icbnet

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

English (United Kingdom)
Θέματα διπλωματικών εργασιών

Κατέβασμα σε αρχείο Διπλωματικές Εργασίες - Οκτώβριος 2019


Οκτώβριος 2019

Για περισσότερες πληροφορίες επικοινωνήστε στα venieris@cs.ntua.gr (Καθ. Ι. Στ. Βενιέρης), dkaklam@mail.ntua.gr (Καθ. Δ.-Θ. Κακλαμάνη) , sofia@icbnet.ntua.gr (Δρ. Σοφία Καπελλάκη, ΕΔΙΠ)

1. Eυφυές σύστημα παραγωγής λεκτικής περιγραφής εικόνας.

Αντικείμενο της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η δημιουργία ενός ευφυούς συστήματος, το οποίο θα υποδέχεται στην είσοδό του μια εικόνα και θα παράγει μια σύντομη λεκτική περιγραφή του εικονιζόμενου θέματος αυτής (image captioning). Το σύστημα θα προκύψει μέσα από την εφαρμογή τεχνικών που εμπίπτουν στην περιοχή της Μηχανικής Μάθησης (Machine Learning). Οι τεχνικές θα εφαρμοστούν πάνω σε δημοσιοποιημένα σύνολα δεδομένων όπως το Flilckr8K.

Τα αποτελέσματα της διπλωματικής εργασίας θα παρουσιασθούν μέσω διαδικτυακής εφαρμογής υλοποιημένης σε PHP ή Python, η οποία θα παρέχει τη δυνατότητα στον χρήστη να ανεβάζει εικόνες και να λαμβάνει τις αντίστοιχες περιγραφές μέσω γραφικής διεπαφής χρήστη (Web User Interface) και προγραμματιστικής διεπαφής (API).

Η διπλωματική εργασία αναμένεται να εφοδιάσει τον σπουδαστή με ένα ευρύ φάσμα θεωρητικών και εφαρμοσμένων γνώσεων που εμπίπτουν στην Επιστήμη των Δεδομένων (Data Science) και εκτείνονται μέχρι το σχεδιασμό και την ανάπτυξη σύγχρονων διαδικτυακών εφαρμογών. Πιο συγκεκριμένα, ο σπουδαστής θα πρέπει να μελετήσει τη διεθνή βιβλιογραφία με σκοπό την επιλογή των βέλτιστων τεχνικών επίλυσης του προβλήματος, καθώς και τον προσδιορισμό του κατάλληλου συνόλου δεδομένων προς ανάλυση. Στη συνέχεια, θα πρέπει να αξιοποιήσει τα κατάλληλα εργαλεία (προτείνονται τα Python Pandas και Kerras) για την ανάλυση δεδομένων και την αρχιτεκτονική σχεδίαση των κατάλληλων νευρωνικών δικτύων. Ο πειραματισμός με την αρχιτεκτονική και με τις υπερ-παραμέτρους εκμάθησης αναμένεται να οδηγήσει σε ποιοτική βελτιστοποίηση του συστήματος. Μετά την επιτυχή δοκιμή του συστήματος, ο σπουδαστής καλείται να σχεδιάσει και να υλοποιήσει κατάλληλη διαδικτυακή υπηρεσία για την ευρύτερη αξιοποίηση του συστήματος, αποκτώντας επιπλέον γνώσεις σχεδιασμού και ανάπτυξης σύγχρονων διαδικτυακών εφαρμογών.

Απαραίτητες βασικές γνώσεις Python, Javascript, HTML, ανάλυσης δεδομένων με Python Pandas, βιβλιοθήκών μηχανικής μάθησης (Keras ή TensorFlow).

(1-2 άτομα) (Υπεύθυνος ερευνητής: Σπ. Καζάνας, Υ.Δ.)


2. Ευφυές σύστημα αυτόματης εξαγωγής περιλήψεων κειμένων.

Στο πλαίσιο της παρούσης διπλωματικής εργασίας, θα αναπτυχθεί ευφυές σύστημα, το οποίο θα παράγει περιλήψεις ελληνικών ή αγγλικών κειμένων σε φυσική γλώσσα. Το σύστημα θα προκύψει μέσα από την εφαρμογή τεχνικών που εμπίπτουν στην περιοχή της Μηχανικής Μάθησης (Machine Learning).

