In this work were studied, implemented and evaluated two algorithms of image registration with two similarity metrics of mutual information. These were Viola-Wells Mutual Information [6],[7] and Mattes Mutual Information[11]. Materials and Methods: Two 3D MRI T1 and Τ2 brain images were used. The T1 image was rotated in all three axes , with the 27 possible triples of angles 0.25, 1.5 and 3 degrees and in the T2 image were added 3 Gaussian Noise Levels (1,3,5%). Thus were formed two experiments. The monomodal experiment which was registering the initial T1 image with its 27 rotated instances and the multimodal experiment which was registering the 4 T2 images (0,1,3,5% Gaussian Noise) with the 27 rotated T1 images. The registration framework had also a Regular Step Gradient Descent Optimizer, affine linear transformation and linear interpolator. After the 5 experimental set were registered with both algorithms, then in order for the results to be evaluated, 5 similarity metrics were used. These were: 1) Mean Square Difference 2) Correlation Coefficient 3) Joint Entropy 4) Normalized Mutual Information και 5) Entropy of the Difference Image. Finally t-test was applied, in order to find statistically significant differences. Results: Both algorithms had similar outcome, although the algorithm with Mattes Μutual Information metric, had a slightly improved performance. Statistically important differences were found in the t-test. Conclusions: The two methods should be tested more, using other kinds of transformation, and more data sets. / Σε αυτήν την εργασία μελετήθηκαν, υλοποιήθηκαν και αξιολογήθηκαν δύο αλγόριθμοι αντιστοίχισης ιατρικών εικόνων με δύο μετρικές ομοιότητας με χρήση κοινού πληροφορίας. Συγκεκριμένα η υλοποίηση Viola-Wells [6],[7] και η υλοποίηση Mattes[11]. Υλικά και Μέθοδος: Χρησιμοποιήθηκαν δύο εικόνες 3D MRI T1 και Τ2 που απεικόνιζαν εγκέφαλου. Η εικόνα Τ1 περιστράφηκε με τους 27 δυνατές συνδυασμούς των γωνιών 0.25,1.5,3 μοιρών , σε όλους τους άξονες και στην εικόνα Τ2 προστέθηκαν 3 επίπεδα Gaussian θορύβου (1,3,5%). Έτσι σχηματίστηκαν δύο πειράματα. Το μονο-απεικονιστικό πείραμα (Monomodal) που αντιστοιχούσε την αρχική Τ1 εικόνα με τα 27 περιστρεμμένα στιγμιότυπα της και το πολύ-απεικονιστικό (multimodal) που αντιστοιχούσε τις 4 Τ2 εικόνες (0,1,3,5% Gaussian Noise) με τα 27 περιστρεμμένα στιγμιότυπα της Τ1. Το σχήμα της αντιστοίχισης αποτελούνταν εκτός από τις δύο μετρικές ομοιότητας, από τον Regular Step Gradient Descent βελτιστοποιητή , συσχετισμένο (affine) γραμμικό μετασχηματισμό και γραμμικό interpolator. Αφού τα 5 σύνολα πειραμάτων ταυτίστηκαν και με τους 2 αλγορίθμους στην συνέχεια και προκειμένου να αξιολογηθεί το αποτέλεσμα της αντιστοίχισης, χρησιμοποιήθηκαν 5 μετρικές ομοιότητας. Αυτές ήταν : 1) Mean Square Difference 2) Correlation Coefficient 3) Joint Entropy 4) Normalized Mutual Information και 5) Entropy of the Difference Image. Τέλος εφαρμόστηκε και t-test προκειμένου να επιβεβαιωθούν στατιστικώς σημαντικές διαφορές. Αποτελέσματα: Και οι δύο αλγόριθμοι βρέθηκαν να έχουν παρόμοια συμπεριφορά, ωστόσο ο αλγόριθμος που χρησιμοποιούσε την Mattes Μutual Information μετρική ομοιότητας είχε καλύτερα αποτελέσματα. Στατιστικώς σημαντικές διαφορές επιβεβαιώθηκαν και από το t-test. Συμπέρασμα: Οι δύο μέθοδοι θα πρέπει να αξιολογηθούν χρησιμοποιώντας και άλλους μετασχηματισμούς, καθώς και διαφορετικά data set.

