Kommunikationsystem

<p>Forskningsområdesledare: <a href="https://www.chalmers.se/personer/hagerc/">Christian Häger</a></p>

<p>Biträdande professor <a rel="noopener" href="https://www.chalmers.se/personer/graell/" target="_blank">Alexandre Graell i Amat</a></p>

<p>Biträdande professor <a href="https://www.chalmers.se/personer/fredrikb/">Fredrik Brännström</a></p>

<p>Biträdande professor <a rel="noopener" href="https://www.chalmers.se/personer/durisi/" target="_blank">Giuseppe Durisi</a></p>
<p>Forskningsområdesledare: biträdande professor Giuseppe Durisi</p>
<h3 class="chalmersElement-H3">Om forskningsområdet Grundforskning för kommunikationssystem</h3>
<p>Grundforskningen för kommunikationssystem har som mål att finna matematiskt exakta svar till praktiska problem inom trådlös och trådburen kommunikation samt signalbehandling. Detta innefattar studier av matematiska modeller för kommunikation och sampling.</p>
<p>För närvarande inriktar vi oss på teorierna bakom nästa generation kommunikationsnätverk. Vår forskning omfattar karakteristik av den yttersta gränsen för datahastigheten av tillförlitlig kommunikation över trådlösa och trådburna kanaler, och studiet av minimiantalet nödvändiga mätningar för att sampla och rekonstruera en given signal med hög kvalitet.</p>
<p><strong>Informations- och kommunikationsteori<br /></strong>Trådlösa och trådburna kommunikationssystem har genomgått en överväldigande tillväxt de senaste åren. Den dramatiska ökningen av mobilabonnenter och i synnerhet bredbandsabonnenter resulterade i en enorm ökning i mobildatatrafiken. Den plötsliga ökningen i användandet av bredbandsapplikationer som videostreaming och sociala media innebär en stor utmaning för alla delar av de nuvarande kommunikationsnätverken, från kärnan (backhaul) till periferin (cellulära basstationer).</p>
<p>Liksom tidigare förväntas informationsteori spela en viktig roll när det gäller att angripa de framtida utmaningarna. Informationsteori studerar de yttersta gränserna för tillförlitlig kommunikation, ofta kallad kanalkapacitet.</p>
<p>Vår forskning har som mål att utveckla informationsteori som förklarar de svagheter som ofta uppstår vid utvecklingen av trådlösa och trådburna nätverk. Typiska forskningsfrågor kan vara karakteriseringen av kostnaden för att förvärva och distribuera kanalinformation eller påverkan på kapaciteten av ickelinjära fenomen, som t.ex. fasbrus. Vår vision är att denna teoretiska satsning ska vara behjälplig för designen av nästa generation trådlösa och trådburna nätverk.</p>
<div><strong>Compressed sensing<br /></strong>Compressed sensing är en teknik som utvecklats på senare tid. Den fastslår att signaler och bilder vars information är gles i någon domän (t.ex.  i frekvens eller wavelets) kan återskapas från betydligt färre mätningar (samplingar) än man hittills trott.</div>
<p>Ett klassiskt problem inom compressed sensing är att söka den glesaste representationen av en given vektor, som en linjär kombination av vektorer från en given uppsättning. Detta sker genom lösning av ett konvext optimeringsproblem, som tar fram den enskilt glesaste representationen av en given vektor när gleshetsnivån (d.v.s. antalet noll-skilda element i vektorn) i lösningen ligger under en tröskel, vilken är beroende av vektoruppsättningens egenskaper.</p>
<p>Forskningen har som mål att utöka ramverket kring compressed sensing till ickelinjära fall, och att utforska sambanden mellan compressed sensing, grafiska modeller, kanalkodning och iterativ informationsbehandling.</p>