Τα αποτελέσματα της διπλωματικής εργασίας θα παρουσιασθούν μέσω διαδικτυακής εφαρμογής υλοποιημένης σε PHP ή Python, η οποία θα παρέχει τη δυνατότητα στον χρήστη να ανεβάζει ένα κείμενο και να λαμβάνει την αντίστοιχη περίληψη, μέσω γραφικής διεπαφής χρήστη (Web User Interface) και προγραμματιστικής διεπαφής (API). Για την ανάπτυξη της εφαρμογής προτείνεται η χρήση των τεχνολογιών Google AngularJS και Firebase.

Η διπλωματική εργασία αναμένεται να εφοδιάσει τον σπουδαστή με ένα ευρύ φάσμα θεωρητικών και εφαρμοσμένων γνώσεων που εμπίπτουν στην Επιστήμη των Δεδομένων (Data Science) και εκτείνονται μέχρι το σχεδιασμό και την ανάπτυξη σύγχρονων διαδικτυακών εφαρμογών. Πιο συγκεκριμένα, ο σπουδαστή ς θα πρέπει να μελετήσει τη διεθνή βιβλιογραφία με σκοπό την επιλογή των βέλτιστων τεχνικών επίλυσης, θα πρέπει να αξιοποιήσει τα κατάλληλα εργαλεία (προτείνονται τα Python Pandas και Kerras) για την ανάλυση δεδομένων και την αρχιτεκτονική σχεδίαση των κατάλληλων νευρωνικών δικτύων. Ο πειραματισμός με την αρχιτεκτονική και με τις υπερ-παραμέτρους εκμάθησης αναμένεται να οδηγήσει σε ποιοτική βελτιστοποίηση του συστήματος. Μετά την επιτυχή δοκιμή του συστήματος, ο σπουδαστής καλείται να σχεδιάσει και να υλοποιήσει κατάλληλη διαδικτυακή υπηρεσία για την ευρύτερη αξιοποίηση του συστήματος, αποκτώντας επιπλέον γνώσεις σχεδιασμού και ανάπτυξης σύγχρονων διαδικτυακών εφαρμογών.

Απαραίτητες βασικές γνώσεις Python, Javascript, HTML, ανάλυσης δεδομένων με Python Pandas, βιβλιοθήκών μηχανικής μάθησης (Keras ή TensorFlow).

(1-2 άτομα) (Υπεύθυνος ερευνητής: Σπ. Καζάνας, Υ.Δ.)


3. Διεπαφή ανάκτησης δεδομένων από τρίτες υπηρεσίες φιλοξενίας πολυμέσων και αρθρογραφίας

Αντικείμενο της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η δημιουργία μιας προγραμματιστικής διεπαφής (REST API), μέσω της οποίας θα είναι δυνατή η ταυτόχρονη εκτέλεση αποδοτικών ερωτημάτων αναζήτησης σε υπηρεσίες φιλοξενίας πολυμέσων και αρθρογραφίας. Τέτοιες υπηρεσίες είναι το Google News, Youtube, Vimeo, Flickr καθώς και άλλες. Τα ερωτήματα θα πρέπει να εκτελούνται με τον καταλληλότερο τρόπο στις υπηρεσίες, ώστε να βελτιώνεται ένα σύνολο ποσοτικών παραμέτρων, όπως ο χρόνος απόκρισης της υπηρεσίας, το κόστος του ερωτήματος ανά υπηρεσία και το πλήθος των αποτελεσμάτων.

Η είσοδος της διεπαφής θα πρέπει να υποστηρίζει ένα σταθερό σύνολο παραμέτρων οι οποίες συνιστούν το ερώτημα εισόδου. Η διεπαφή θα πρέπει να μπορεί να μεταφράζει το ερώτημα έτσι ώστε να γίνεται αποδεκτό από τις αντίστοιχες διεπαφές των υποστηριζόμενων τρίτων υπηρεσιών. Αυτό θα μπορούσε να επιτευχθεί μέσα από κατάλληλη αντιστοίχιση των τιμών των παραμέτρων του αρχικού ερωτήματος στις αντίστοιχες τιμές των διεπαφών των υπηρεσιών. Μετά την αποστολή των ερωτημάτων στις υπηρεσίες, τα αποτελέσματα θα συγχωνεύονται και θα επιστρέφονται στον χρήστη.