Σε αυτή την διπλωματική εργασία πραγματευόμαστε το αντικείμενο της αυτοματοποιημένης ανάπτυξης διαδικτυακών πυλών. Σχεδόν κάθε ιστοτόπος μπορεί να κατασκευαστεί είτε εξολοκλήρου με την συγγραφή κώδικα από την αρχή είτε με την χρησιμοποίηση ενός συστήματος διαχείρισης περιεχομένου (Content Management System – CMS). Στην εργασία αυτή μελετήσαμε τα συστήματα αυτά και αναλύσαμε μερικά από τα δημοφιλέστερα ανοιχτού κώδικα (open source) συστήματα. Κάνουμε μια συγκριτική αξιολόγηση αυτών όχι μόνο βάσει των χαρακτηριστικών τους αλλά χρησιμοποιώντας τα για την ανάπτυξη διαδικτυακών κόμβων εμπλουτισμένων με όλα τα σύγχρονα χαρακτηριστικά. Σκοπός είναι να δούμε στην πράξη τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των συστημάτων αυτών καθώς και να αναλύσουμε πότε αξίζει να τα χρησιμοποιούμε και πότε αξίζει η υλοποίηση ενός ισοτόπου με την συγγραφή κώδικα από την αρχή. Η εργασία αυτή ολοκληρώνεται με την υλοποίηση μιας ολοκληρωμένης, σύγχρονης διαδυκτυακής πύλης χρησιμοποιώντας ένα από τα συστήματα CMS που μελετήσαμε. / -

Στην παρούσα εργασία μελετάται το φαινόμενο της Κβαντικής Αποσυνοχής (Decoherence) υπό την επίδραση εξωτερικού θορύβου. Στο πρώτο μέρος της εργασίας γίνεται ανασκόπηση των βασικών εννοιών της Κβαντικής Πληροφορικής, της Θεωρίας Αποσυνοχής και του Στοχαστικού Λογισμού. Στο δεύτερο-ερευνητικό μέρος μελετάται η Decoherence δύο qubits, τα οποία ανήκουν στην Αλυσίδα XY του Heisenberg. Τα qubits αυτά μελετώνται τόσο εντός ομογενούς μαγνητικού πεδίου όσο και εντός μαγνητικού πεδίου στοχαστικού χαρακτήρα. Επίσης, παρουσιάζονται και κάποια αριθμητικά αποτελέσματα στην περίπτωση που έχουμε θόρυβο στο μαγνητικό πεδίο και στη σταθερά συζεύξεως Jx. Στις δύο τελευταίες περιπτώσεις (όπου έχουμε θόρυβο) ευρίσκουμε Decoherence Free Subspaces. Τέλος, προτείνεται τρόπος ανάκτησης της Entanglement στην περίπτωση μικτής αρχικής κατάστασης του συστήματος των qubits. / In the current Master Thesis, the phenomenon of the Quantum Decoherence under the influence of external noise is examined. The first part is a review of the basic elements of Quantum Information Theory, Decoherence Theory, and Stochastic Calculus. In the second part, the Decoherence of two qubits that belong to the XY Heisenberg Chain is studied. The first case is where these qubits are placed in a constant magnetic field, while the second one is where the magnetic field has stochastic behavior. Furthermore, some arithmetic results, in the case of external noise in both the magnetic field and the coupling constant Jx are presented. In the last two cases (where we have noise), we find Decoherence Free Subspaces. Finally, we propose a way to rebound the Entanglement of these two qubits, if they are prepared in a mixed initial state.