<p class="chalmersElement-P">Forskningsområdesledare: Professor <a href="https://www.chalmers.se/personer/thomase/tml">Thomas Eriksson</a></p>
<h3 class="chalmersElement-H3">Om forskningsområdet Hårdvarubegränsad kommunikation</h3>
<p>När en trådlös signal passerar genom sändare och mottagare, förvrängs och skadas den av brister i den analoga hårdvaran. Fenomenet kallas ibland ”Dirty RF”, och har fått allt större betydelse under de senaste åren, på grund av ökade krav på kapacitet och kostnadseffektiva lösningar.</p>
<p>Några av de viktigaste frågorna inom ”Dirty RF” är:</p>
<p>• Icke-linjära och ineffektiva sändare<br />• Fasbrus i oscillatorer<br />• I/Q-obalans i modulator- och demodulatorkretsarna<br />• Cross-talk i MIMO sändare</p>
<p>Av dessa frågor har vi arbetat under lång tid med de tre första, och har nu även startat upp forskning inom den fjärde. Nedan diskuteras våra olika forskningsområden kortfattat.</p>
<div>
<h4 class="chalmersElement-H4">Icke-linjära och ineffektiva sändare</h4>
<p>Alla sändare är i viss mån icke-linjära, graden varierar med förstärkarens typ och arkitektur. Icke-lineariteten står i direkt motsats till förstärkarens effektivitet, dvs. energiförbrukning. För att göra förstärkaren mer linjär kan den därför drivas i backoff, alltså med låg energiutgång. Förstärkare är dock mest effektiva när de drivs nära sin maximala nivå, med låg backoff.</p>
<p>Vi arbetar löpande med detta problem, med fokus på Digital Predistortion (DPD) och signaldesign för högeffektiv förstärkararkitektur (Doherty, Load Modulation;PWM, delta-sigma etc.).</p>
</div>
<div>
<h4 class="chalmersElement-H4">Fasbrus i oscillatorer</h4>
<p>En perfekt oscillator svänger på en enda frekvens, men i praktiken lider alla oscillatorer mer eller mindre av fasbrus. Konsekvensen för kommunikationssystemet blir att signalen blir oförutsägbar, vilket gör det svårt att tillverka en bra mottagare.</p>
<p>I vår forskning fokuserar vi på olika sätt att analysera och kompensera kommunikationssystem som lider av fasbrus. Det sker exempelvis genom fasbrusmodellering, kapacitetskalkylering, gemensam fasbruskompensation och -detektion samt fasbruskompensation i MIMO-system.</p>
</div>
<div>
<h4 class="chalmersElement-H4">I/Q-obalans i modulator- och demodulatorkretsarna</h4>
<p>Modulatorns kretssystem har till uppgift att mixa kommunikationssignalen med två radiofrekvenssignaler som båda har samma nivå och 90 graders fasförskjutning.  I praktiken är det dock svårt att konstruera analoga kretsar med exakt 90 graders fasförskjutning och exakt samma förstärkning. Vi får en I/Q-obalans som leder till signalförvrängning.</p>
<p>Vi arbetar med att kompensera alla typer av I/Q-obalans, såsom frekvensberoende förstärkning, I/Q-mixning, icke-linjära effekter etc.</p>
</div>
<div>
<h4 class="chalmersElement-H4">Cross-talk i MIMO-sändare</h4>
<p>I en flerantennsändare (MIMO-sändare) är cross-talk (d.v.s. att sändarnas signaler stör varandra) oundvikligt. Om detta inte åtgärdas leder det till att de enskilda förstärkarna utsätts för belastning som varierar över tid vilket i sin tur orsakar signalförvrängning. Traditionellt har detta lösts genom att isolatorkretsar lagts till mellan förstärkare och antenner. Sådana lösningar är dock kostsamma i fråga om såväl material som reducerad effektivitet.</p>
<p>Vi inleder nu forskning kring att kompensera MIMO cross-talk genom signalbehandling, för att därmed undvika behovet av isolatorkretsar och maximera verkningsgraden av MIMO-sändaren.</p>
</div>