Τα αποτελέσματα της διπλωματικής εργασίας θα παρουσιασθούν μέσω διαδικτυακής εφαρμογής υλοποιημένης σε PHP ή Python, ο οποία θα αξιοποιεί τη διεπαφή για την παροχή υπηρεσίας αναζήτησης πολυμεσικού περιεχομένου και αρθρογραφίας, χρησιμοποιώντας ένα ορισμένο πλήθος φίλτρων.

Απαραίτητες βασικές γνώσεις PHP ή Python, Javascript, HTML και CSS.

(1-2 άτομα) (Υπεύθυνος ερευνητής: Σπ. Καζάνας, Υ.Δ.)


4. Σχεδίαση και ανάπτυξη εφαρμογής (είτε Android είτε iOS) για την ανάκτηση πληροφορίας σχετικής με τα διατροφικά χαρακτηριστικά γευμάτων.

Η άμεση και αξιόπιστη παροχή πληροφοριών σχετικών με τα διατροφικά στοιχεία γευμάτων, μπορεί να οδηγήσει στη βελτίωση της ποιότητας της ζωής των χρηστών, ιδιαίτερα αυτών με προβλήματα υγείας, όπως ο διαβήτης, η παχυσαρκία κα., αλλά και αυτών που η επαγγελματική τους δραστηριότητα επιβάλλει ειδική διατροφή όπως π.χ. οι αθλητές.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση και ανάπτυξη εφαρμογής για κινητές συσκευές που θα παρέχει στον χρήστη πληροφορίες για τα διατροφικά χαρακτηριστικά γευμάτων (ενέργεια, υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, λίπη, κλπ). Η εφαρμογή θα λαμβάνει με μορφή απλού κειμένου περιγραφή του γεύματος και σε πραγματικό χρόνο, μετά από αίτημα σε υπάρχουσες βάσεις δεδομένων που περιλαμβάνουν τα ζητούμενα δεδομένα (FatSecret, USDA και Open Food Facts), θα εμφανίζει στον χρήστη τα διατροφικά στοιχεία ανά συγκεκριμένη ποσότητα, πχ. ανά 100γρ ή 100ml, των επιμέρους τροφών που αποτελούν το γεύμα, τα διατροφικά στοιχεία για τις επιμέρους ποσότητες των τροφών του συγκεκριμένου γεύματος, αλλά και για το σύνολο του γεύματος.

Επιπρόσθετα, για την ταχύτερη απόκριση σε επόμενα παρόμοια αιτήματα, καθώς και για να δίνεται η δυνατότητα να χρησιμοποιείται η εφαρμογή και offline, τα διατροφικά στοιχεία για τις τροφές που ήδη ο χρήστης έχει αναζητήσει, θα αποθηκεύονται στο προφίλ του χρήστη.

Στην πρώτη φάση της διπλωματικής εργασίας, θα γίνει ανάλυση των απαιτήσεων της εφαρμογής. Στη συνέχεια, θα ερευνηθούν οι διαθέσιμες τεχνολογίες για την υλοποίηση και θα αναπτυχθεί η εφαρμογή για την κινητή συσκευή.

Απαραίτητες βασικές γνώσεις αντικειμενοστρεφούς προγραμματισμού.

(1-2 άτομα) (Υπεύθυνη ερευνήτρια: Χρ. Δαμιανού, Υ.Δ.)


5. Σχεδίαση και ανάπτυξη εφαρμογής (είτε Android είτε iOS) για την αυτοματοποιημένη αναγνώριση (τύπου και ποσότητας) γευμάτων μετά από λήψη φωτογραφιών.

Ιδιαίτερη σημασία για τους ανθρώπους με προβλήματα υγείας, όπως ο διαβήτης, η παχυσαρκία κα., αλλά και για αυτούς που η επαγγελματική τους δραστηριότητα επιβάλλει ειδική διατροφή, όπως π.χ. οι αθλητές, έχει το είδος και η ποσότητα του φαγητού που καταναλώνουν, προκειμένου να μπορούν να ελέγχουν τη διατροφή τους ή/και να υπολογίζουν τη δοσολογία της φαρμακευτικής αγωγής που λαμβάνουν.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση και ανάπτυξη εφαρμογής για κινητές συσκευές που να δίνει στον χρήστη τη δυνατότητα να φωτογραφήσει το γεύμα του με την κάμερα του κινητού του και, μετά από την απαραίτητη επεξεργασία, η εφαρμογή να επιστρέφει στον χρήστη το είδος και τον όγκο της τροφής.