Οι τεχνολογικές εξελίξεις των τελευταίων ετών, έχουν αναβαθμίσει τις κινητές συσκευές, από απλά κινητά τηλέφωνα σε συσκευές κινητού υπολογισμού. Οι σύγχρονες κινητές συσκευές είναι πλέον εξοπλισμένες με φωτογραφικούς φακούς υψηλής ανάλυσης, δέκτη GPS, δέκτη WiFi (802.11 b/g/n), κυκλώματα NFC, δυνατότητες σύνδεσης στο διαδίκτυο μέσω δικτύων κινητής τηλεφωνίας (3G/4G), επιταχυνσιόμετρα, αισθητήρες καταγραφής καρδιακών παλμών κ.α. Οι αισθητήρες αυτοί, είναι σε θέση να συλλέγουν πληροφορίες για το πλαίσιο του χρήστη (user’s context), το οποίο συμπεριλαμβάνει πληροφορίες όπως η τοποθεσία του, η τρέχουσα μέρα και ώρα, ο προσανατολισμός της συσκευής, το αν ο χρήστης κινείται και με πόση ταχύτητα, την τρέχουσα δραστηριότητα του χρήστη (π.χ. ομιλία, πληκτρολόγηση κειμένου) κ.α. Επίσης, οι ίδιοι οι χρήστες αποθηκεύουν στις συσκευές όλο και περισσότερες προσωπικές πληροφορίες, όπως το ιστορικό της επικοινωνίας τους, σύντομα μηνύματα, φωτογραφίες, emails, μουσική και βίντεο, υπενθυμίσεις και γεγονότα στο ημερολόγιο κ.α. Ο συνδυασμός του πλαισίου του χρήστη με την κοινωνική πληροφορία του χρήστη, δημιουργούν ένα δυναμικά οριζόμενο πλαίσιο, το κοινωνικό κινητό πλαίσιο του χρήστη (user’s mobile social context). Σκοπός της διδακτορικής διατριβής, είναι η υποστήριξη του χρήστη για την ανάκτηση προσωπικών πληροφοριών από συσκευές κινητού υπολογισμού, με αξιοποίηση του κινητού κοινωνικού πλαισίου. Στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής, ως περίπτωση χρήσης, μελετήθηκε η ανάκτηση επαφών από το χρήστη με σκοπό την επικοινωνία (κλήση, μήνυμα κ.λπ.). Παρόλα αυτά, η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε μπορεί να εφαρμοστεί για την ανάκτηση οποιουδήποτε είδους προσωπικής πληροφορίας, όπως φωτογραφίες, βίντεο, μουσική κ.α. Συγκεκριμένα, αφού μελετήθηκαν πραγματικά δεδομένα χρήσης από δύο σύνολα δεδομένων, σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένας νέος αλγόριθμος για την πρόβλεψη της μελλοντικής επικοινωνίας του χρήστη συσκευών κινητού υπολογισμού. Στη συνέχεια, έγινε σύγκριση του συγκεκριμένου αλγορίθμου με υπάρχουσες προσεγγίσεις, οι οποίες αναφέρονται στη βιβλιογραφία. Κατόπιν, σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε σύστημα για συσκευές κινητού υπολογισμού το οποίο ενσωματώνει τον προτεινόμενο αλγόριθμο. Παράλληλα, σχεδιάστηκαν, υλοποιήθηκαν και αξιολογήθηκαν, τόσο στο εργαστήριο όσο και με πειράματα πεδίου, υβριδικές προσαρμοστικές διεπαφές για την παρουσίαση των προτάσεων του αλγορίθμου και, γενικότερα, την υποστήριξη ανάκτησης προσωπικής πληροφορίας, όπως οι επαφές, σε συσκευές κινητού υπολογισμού. Αναλυτικότερα, στο πρώτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η τρέχουσα κατάσταση στο πεδίο των συσκευών κινητού υπολογισμού, σε επίπεδο υλικού, σε επίπεδο δικτύων και σε επίπεδο λειτουργικών συστημάτων των συσκευών κινητού υπολογισμού. Επίσης, παρουσιάζεται συνοπτικά η έννοια του context και των context aware συστημάτων. Τέλος, γίνεται μια πρώτη καταγραφή των ερευνητικών θεμάτων της διδακτορικής διατριβής και παρουσιάζεται συνοπτικά η συνεισφορά της. Στο δεύτερο κεφάλαιο, γίνεται μια εκτενής παρουσίαση της τρέχουσας ερευνητικής δραστηριότητας στον τομέα της διδακτορικής διατριβής. Συγκεκριμένα, αναπτύσσονται οι έννοιες του context και των context-aware συστημάτων και στη συνέχεια γίνεται αναφορά στις έννοιες του mobile και social context. Κατόπιν, παρουσιάζονται μεθοδολογίες ανάκτησης και μοντελοποίησης του context, με έμφαση στο context των συσκευών κινητού και διάχυτου υπολογισμού. