr. 3.15). Kapitola čtvrtá pojednává krátce o vlivu nepřesné informace o obsazení spektra na optimalizaci systému a o možnostech zvýšení přesnosti odhadu aplikací jiných typů detektorů, které nebyly zmíněny v předchozím textu. Jde mj. o kooperativní metody využívající výstupů několika vzájemně vzdálených detektorů. V dalším odstavci je popsána jednoparametrická metrika, úměrná statistice testu. Autor pravděpodobně uvažuje jednoduchou statistiku energetického detektoru (1.2), i když v dalším testu hovoří i o využití statistiky Kolmogorova- Smirnova. Je uveden příklad alokace výkonů signálu na jednotlivých subnosných (obr. 4.5). Předložená práce je shrnuje problematiku optimalizace rozložení výkonů a modulačních metod signálů s vice nosnými (OFDM typu), diskutuje jednotlivé metody a přináší původní modifikace těchto metod. Uvažuje model kanálu se selektivními úniky. Kromě původních teoretických příspěvků autora (např. kriterium pracující s fixní hodnotou rychlosti přenosu dat a využití parametru EVM) realizoval autor detektor přítomnosti televizního signálu (analogového i digitálního) obvodem FPGA (při stáži na ESIEE Paris), který je založen na metodě roje částic. Dalším původním příspěvkem je potvrzení faktu, že použitá kriteria detekce nepotřebují znát přesný typ přijímaného signálu. K práci mám několik drobných připomínek. Autor volí několik termínů pro tutéž veličinu. Nejmarkantněji lze tento fakt doložit na obvyklém termínu kriteriální funkce. V práci je často použit i termín objektivní funkce, se kterým jsem se v českém textu setkal poprvé. Text je napsán pečlivě. V některých pasážích bych přivítal podrobnější popis či rozbor té které metody. Podstatné, především původní části práce byly publikovány na mezinárodním fóru. Uchazeč – autor práce se účastnil řešení grantových projektů a svoje přístupy k řešení problematiky obohatil při spolupráci na zahraničních stážích. Při obhajobě práce bych rád autorovi položil několik otázek. 1. Při simulaci vychází autor z možnosti vypnout generátor šumu, resp. nastavit si jeho hodnotu tak aby dosáhl požadovaného poměru signálu k šumu (SNR). Při příjmu reálné superpozice signálu se šumem tento parametr není znám. Jak postupuje v tomto případě? Jak definuje SNR pro signálu typu QAM (nekonstantní obálka)? Jaký vztah mezi symbolovou a bitovou chybovostí byl použit? 2. Jak zjistí parametry referenčního (teoretického) rozdělení, resp. jeho kumulativní distribuční funkce v (2.36) resp. v (2.37) při zpracování reálného signálu (signál a superponovaný šum)? Totéž pro polohu ideálního signálového vektoru v metodě EVM (Error Vector Magnitude)? 3. Které parametry signálu tvoří složky vektoru „polohy“ u PSO metody? 4. Prosím o podrobnější vysvětlení závislostí na obr. 3.10. 5. Skýtá metoda singulární dekompozice nějaké výhody oproti metodám ostatním? Odhaduji, že její výpočetní náročnost je největší. Závěr: Ing. Karel Povalač doložil, že je pracovník s vědeckou erudicí. Jeho předložená práce splňuje požadavky kladené na disertační práci ve smyslu příslušných předpisů. Proto navrhuji, aby byl Ing. K. Povalač pozván k obhajobě své práce a v případě její úspěšné obhajoby mu byl udělen titul PhD. V Praze 22. 11. 2011 Ing. Jan Šimša, CSc. Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i. Chaberská 57, 18251 Praha 8
doc. Ing. Pavol Galajda, CSc., Katedra elektroniky a multimediálnych telekomunikácií, Fakulta elektrotechniky a informatiky, Technická univerzita v Košiciach, Park Komenského 13 Košice OPONENTSKÝ POSUDOK dizertačnej práce Ing. Karel Povalač s názvom SLEDOVÁNÍ SPEKTRA A OPTIMALIZACE SYSTÉMŮ S VÍCE NOSNÝMI PRO KOGNITIVNÍ RÁDIO Doktorandská dizertačná práca Ing. K. Povalača má rozsah 63 strán textu. Šesť strán tvorí zoznam literatúry (11 vlastných a 74 ostaných bibliografických prameňov, uvádzané literárne pramene majú priamu súvislosť s témou dizertačnej práce, viac ako 50 nie je starších ako päť rokov a sú v nich zahrnuté základné poznatky týkajúce sa problematiky riešenej v rámci dizertácie). Abstrakt v ČJ, abstrakt v AJ, prehlásenie, poďakovanie, zoznam skratiek a symbolov obsah, zoznam obrázkov (52) a zoznam tabuliek (5) tvorí spolu 14 ďalších samostatných strán. Práca je rozdelená do 5. kapitol. Po stránke koncepčnej i grafickej má predložená dizertačná práca dobrú úroveň. Vychádzajúc z pokynov na vypracovanie oponentského posudku stanovených Fakultou elektrotechniky a komunikačních technológií VUT v Brne mám k formálnej štruktúre a k vecnému obsahu predloženej dizertačnej práce nasledujúce stanovisko: 1. Aktuálnosť zvolenej témy Na základe obsahu predloženej doktorandskej dizertačnej práce je možné považovať tému písomnej práce za aktuálnu, ktorá navyše vyžaduje exaktné, vedecky podložené postupy a metodiky. Metódy navrhnuté v práci môžu nájsť uplatnenie pri návrhu komunikačných systémov nových generácií. 