Στην πρώτη φάση της διπλωματικής εργασίας, θα γίνει ανάλυση των απαιτήσεων της εφαρμογής. Στη συνέχεια, θα ερευνηθούν οι διαθέσιμες τεχνολογίες για την υλοποίηση και θα αναπτυχθεί η εφαρμογή για την κινητή συσκευή.

Απαραίτητες βασικές γνώσεις αντικειμενοστρεφούς προγραμματισμού.

(1-2 άτομα) (Υπεύθυνη ερευνήτρια: Χρ. Δαμιανού, Υ.Δ.)


6. Συστήματα πολλαπλών κεραιών σε ευρυζωνικά δίκτυα 5ης γενιάς

Η ολοένα και αυξανόμενη ζήτηση των χρηστών κινητής τηλεφωνίας για υψηλότερους ρυθμούς μετάβασης, οδηγεί τις τεχνολογικές εξελίξεις στον τομέα των ασύρματων δικτύων καθώς και στην προτυποποίηση διαφορετικών συστημάτων. Τα τελευταία χρόνια, καθορίζεται η μετάβαση στα ευρυζωνικά δίκτυα 5ης γενιάς, με στόχο την ανάπτυξη προηγμένων τεχνικών πρόσβασης στο φυσικό μέσο και μετάδοσης δεδομένων.

Σε αυτό το πλαίσιο, μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία είναι αυτή της χρησιμοποίησης πολύ μεγάλου πλήθους κεραιών στον σταθμό βάσης (Μassive Multiple Input Multiple Output – MIMO). To βασικά πλεονεκτήματα είναι αφενός η δημιουργία επαρκούς πλήθους ασυσχέτιστων καναλιών, τα οποία μπορούν να διατεθούν σε διαφορετικές ομάδες χρηστών, καθώς και η αυξημένη ενεργειακή και φασματική απόδοση.

Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη τεχνικών μετάδοσης δεδομένων σε συστήματα Massive ΜΙΜΟ με χρήση του πρωτοκόλλου OFDMA.

Η διπλωματική εργασία περιλαμβάνει ανασκόπηση του θεωρητικού υπόβαθρου των συστημάτων ΜΙΜΟ, τεχνικών κωδικοποίησης και μετάδοσης δεδομένων, καθώς και υπολογιστική προσομοίωση επιλεγμένων τοπολογιών Massive MIMO.

Massive MIMO

Απαραίτητες βασικές γνώσεις Δικτύων Επικοινωνιών, Κεραιών, Ασυρμάτων Ζεύξεων και Διάδοσης, χρήσης Μatlab ή γλώσσας προγραμματισμού Java

(1 άτομο) (Υπεύθυνος ερευνητής: Δρ. Π. Γκόνης)


7. Ανάπτυξη Πλατφόρμας Μακρόθεν Συνδρομής για την Υποστήριξη της Συντήρησης και των Επισκευών Ποντοπόρου Πλοίου.

Στο πλαίσιο του ψηφιακού μετασχηματισμού των πλοίων της ποντοπόρου ναυτιλίας και με δεδομένο ότι δεν υπάρχουν εξειδικευμένοι τεχνικοί μεταξύ των μελών του πληρώματος, αλλά και ότι αυτού του είδους τα πλοία είναι εξοπλισμένα με ευρεία ποικιλία ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού, μια Πλατφόρμα Μακρόθεν Συνδρομής (Remote Assistance Platform) θα μπορούσε να μειώσει το λειτουργικό κόστος για τις διαχειρίζουσες εταιρείες. Ωστόσο, μέχρι στιγμής δεν υπάρχει καταγεγραμμένη καμία τέτοια εφαρμογή στη ναυτιλία. Οι αιτίες της μη ύπαρξης τέτοιων λύσεων μπορούν να αναζητηθούν στο υψηλού κόστους διαθέσιμο δορυφορικό φάσμα, στην μεγάλη καθυστέρηση μεταφοράς σήματος (latency) σε δίκτυα γεωστατικών δορυφόρων και στα φαινόμενα πολύοδης μετάδοσης (multipath propagation) στους εσωτερικούς χώρους του πλοίου όπως είναι το μηχανοστάσιο.