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται χαρακτηριστικά παραδείγματα κινητών context aware συστημάτων, με έμφαση στα context aware συστήματα για τη διαχείριση προσωπικής πληροφορίας σε συσκευές κινητού υπολογισμού και ειδικότερα στη διαχείριση των επαφών και της επικοινωνίας του χρήστη. Τέλος, παρουσιάζονται νέα είδη διεπαφών (adaptive interfaces), οι οποίες προσαρμόζονται στο τρέχον context της συσκευής κινητού υπολογισμού. Στο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται το πρώτο μέρος του ερευνητικού έργου της παρούσας διδακτορική διατριβής. Συγκεκριμένα, παρουσιάζεται η μελέτη και υλοποίηση ενός αλγορίθμου για την ανάκτηση προσωπικής πληροφορίας από συσκευές κινητού υπολογισμού. Ως περίπτωση χρήσης, εστιάσαμε στην ανάκτηση των επαφών. Αρχικά, παρουσιάστηκε ο τρόπος με τον οποίο επιλέξαμε να αναπαραστήσουμε το context του χρήστη. Στη συνέχεια, για να ερευνηθεί ποιες διαστάσεις του context είναι οι σημαντικότερες για την ανάκτηση επαφών, πραγματοποιήθηκε η ανάλυση δύο συνόλων δεδομένων, ενός που συλλέχθηκε στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής και ενός που παραχωρήθηκε από την εταιρία ΝΟΚΙΑ. Κατόπιν, παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η πειραματική αξιολόγηση του αλγορίθμου. Τέλος, παρουσιάζεται η σύγκριση του προτεινόμενου αλγορίθμου με αντίστοιχους αλγορίθμους και προσεγγίσεις της βιβλιογραφίας. Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η υλοποίηση ενός συστήματος ανάκτησης επαφών σε συσκευές κινητού υπολογισμού. Συγκεκριμένα, υλοποιήθηκε ο αλγόριθμος που παρουσιάστηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο και στη συνέχεια σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν context aware προσαρμοστικές διεπαφές, για την ανάκτηση επαφών σε συσκευές κινητού υπολογισμού. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται η αξιολόγηση του συστήματος που υλοποιήθηκε, με την πραγματοποίηση πειράματος πεδίου, διάρκειας ενός μήνα. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, συλλέγονταν ανώνυμα στατιστικά χρήσης του συστήματος, ενώ, στο τέλος του πειράματος, έγινε και συλλογή ποιοτικών δεδομένων, με χρήση ερωτηματολογίων. Στο τελευταίο, πέμπτο, κεφάλαιο, παρουσιάζεται μία σύνοψη της διδακτορικής διατριβής, καταγράφονται τα συμπεράσματα της και γίνεται αναφορά στις μελλοντικές επεκτάσεις του ερευνητικού έργου. / Recent technological advances have transformed the mobile phones from simple communication devices to pervasive computing devices. Today’s mobiles are equipped with a great variety of hardware, such as high definition cameras, GPS receivers, WiFi capabilities, NFC chips, 3G/4G mobile network connections, compass, accelerometers etc. Those sensors collect a huge amount of information about mobile device’s user and her environment (user’s context), for example, the location, current day and time, device’s orientation, if she is on the move and how fast, the current task (e.g. talking, typing text) etc. Besides the automatically generated information, users keep a lot of personal information on their mobile devices like communication history, short messages, photos, emails, music and videos, reminder and calendar events etc. If we combine the user’s context with the stored social information, a dynamic context is created, which can be termed the user’s mobile social context. The aim of this PhD thesis is the exploitation of user’s mobile social context in order to support the extraction of personal information from mobile computing devices. As an example of personal information, this thesis studies the support of user’s communication by extracting the desired contacts. However, the same methodology applies to all kinds of personal information like photos, videos, music etc. First of all, real mobile usage statistics from two different datasets were analyzed in order to design and implement a new prediction algorithm of the future user’s communication on mobile devices. Secondly, a comparison between the proposed algorithm and relative algorithms was conducted. Then, a system for mobile devices that embeds the proposed algorithm was developed. At the same time, adaptive interfaces for the presentation of the proposals of the algorithm were designed and evaluated, conducting both lab and field experiments. Chapter 1 presents the current status in the field of mobile computing devices, in terms of hardware, mobile networks and mobile operating systems. The terms “context” and “context aware” systems are also briefly presented. Finally, Chapter 1 presents the research question of this thesis and