<p>Forskningsområdesledare: Professor <a href="https://www.chalmers.se/personer/agrell/">Erik Agrell</a></p>
<h3 class="chalmersElement-H3">Om forskningsområdet Optisk kommunikation</h3>
<p>I vårt samhälle finns en ständig efterfrågan på mer bandvidd. Det märks kanske tydligast i tjänster som videokonferenser, tv och video-on-demand över internet, men också i de enorma överföringar som krävs av datacentraler för backup, lagring och behandling av data i ”molnet”.</p>
<p>90-talets dramatiska utveckling av våglängds-multiplexade fiberoptiska överföringssystem i kombination med den avgörande utveckling av hårdvaran som skett tidigare, banade väg för dagens globala data-infrastruktur. Men medan kompetens inom fotonisk teknologi hittills räckt för design av optiska länkar, krävs nu allt större kunskap i kommunikationsteori, allteftersom de förbättringar man kan uppnå genom utveckling av hårdvaran blir allt kostsammare, eller rent av omöjliga att genomföra.</p>
<p>I forskargruppen Kommunikationssystem samarbetar vi med Fotoniska laboratoriet på Institutionen för Mikroteknologi och nanovetenskap, och uppnår på så vis resultat som ingen av forskargrupperna kunnat nå på egen hand. I stora drag bidrar Fotoniska laboratoriet<span> </span>med den fotoniska expertisen, inklusive kunskap om laser, fiber, detektorer och förstärkare. Kommunikationssystem står för expertis inom digital kommunikationsteori, vilket innefattar kodning, modulering, detektion och beräkning. Forskningen bedrivs inom forskningscentrum FORCE (Fiber-Optic Communications Research Center) på Chalmers.</p>
<p>För närvarande lanserar vi nya metoder för att öka kapaciteten hos befintliga optiska länkar, genom att optimera algoritmerna för sändare och mottagare. Detta kan öka avstånden mellan kopplingspunkter i tillämpningar för fiber-to-the-home, eller öka mängden data som kan överföras över långdistanslänkar, och på så sätt minska kostnader, mängden utrustning, energikonsumtion och – i förlängningen – miljöbelastningen. Den nya teknologin möjliggör nya moln-baserade mobila tjänster som till exempel navigation, översättning och underhållning.</p>
<div>Läs mer på den engelska sidan Optical Communications.</div>

<p>Forskningsområdesledare: biträdande professor<span>&nbsp;</span><a href="https://www.chalmers.se/personer/henkw/">Henk Wymeersch</a></p>
<div>
<h3 class="chalmersElement-H3">Om forskningsområdet Radiolokalisering och avkänning&nbsp;</h3>
</div>
<p>Vår forskningsdomän ligger i framkant när det gäller att utforska den innovativa användningen av trådlösa signaler för två primära syften: lokalisering av anslutna enheter och detektering och spårning av passiva objekt. Förmågan att exakt lokalisera enheter eller objekt, så kallad lokalisering eller positionering, är avgörande för ett brett spektrum av applikationer. Från navigering och transport till att förbättra de trådlösa kommunikationssystemen i sig, att förstå en enhets position i sin miljö höjer avsevärt effektiviteten och effektiviteten hos många tekniska lösningar. Vår inspiration härrör ofta från de trängande kraven från aktiva säkerhetssystem, som de som finns i autonoma fordon eller drönare och i koordineringen av autonoma robotar. Våra undersökningar kan delas in i två huvudsegment. Vi fördjupar oss i integrerad avkänning och kommunikation, ett område där vi utforskar den dubbla nyttan av kommunikationssignaler för radaravkänning och vice versa. Denna innovativa överlappning har potential att revolutionera hur vi uppfattar och använder signalteknik. Det andra segmentet av vår undersökning fokuserar på positionering – en kritisk granskning av olika metoder för att lokalisera och spåra användare. Detta involverar ofta tekniker som simultan lokalisering och kartläggning, vilket berikar vår förståelse för både användarna och deras omgivande miljöer.<br>&nbsp;<br>Vår metodologiska metod är en rik kombination av statistisk signalbehandling, optimeringsteori, geometrisk analys och maskininlärning. Vi följer konsekvent de senaste framstegen inom kommunikation och reflekterar över deras potential för lokalisering och avkänning. Denna multidisciplinära och framåtblickande strategi gör att vi kan hantera komplexa problem med innovativa lösningar.<br>&nbsp;<br>Samarbete är kärnan i vår forskningsansats. Genom att arbeta nära industriledare och akademiska institutioner både inom Sverige och internationellt vidgar vi inte bara vårt perspektiv utan säkerställer också att vår forskning har konkreta tillämpningar med stor genomslagskraft i den verkliga världen. Vårt mål är banbrytande forskning som inte bara främjar den teoretiska ramen för vårt fält utan också har en djupgående, praktisk relevans över branscher.</p>