Πλατφόρμα Μακρόθεν Συνδρομής

Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και παροχή αξιόπιστης ζεύξης επικοινωνίας στους εσωτερικούς χώρους ενός πλοίου. Στο πλαίσιο αυτό θα διερευνηθούν διάφορες τεχνικές μετάδοσης (π.χ. διαφορισιμότητα και χωρική πολυπλεξία), καθώς και κωδικοποίησης, θεωρώντας σύστημα αναμετάδοσης δεδομένων με χρήση πολλαπλών κεραιών (MIMO). Επιπροσθέτως, μέρος της εργασίας θα είναι η μελέτη της σχετικής δορυφορικής ζεύξης σε συνδυασμό με τη βελτιστοποίηση των υφιστάμενων δικτύων προκειμένου να είναι εφικτή η πραγματοποίηση βιντεοκλήσεων αποδεκτής ποιότητας μεταξύ πλοίου και στεριάς. Τέλος, στοχοθετείται η υλοποίηση Πλατφόρμας Μακρόθεν Συνδρομής, με τη χρήση της οποίας, θα είναι δυνατή η παροχή τεχνικής υποστήριξης σε πλοία υπό διάφορες συνθήκες.

Η διπλωματική εργασία θα περιλαμβάνει ανασκόπηση του θεωρητικού υπόβαθρου των ασύρματων δικτύων σε εσωτερικούς χώρους με μεταλλικές επιφάνειες, καθώς και προσομοίωση των πρωτοκόλλων επικοινωνίας σε μηχανοστάσιο εμπορικού πλοίου με χρήση του περιβάλλοντος προγραμματισμού MATLAB/SIMULINK. Παράλληλα θα μελετηθεί η δορυφορική ζέυξη με την ξηρά. Τέλος, η εκτέλεση πραγματικών μετρήσεων εντός μηχανοστασίου πλοίου, θα μπορούσε να υλοποιηθεί αναλόγως διαθεσιμότητας πλοίων.

Απαραίτητες βασικές γνώσεις Ψηφιακών Επικοινωνιών, Δικτύων Επικοινωνιών, Κεραιών, Ασυρμάτων Ζεύξεων και Διάδοσης, Βελτιστοποίησης Βίντεο, Ήχου και Εικόνας, χρήσης Μatlab και λογισμικών μελέτης ασυρμάτων δικτύων.

(1 άτομο) (Υπεύθυνοι Ερευνητές: Γ. Τσιβγούλης, Υ.Δ., Δρ. Π. Γκόνης)


8. Καταστολή Η/Μ Παρεμβολών σε 5G δίκτυα με τεχνολογίες massive MIMO κεραιών και τεχνικές πολυτονικής πρόσβασης.

Η νέα τεχνολογική γενιά των ασύρματων δικτύων (5G) αναμένεται να υποστηρίζει έναν ακόμη μεγαλύτερο αριθμό συνδέσεων διαφορετικών απαιτήσεων (throughput, latency) και γενικά να παρέχει υπηρεσίες σε δίκτυα εκατονταπλάσιας σχεδόν πυκνότητας αναφορικά με την 4G. Για να ικανοποιηθούν αυτού του είδους οι απαιτήσεις, τα 5G κυψελωτά δίκτυα υιοθετούν νέες τεχνολογίες οι οποίες έχουν αναπτυχθεί την τελευταία δεκαετία. Μεταξύ αυτών η μη-ορθογώνια πολλαπλή πρόσβαση (ΝΟΜΑ), η οποία μπορεί να απαντήσει σε αυτές τις προκλήσεις αποδοτικότερα μιας κλασσικής ορθογωνικής πολλαπλής πρόσβασης (ΟΜΑ). Η ΝΟΜΑ μπορεί να συνδυαστεί εύκολα και με άλλες υφιστάμενες αλλά και νέες τεχνολογίες όπως των πολλαπλών κεραιοστοιχείων (ΜΙΜΟ), των πολλαπλών κεραιοστοιχείων μεγάλης κλίμακας (massive MIMO), με τις επικοινωνίες mm wave/cognitive/cooperative/visible light, κ.τ.λ.. με σκόπο την επιπλέον αύξηση του αριθμού των χρηστών και την αύξηση της απόδοσης του συστήματος γενικότερα.