its research contribution. Chapter 2 presents the related work in the field. First, the terms “context” and “context aware” are discussed in detail and then the terms of “mobile” and “social context” are introduced. The chapter discusses proposals for retrieving and modeling the user’s context, giving detailed information about the mobile user’s context. Also, in the same chapter, examples of context aware systems are presented, focusing mainly to context aware systems for communication management and contacts retrieval. Finally, novel, adaptive, context aware interfaces are also presented. Chapter 3 presents the first part of the thesis’ research. A new algorithm for the task of contacts retrieval is proposed. In order to choose the proper dimensions of the user’s context for the specific task, an analysis and examination of two different dataset is perfomed. The first dataset is preliminary and it is collected in the context of this thesis. The second one is provided by NOKIA and is the outcome of a large scale initiative that took place in Geneva area of Switzerland, the NOKIA Lausanne Data Collection Campaign. A comparative evaluation of the proposed algorithm against the two mentioned datasets is finally performed. Finally, a comparison of the proposed algorithm with similar approaches and algorithms is presented. In Chapter 4, the design and implementation of a Google Android system for contacts retrieval from mobile computing devices is presented. A set of context aware adaptive interfaces for contacts retrieval was designed and developed, to make use of the algorithm discussed in Chapter 3. These interfaces were tested using a large scale field experiment (1 month duration) in order to evaluate the system in real conditions and with real users. During the experiment, anonymous usage statistics from users were collected and a questionnaire for the qualitative evaluation of our system was also distributed. In the final chapter (chapter 5), the conclusions of the thesis and future work suggestions are presented.

Ο σκοπός της μεταπτυχιακής εργασίας, ήταν η ανάλυση, όσον αφορά την πιθανότητα σφάλματος, ενός τηλεπικοινωνιακού συστήματος το οποίο μεταδίδει ιατρική πληροφορία, ασύρματα, μεταξύ δυο κόμβων ενός δικτύου ιατρικών αισθητήρων. Το δίκτυο αυτό περιλαμβάνει έναν επιβλέποντα κόμβο ο οποίος προωθεί, τα δεδομένα που συλλέχθηκαν, σε ένα σταθμό βάσης, ο οποίος βρίσκεται σε ένα νοσοκομείο. Η μετάδοση της ιατρικής πληροφορίας επιτυγχάνεται με ένα πομποδέκτη ο οποίος είναι ενσωματωμένος σε όλους τους κόμβους του ασύρματου δικτύου. Χρησιμοποιείται ο ΧΕ1209 πομποδέκτης της εταιρίας Xemics S.A. ο οποίος χρησιμοποιεί την διαμόρφωση 2-CPFSK ενώ η φέρουσα συχνότητα είναι τα 36,86 kHz. Προτού, μεταδοθεί η ιατρική πληροφορία, γίνεται μια κατάλληλη επεξεργασία ώστε να προστατευθεί από τον πανταχού παρών θόρυβο και να φτάσει αναλλοίωτη στο δέκτη. Η επεξεργασία της ιατρικής πληροφορίας περιλαμβάνει τον κυκλικό έλεγχο πλεονασμού (Cyclic Redundancy Check - CRC) και την εφαρμογή ενός σχήματος διόρθωσης λαθών (Forward Error Correction – FEC). / The purpose of my master thesis was, the analysis, concerning the probability of error, of a telecommunication system, which transmits medical information, wireless, from one node, of a medical sensor network, to another. This network consists of a supervising node, who forwards the collected data, to a base station, which resides in a hospital. The transmission of the medical information is achieved by a transmitter embedded to all the nodes of the wireless network. We have used the ΧΕ1209 transmitter of Xemics S.A., who uses the 2-CPFSK modulation, whilst the carrier frequency is 36.86 kHz. Before the transmission of the medical information takes place, the data undergo a processing phase, in order to be protected from the ubiquitous noise, and reach the receiver intact. The processing of the medical information includes the Cyclic Redundancy Check (CRC) and the application of a form of error correction called Forward Error Correction (FEC).