2. Dosiahnuté výsledky a pôvodný vedecký prínos dizertačnej práce V súlade so stanovenými cieľmi a realizovanými simuláciami a experimentmi považujem za pôvodné vedecké prínosy dizertačnej práce nasledovné: • bola navrhnutá nová kriteriálna funkcia použiteľná v adaptívnom algoritme založenom na princípe roja častíc, • využitie Kolmogorového – Smirnového štatistického testu na detekciu v časovej oblasti, ktorý priniesol zaujímavé výsledky pri detekcii signálov komunikačných systémov pomocou štatistickej a energetickej detekcie, • využitie parametrov EVM za účelom zjednodušenia optimalizovaných algoritmov, pomocou tohto parametra bola vytvorená nová kriteriálna funkcia metódy PSO za účelom minimalizácie chybovosti, • využitie parametra EVM v greedy algoritme, • bola navrhnutá modifikovaná verzia greedy algoritmu, využívajúca metriku . 3. Prínos pre vedecké poznanie Postup doktoranda pri naplnení cieľov dizertácie možno jednoznačne charakterizovať ako vedecký, logický a dobre premyslený, umožňujúci dynamickú alokáciu spektra s následným využitím daného frekvenčného pásma komunikačným systémom s viacerými nosnými frekvenciami, ktorého nastavenie parametrov je realizované na základe optimalizácie. Zvolené metódy spracovania použité v dizertačnej práci považujem za správne, efektívne a zodpovedajúce súčasnému stavu poznatkov problematiky, ktorej je práca venovaná. Navrhnuté metódy predstavujú dobré východisko pre ďalšiu vedeckovýskumnú činnosť v tejto oblasti. Výsledky dizertačnej práce boli náležite publikované. Autor predloženej doktorandskej dizertačnej práce je autorom alebo spoluautorom 11 príspevkov publikovaných v zborníkoch medzinárodných konferencií, príspevkov publikovaných v zborníkoch domácich konferencií a spoluautorom jedného príspevku v zahraničnom nekarentovanom časopise. Predložená dizertačná práca Ing. K. Povalača preto vo vyššie uvedených oblastiach prispieva k rozvoju vedy a techniky, pričom jej vybrané časti môžu nájsť uplatnenie aj v praxi. 4. Pripomienky a otázky K posudzovanej práci mám tieto pripomienky: • k formálnej stránke: - Obr. 2.3 je na hranici čitateľnosti, - v texte (str. 19, riadok 1) je pre teoretickú CDF použitý symbol F- správne má byť na základe zoznamu symbolov G(x). • k obsahovej stránke: - je vzťah (1.4) správny? - v práci mi chýbajú stručne zhrnuté prínosy doktoranda V rámci diskusie odporúčam tieto otázky: - V práci je uvedené (str. 56) že bola začatá implementácia adaptívnych optimalizačných algoritmov do obvodu FPGA- prosím keby doktorand uviedol stav implementácie (napr. z pohľadu hardvérových nárokov, výpočtovej a časovej náročnosti jednotlivých algoritmov, výsledky implementovaných algoritmov v porovnaní so simuláciami, ...). - Prečo nebol pridaný biely Gaussovský šum už v generátore SMU 200A, ale až pomocou MATLABU? - Vysvetlite prečo v prípade maximálneho využitia prenosovej kapacity vykazovali obe metódy (PSO aj greedy algoritmus) rovnaké výsledky? 5. Záver Doktorandská dizertačná práca Ing. K. Povalača prináša nové vedecké poznatky v oblasti kognitívneho rádia s dynamickou alokáciou spektra s následným využitím daného frekvenčného pásma komunikačným systémom s viacerými nosnými frekvenciami, ktorého nastavenie parametrov je realizované na základe optimalizácie. Autor predloženou dizertačnou prácou preukázal schopnosť samostatne vedecky pracovať. Dizertačná práca podľa môjho názoru spĺňa stanovené podmienky a odporúčam preto prijať dizertačnú prácu Ing. K. Povalača vypracovanú na tému “Sledování spektra a optimalizace systému s více nosnými pro kognitivní rádio” k obhajobe v oboru Elektronika a sdelovací technika a po úspešnom obhájení dizertačnej práce pred príslušnou komisiou odporúčam udeliť Ing. K. Povalačovi akademický titul philosophiae doctor (PhD.). V Košiciach 30.12.2011. doc. Ing. Pavol Galajda, CSc.
eVSKP id 41976