Τα ετερογενή δίκτυα (HetNets) και οι massive MIMO κεραίες είναι οι άλλες δύο τεχνολογίες που δομούν τα αναδυόμενα 5G επικοινωνιακά δίκτυα. Οι κεραιοστοιχίες μεγάλης κλίμακας αποτελούνται με δεκάδες εκατοντάδες/χιλιάδες κεραιοστοιχεία στα σταθμό βάσης, αυξάνουν επιπλέον το πλήθος των εξυπηρετούμενων χρηστών και εξομαλύνουν τις Η/Μ ομοδιαυλικές παρεμβολές. Από την άλλη, τα ετερογενή δίκτυα ενσωματώνουν στη δομή τους μεγάλης πυκνότητας μικρές κυψέλες με σκοπό τη δημιουργία κοντινότερων ζεύξεων «σταθμός βάσης-χρήστης», καθώς και την αποφόρτιση των μεγαλύτερων κυψελών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της καταναλισκώμενης ισχύος, την αύξηση της χωρητικότητας και την βελτίωση της χωρικής επαναχρησιμοποίησης της συχνότητας.

Προς την ίδια κατεύθυνση, ο σπουδαστής καλείται αρχικά να σχεδιάσει ένα υβριδικό ετερογενές δίκτυο πολλαπλών κυψελών (macro, pico) στοχαστικής γεωμετρίας και κάτω ζεύξης. Δεδομένου ότι υπάρχει η δυνατότητα επικάλυψης της υψήλης ισχύος macro κυψέλης με χαμηλής ισχύος pico κυψέλες,: (α) οι σταθμοί βάσης των macro κυψελών θα είναι εξοπλισμένοι με massive κεραιοστοιχεία, ενώ οι σταθμοί βάσης των pico κυψελών και οι συσκευές των τελικών χρηστών θα είναι εξοπλισμένοι με μία απλή κεραία, (β) η σύνδεση των πολλαπλών χρηστών με τους pico σταθμούς βάσης θα διεκπεραιώνεται με μετάδοση ΝΟΜΑ, ενώ με τους macro σταθμούς βάσης στο ίδιο resource block (π.χ., time/frequency/code). Επίσης, στις κυψέλες υψηλής ισχύος θα υιοθετηθούν τεχνικές μετάδοσης και προεπεξεργασίας σήματος, ενώ στις κυψέλες χαμηλής ισχύος θα ενσωματωθούν και τεχνικές δίκαιης κατανομής πόρων. Η επίδοση των τεχνικών αυτών θα μελετηθεί πολύπλευρα και θα αξιολογηθεί κατόπιν αμοιβαίας σύγκρισης. Η εργασία θα ολοκληρωθεί με την συνολική αποτίμηση των αποτελεσμάτων προσομοίωσης.

Λέξεις Κλειδιά: 5G, NOMA, massive MIMO, HetNets, ΕΜΙ

Απαραίτητες βασικές γνώσεις Ασυρμάτων Επικοινωνιών, Matlab, GNU Octave

(1 άτομο) (Υπεύθυνη ερευνήτρια: Δρ. Μ. Σεϊμένη)


9. Σχεδίαση massive MIMO κεραίας φιλικής προς τον τελικό χρήστη για 5G εφαρμογές.

Οι κεραίες πολλαπλών κεραιοστοιχείων μεγάλης κλίμακας (massive MIMO) αποτελούν μία από τις βασικές τεχνολογίες των 5G δικτύων. Οι ενσωμάτωση πολλών κεραιοστοιχείων τόσο στον σταθμό βάσης (τάξεως μερικών εκατοντάδων), όσο και στο κινητό τερματικό (τάξεως δεκάδας) αφενός προσδίδει στο δίκτυο νέες δυνατότητες και βελτιώνει υφιστάμενες, αφετέρου προτάσει και αρκετές προκλήσεις.