Σήμερα υπάρχουν πολυάριθμα εργαλεία για την κατασκευή και παραμετροποίηση τρισδιάστατων μοντέλων με το καθένα από αυτά να χρησιμοποιεί το δικό του πρωτόκολλο περιγραφής της τρισδιάστατης πληροφορίας που αποθηκεύει και επεξεργάζεται. Εντούτοις δεν είναι λίγες η φορές που απαιτείται η μεταφορά περιεχομένου απο το ένα εργαλείο στο άλλο. Το παραπάνω οδήγησε στην ανάγκη δημιουργίας κοινώς αποδεκτών πρωτοκόλλων περιγραφής της τρισδιάστατης πληροφορίας για την διευκόλυνση της διαχείρισής της. Απο τα πρωτόκολλα αυτά, το COLLADA φαίνεται να επικρατεί λόγω του οτι είναι ανοιχτό, επεκτάσιμο και ευρέως διαδεδομένο. Στην παρούσα εργασία γίνεται παρουσίαση αυτού και δίνεται έμφαση στους λόγους που οδηγούν στην ολοένα και ταχύτερη ανάπτυξή του και στις τελευταίες λειτουργείες που έχουν προστεθεί. Στη συνέχεια, με βάση το πρωτοκολλο αυτό, υλοποιείται μια πιλοτική εφαρμογή για την απεικόνιση και την αλληλεπίδραση με τρισδιάτατα αντικείμενα, χρησιμοποιώντας σύγχρονες τεχνικές και τεχνολογίες για διαδικτυακή παρουσίαση τρισδιάστατου περιεχομένου. Η εφαρμογή αυτή στοχεύει σε φυλλομετρητές προσωπικών υπολογιστών, ενδέχεται ωστόσο να επεκταθεί ώστε να είναι δυνατή η χρήση της ακόμα και από φυλλομετρητές τελευταίας τεχνολογίας κινητών τηλεφώνων (iPhone). Τα συμπεράσματα που θα προκύψουν από την χρήση της εφαρμογής αυτής ενδέχεται να οδηγήσουν στην δημιουργία ενός μετέπειτα ολοκληρωμένου προϊόντος. / Today there are numerous tools for the construction and configuration of three-dimensional models, each of them uses its own protocol describes the three-dimensional information stored and processed. However, there are few times when the need to transfer content from one tool to another. The above led to the need for commonly accepted protocol describes the three-dimensional information to facilitate management. Of these protocols, the COLLADA seems to prevail because it is open, scalable and ubiquitous. In the present study it and focus on the reasons leading to ever more rapid development in recent operations that have been added. Then, based on this protocol, implemented a pilot application to display and interact with trisdiatata items using modern techniques and technologies for web-dimensional presentation of content. This application is targeted at PC browsers, but may be extended to allow the use of browsers and even the art mobile phones (iPhone). The conclusions arising from the use of this application may result in the creation of a finished product later.