<p>Forskningsområdesledare: professor <a href="https://www.chalmers.se/personer/tommys/">Tommy Svensson</a></p>
<h3 class="chalmersElement-H3">Om forskningsområdet Trådlösa system</h3>
<p>Framtida trådlösa nätverk kommer att utgöra grunden för ett intelligent samhälle där människor och utrustning kan anslutas var som helst, när som helst – med vad som helst. Trådlös anslutning är nyckeln till ytterligare digitalisering och utveckling av innovativa teknologier och applikationer inom områden som infotainment, industriell automation, transportsystem, personlig hälsovård, smarta nät, smarta städer, smart jordbruk och precisionsjordbruk. Mobila nätverk utvecklas också till ett integrerat kommunikations-, dator-, lagrings-, avkännings- och maskininlärning/artificiellt intelligent (ML/AI) datorsystem. Viktiga möjliggörare för sådana mobilnät kommer att vara höga överföringshastigheter, låg latens, kunskap om radiomiljön, positionering och orientering, integrerad avkänning, nätverk av nätverk och genom att beräkningskraft decentraliseras i mobilnäten.</p>
<p>Inom forskningsområdet trådlösa system fokuserar vi på design och analys av mobila kommunikationssystem, med fokus på algoritmer för fysiska lager, multipelaccess, resursallokering och kooperativa flerantennsystem. Speciellt fokuserar vi på distribuerade multipelingångars multipelutgångssystem (D-MIMO) och omkonfigurerbara intelligenta ytor (RIS), mm-våg/sub-THz-kommunikation, integrerad åtkomst och backhaul (IAB), cellulärt fordon till allt (C -V2X), gemensam kommunikation och avkänning (JCAS) och sammanhangsstödd kommunikation, icke-markbundna nätverk (NTN), pålitlighet och hållbarhet. Vi bidrar också aktivt till end-to-end arkitekturaspekter, särskilt inom EU-projekt på toppnivå som WINNER I/II+ (4G), METIS (5G) och Hexa-X/Hexa-X-II (6G). 6G-visionen är att koppla samman mänskliga, fysiska och digitala världar. Med 6G vill vi också möta samhällets behov av en hållbar värld, i linje med FN:s mål för hållbar utveckling.</p>
<p>Läs mer om 6G genom att <a href="https://www.chalmers.se/en/current/news/e2-the-future-6g-network-an-important-tool-for-en-sustainable-world/%20https://www .chalmers.se/en/current/news/e2-eucnc-6g-summit/">klicka här.</a> </p>

Kommunikationssystem

Elnät och komponenter

Elkraftteknik

Antennsystem

Optiska nätverk

Kommunikation, antenner och optiska nätverk

Biomedicinsk elektromagnetik

Datorseende

Medicinska signaler och system

Signalbehandling

Signalbehandling och medicinsk teknik

Automation

Bionik

Mekatronik

Reglerteknik

System- och reglerteknik

Forskning

Utbildning

WISE

EMC3

SWPTC - Svenskt VindkraftsTekniskt Centrum

Centrum och forskningsinfrastruktur

Chalmers vindkraftverk

Resurser och samarbeten

Verksamhetsstöd

Kontakt

Elektroteknik

Lediga tjänster

Kandidat- och examensarbete

Välj ämne

Kursplan för

Ämne

Utbildningsområde

Tillåtna byten av obligatoriska kurser

För att se din utbildningsplan – välj det läsår du påbörjade programmet.

Elektroteknik

Kommunikationssystem

Forskningsområden

Datadriven kommunikationssystem

Distribuerade informationssystem

Fordonskommunikation

Grundforskning för kommunikationssystem

Hårdvarubegränsad kommunikation

Optisk kommunikation

Radiolokalisering och avkänning

Trådlösa system

Enhetschef