Για παράδειγμα, η ανάπτυξη πολλαπλών κεραιοστοιχείων μεγάλης κλίμακας εκατέρωθεν του ραδιοδιαύλου έχει ως αποτέλεσμα την εξάλειψη του ασυσχέτιστου θορύβου (uncorrelated noise) και των διαλείψεων μικρής κλίμακας (small-scale fading), τη βελτίωση της φασματικής (multiplexing gain, array gain) και ενεργειακής απόδοσης (beamforming on mobile subscribers and/or user equipment), την αύξηση αξιοπιστίας (large diversity gain), την εξομάλυνση παρεμβολών (subcarriers orthogonality, extremely narrow beamforming), την χρήση απλών τεχνικών χρονοδρομολόγησης (simple scheduling schemes), τη μείωση του λανθάνοντα χρόνου (latency), την αύξηση της χωρητικότητας του καναλιού, την απεξάρτηση του πλήθους των εξυπηρετούμενων χρηστών/συνδρομητών από το μέγεθος της κυψέλης, κ.τ.λ..

Από την άλλη, κάποιες από τις σημαντικότερες προκλήσεις που χρήζουν αντιμετώπισης είναι οι προσανατολισμένη παρεμβολή λόγω μη-ορθογωνιότητας των ακολουθιών εκπαίδευσης (pilot contamination), η υψηλή πολυπλοκότητα της επεξεργασίας σήματος (πολλαπλά κεραιοστοιχεία, πολλαπλοί χρήστες/συνδρομητές) σε υλισμικό και υπολογιστικό επίπεδο, η ευαισθησία ευθυγράμμισης δέσμης, καθώς και η περαιτέρω διερεύνηση και χρήση FDD αλγόριθμων διόρθωσης για την επίτευξη αμοιβαιότητας καναλιού (channel reciprocity). Σημειώνεται, επίσης, ότι εξίσου σημαντική είναι και η ανάγκη εξομάλυνσης της αμοιβαίας σύζευξης των κεραιοστοιχείων, καθώς και της έκθεσης του ανθρώπου στις Η/Μ ακτινοβολίες αυτών των κεραιών.

Λαμβάνοντας υπόψη το τελευταίο, αυτή η διπλωματική εργασία βασίζεται σε δύο πυλώνες. Αρχικά, στη μελέτη, επίτευξη και βελτίωση της απομόνωσης των κεραιοστοιχείων στο τερματικό του χρήστη/συνδρομητή, όπου το φαινόμενο της αμοιβαίας σύζευξης των στοιχείων καθίσταται εντονότερο. Ο περιορισμός διαθέσιμου χώρου και το πολύ χαμηλό προφίλ των σύγχρονων κινητών συσκευών δεν αφήνει περιθώρια να αναπτυχθούν κεραιοστοιχεία μεγάλης κλίμακας με ικανοποιητική χωρική απομόνωση. Ο δεύτερος πυλώνας της διπλωματικής εργασίας αφορά τη βελτίωση των επιπέδων έκθεσης του χρήστη σε Η/Μ ακτινοβολίες massive ΜΙΜΟ της συσκευής του/της.

Επομένως, σε πρώτη φάση ο σπουδαστής καλείται να μοντελοποιήσει κεραία πολλαπλών θυρών που θα ικανοποιεί τις απαιτήσεις 5G εφαρμοργών και να αξιολογήσει τη συμπεριφορά της. Στη συνέχεια, αφού μελετηθεί η βιβλιογραφία που αφορά σε τεχνικές μείωσης της αμοιβαίας σύζευξης των κεραιοστοιχείων, θα ενσωματωθεί η καταλληλότερη στην αρχιτεκτονική της υφιστάμενης κεραίας και θα εκτιμηθεί η επίδρασή της στην συνολική της επίδοση. Η κεραία, τέλος, θα επικαιροποιηθεί και με δομές οι οποίες θα έχουν διττό ρόλο: την επιπλέον βελτίωση της απομόνωσης των θυρών και την εξομάλυνση της Η/Μ ακτινοβολίας που εκπέμπεται προς την πλευρά του χρήστη. Η εργασία θα ολοκληρωθεί με την συνολική αποτίμηση των αποτελεσμάτων που θα προκύψουν από συγκεκριμένο περιβάλλον προσομοίωσης.

Λέξεις Κλειδιά: 5G, massive MIMO, Port Isolation, Human Exposure

Απαραίτητες βασικές γνώσεις Κεραιών, HFSS, Open EMS (open source)

(1 άτομο) (Υπεύθυνη ερευνήτρια: Δρ. Μ. Σεϊμένη)