Η Κβαντική Πληροφορία είναι μια ιδιότητα των κβαντικών συστημάτων που σχετίζεται με την κβαντομηχανική επαλληλία και την συσχέτιση των συστημάτων σε Ενδιαπλοκή. Λόγω της αλληλεπίδρασης με το κλασικό περιβάλλον η Ενδιαπλοκή χάνεται ταχύτατα με συνέπεια να περιορίζεται δραματικά η πρακτική της χρησιμότητα. Πραγματοποιήθηκε διερεύνηση διαφόρων διατάξεων κβαντικών συστημάτων είτε σε αλληλεπίδραση με άλλα συστήματα είτε μεμονωμένων, αλλά με την συνθήκη το αντίστοιχο κλασικό μη γραμμικό σύστημα να είναι χαοτικό ή ολοκληρώσιμο. Ερευνητικά αποτελέσματα: 1. Ο ρυθμός μεταβολής της Ενδιαπλοκής με την μεταβολή μιας παραμέτρου σύζευξης φράσσεται από την καμπυλότητα των ενεργειακών επιπέδων. Το αποτέλεσμα έχει γενική ισχύ, διότι βασίζεται σε γενικές ιδιότητες των τυχαίων πινάκων που κωδικοποιούν την χαοτική ή την κανονική συμπεριφορά των συστημάτων,2. Ο ρόλος της λεπτομερούς δομής του κλασικού χώρου των φάσεων. Ερευνήθηκε η εξάρτηση της Ενδιαπλοκής από την τιμή παραμέτρου σύζευξης σε σχέση με το διάγραμμα διακλαδώσεων του Βηματικού Στρόβου, καθώς και σε σχέση με την ύπαρξη Κβαντικών Ουλών, 3. Η μη γραμμικότητα συστημάτων σε συνδυασμό με την παρουσία εξωτερικών πεδίων μπορεί να οδηγήσει σε βέλτιστες τιμές ορισμένων παραμέτρων που ευνοούν την δημιουργία Ενδιαπλοκής θερμικά. Μελετήθηκε κατάλληλο μοντέλο, 4. Κβαντικός δίαυλος βρίσκεται σε αλληλεπίδραση με το τοπικό περιβάλλον. Οι ιδιότητες του τοπικού περιβάλλοντος (χάος ή κανονικότητα) μπορούν να επηρεάσουν τις δυνατότητες του διαύλου, 5. Ένα ανοικτό κβαντικό σύστημα αλληλεπιδρά με τοπικό κβαντικό περιβάλλον λίγων βαθμών ελευθερίας, καθώς και με ένα ολικό Μαρκοβιανό περιβάλλον και τελικά προκαλείται απώλεια κβαντικής συνάφειας. Διερευνήθηκε, αριθμητικά, ο τρόπος με τον οποίο, οι κλασικές ιδιότητες του τοπικού περιβάλλοντος επηρεάζουν τον ρυθμό απώλειας συνάφειας του συστήματος. / Quantum Information is a particular property of quantum systems which is associated with the quantum mechanical superposition principle and the correlation of the systems in the entangled states. Due to the interaction with the classical environment, this basic property of Entanglement is lost very quickly, with the result, its practical usefulness to be dramatically reduced. The present Thesis is concerned with the study of various arrangements of quantum systems either in interaction with other systems, or isolated, but with the condition that the corresponding classical non linear system is chaotic or integrable. Results presented in the thesis: 1. Τhe rate of change of entanglement of a quantum system with respect to the change of an interaction parameter is bounded by the curvature of the energy levels. This result has a general validity, because it is based on general properties of random matrices, which may encode the regular or chaotic behavior of physical systems, 2. The role of the detailed structure of the classical phase space. The dependence of entanglement on the position of a parameter of interaction in connection to the bifurcation diagram in the model of quantum kicked top was studied. An analysis was carried out for a possible impact of the existence of scars on the behavior of entanglement, 3. The non linearity of systems combined with the presence of external fields may lead to optimal values of certain parameters which favor the thermal creation of entanglement. A particular model was studied in which this behavior is observed, 4. A quantum channel is in interaction with its local environment. The question posed, is whether the properties of the local environment (chaos or integrability) may influence the capabilities of the channel, 5. An open quantum system interacts with a quantum local environment, which in general has few degrees of freedom, and a global infinite one. It was numerically investigated how the classical properties of the local environment Influence the decoherence rate of the system.

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη και ο σχεδιασμός καινοτόμων αλγορίθμων φυσικού επιπέδου σε ασύρματα συστήματα επικοινωνίας που χρησιμοποιούν διαμόρφωση με πολύπλεξη συχνότητας ορθογωνίων φερουσών (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM). Η έρευνα επικεντρώθηκε σε δύο κατηγορίες προβλημάτων, στον σχεδιασμό αλγορίθμων προσαρμοστικής διαμόρφωσης καθώς και αλγορίθμων αντιμετώπισης ισχυρού θορύβου φάσης. Αναπτύχθηκαν αλγόριθμοι εκτίμησης φάσης με γραμμική πολυπλοκότητα, μέσω ενός καινούργιου εναλλακτικού μοντέλου περιγραφής του συστήματος. Το μοντέλο αυτό επιτρέπει την επέκταση των κλασικών αλγορίθμων εκτίμησης της κοινής φάσης με στόχο την εκτίμηση του συνολικού διανύσματος θορύβου φάσης. Επιπλέον, η τεχνική διαγώνιας φόρτωσης (diagonal-loading) προσαρμόστηκε κατάλληλα για τη βελτίωση σύγκλισης της προτεινόμενης λύσης. Τέλος, προτάθηκε και αξιολογήθηκε ένα συνολικό σύστημα OFDM όπου η εκτίμηση του καναλιού, της διαταραχής φάσης και των δεδομένων βασίζονται στο κριτήριο ελαχίστων τετραγώνων, διατηρώντας έτσι τη συνολική πολυπλοκότητα σε χαμηλά επίπεδα. Στο πλαίσιο του σχεδιασμού αλγορίθμων προσαρμοστικής διαμόρφωσης προτείνεται ένα γενικό μοντέλο περιγραφής απόδοσης συστήματος ικανό να περιγράψει τα αναπτυσσόμενα πρωτόκολλα μετάδοσης. Η πρόταση αυτή εντάσσεται στην οικογένεια των τεχνικών ισοδύναμης σηματοθορυβικής απεικόνισης (Εffective SNR Μapping - ESM). Χρησιμοποιώντας τις τεχνικές ESM και κατάλληλους περιορισμούς στην παραμετροποίηση των μεταβλητών μετάδοσης, αναπτύχθηκαν αλγόριθμοι προσαρμοστικής διαμόρφωσης χαμηλής πολυπλοκότητας που ικανοποιούν διαφορετικά κριτήρια βελτιστοποίησης. Επιπρόσθετα, προτείνεται ένα γενικό πλαίσιο για τον σχεδιασμό αλγορίθμων προσαρμοστικής διαμόρφωσης, χρησιμοποιώντας προσεγγιστικά μοντέλα απόδοσης. Ορίστηκαν οι κατάλληλες μετρικές για την ποσοτικοποίηση της σπατάλης ενέργειας που επιφέρει η χρήση προσεγγιστικών μοντέλων. Μελετήθηκε η επίδραση της καθυστέρησης ανατροφοδότησης πληροφορίας καναλιού στους αλγορίθμους και παρήχθησαν κατάλληλα μοντέλα περιγραφής απόδοσης που συμπεριλαμβάνουν το χρόνο καθυστέρησης. Το συνολικό αποτέλεσμα της εργασίας είναι αλγόριθμοι που καταφέρνουν υψηλή απόδοση συστήματος, με χαμηλή πολυπλοκότητα, κάτι το οποίο τους κάνει υλοποιήσιμους σε ρεαλιστικά συστήματα. / The objective of this thesis is to study and develop novel, low complexity physical layer algorithms for Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) based communication systems. The study aims at two algorithmic categories, namely adaptive modulation and coding and compensation of severe phase noise (PHN) errors. A parameterized windowed least-squares (WLS) decision directed phase error estimator is proposed via proper (alternative) system modeling, applied to both channel estimation and data detection stage in OFDM systems. The window is optimized so as to minimize the post-compensation error variance (PCEV) of the residual phase, analytically computed for arbitrary PHN and frequency offset (FO) models. Closed-form expressions for near-optimal windows are derived for zero-mean FO, Wiener and first-order autoregressive PHN models, respectively. Furthermore, the diagonal-loading approach is properly employed, initially proposed for providing robustness to a general class of estimators in the presence of model mismatch, to enhance convergence of the iterative estimation scheme, in those high-SNR regions where the effect of data decision errors dominates performance. In the proposed OFDM scheme, channel, IFO estimation and data equalization are also based on the LS criterion, thus keeping the overall system complexity low. A generic performance description model is proposed and used for AMC algorithmic design, capable of describing most of current and under preparation communication protocols. This model proposition is incorporated to a larger family of performance modelling techniques named Effective SNR Mapping techniques (ESM). Using the ESM techniques and proper parameter adaptation constraints, a number of low-complexity AMC algorithms are developed under a chosen set of optimization scenarios. A framework for the design of AMC algorithms using approximate performance description models is proposed. Specific bounds are derived for quantifying the power loss when using approximate models. The effect of outdated channel state information is also studied by statistically characterizing the effective SNR at the receiver. This description allows parameter adaptation under mobility scenarios. The main value of this collective procedure is the development of low complexity- high performance algorithms, implementable on pragmatic OFDM systems.