Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί βιβλιογραφική έρευνα στο επιστημονικό πεδίο της προσαρμοστικής ακύρωσης θορύβου (ANC). Αρχικά γίνεται μια αναφορά στη γενική φιλοσοφία της ANC, παρατίθεται μια σύντομη ιστορική αναδρομή και αναφέρονται τα πεδία εφαρμογής της ANC. Γίνεται ανάλυση των βασικών κατηγοριών προσαρμοστικής ακύρωσης θορύβου βασισμένες στον εμπροσθοτροφοδοτούμενο και στον ανατροφοδοτούμενο έλεγχο. Πρώτα συζητείται η δομή του ευρυζωνικού προσαρμοστικού εμπροσθοτροφοδοτούμενου ελέγχου, με την εξαγωγή και την ανάλυση του αλγόριθμου FXLMS. Στη συνέχεια αναλύονται τα στενής ζώνης εμπροσθοτροφοδοτούμενα συστήματα, εισάγοντας τη μέθοδο σύνθεσης κυματομορφής, τα προσαρμοστικά φίλτρα αποκοπής και την ANC πολλαπλών συχνοτήτων. Έπειτα αναπτύσσεται η έννοια της προσαρμοστικής ακύρωσης μέσω ανατροφοδοτούμενου έλεγχου από τη σκοπιά των σημάτων αναφοράς προσδίδοντας μια συσχέτιση με τα συστήματα εμπροσθοτροφοδότησης. Εν συνεχεία, η ανάλυση των μονοκαναλικών συστημάτων επεκτείνεται στα πολυκαναλικά συστήματα ANC. Παρουσιάζονται διάφορες online τεχνικές μοντελοποίησης δευτερεύουσας διαδρομής. Επιπρόσθετα, παρουσιάζονται διάφοροι ειδικοί ANC αλγόριθμοι όπως δικτυωτή ANC, ANC στο πεδίο της συχνότητας, ANC υποζώνης και ο αναδρομικός αλγόριθμος ελαχίστων τετραγώνων (RLS). Τέλος παρουσιάζονται αναλυτικά οι εφαρμογές της προσαρμοστικής ακύρωσης σε πρακτικό και πειραματικό επίπεδο, ενώ δίνεται μια ποσοτική συνεισφορά στη μείωση θορύβου. / This thesis is a literature research in the scientific field of adaptive noise cancellation (ANC). Originally becomes a reference to the general philosophy of the ANC, given a brief historical overview and a reference to the fields of application of ANC . An analysis of the main categories of adaptive noise cancellation based on feed-forward and feedback control. First a discussion is made, of the structure of broadband adaptive feed-forward control by extracting and analyzing the FXLMS algorithm. Then an analysis of narrowband feedforward systems is given, introducing the waveform synthesis method, adaptive notch filters and multiple frequency ANC. Then we develope the concept of adaptive cancellation via feedback control from the perspective of reference signals giving a correlation to feedforward systems. Subsequently, the analysis of single channel systems extends in multi-channel ANC. Various online secondary path modeling techniques are presented. Additionally, several special ANC algorithms are presented, such as lattice ANC, ANC in the frequency domain, subband ANC and the recursive least squares algorithm (RLS). Finally applications of adaptive cancellation are presented in detail, on practical and experimental level, given a qualitative contribution to noise reduction.

Η προσασρμοστική μάθηση (adaptive learning) είναι μια εκπαιδευτική μέθοδος η οποία χρησιμοποιεί κάποιο υπολογιστικό σύστημα ως διαδραστική συσκευή διδασκαλίας αναλαμβάνοντας να προσαρμόσει την παρουσίαση του εκπαιδευτικού υλικού σύμφωνα με τις ανάγκες των μαθητών, όπως αυτές προκύπτουν από τις απαντήσεις τους στις ερωτήσεις και τις εργασίες αλλά και γενικότερα παρατηρώντας παραμέτρους της συμπεριφοράς τους στο σύστημα. Η τεχνολογία που υποστηρίζει τη συγκεκριμένη εκπαιδευτική μέθοδο περιλαμβάνει τις πτυχές που προέρχονται από διάφορους επιστημονικούς τομείς όπως η επιστήμη των υπολογιστών, η εκπαίδευση και η ψυχολογία. Η προσαρμοστικής μάθηση έχει οδηγηθεί εν μέρει από τη συνειδητοποίηση ότι προσωπική μάθηση δεν μπορεί να επιτευχθεί σε μια μεγάλη κλίμακα χρησιμοποιώντας παραδοσιακές, μη-προσαρμοστικές προσεγγίσεις. Τα συστήματα προσαρμοστικής μάθησης στοχεύουν στο να μετατρέψουν τον μαθητή από παθητικό δέκτη πληροφοριών σε συνεργαζόμενο και ενεργό μέλος στην εκπαιδευτική διαδικασία. Ενώ μπορεί να υπάρχουν εξαιρέσεις, τα συστήματα προσαρμοστικής μάθησης είναι γενικά χτισμένα με τρία βασικά στοιχεία: ένα μοντέλο εμπειρογνώμονα ή περιεχομένου, ένα μοντέλο μαθητή, και ένα εκπαιδευτικό ή διδασκαλικό μοντέλο. Στα πλαίσια της διπλωματικής αυτής εργασίας μεταπτυχιακής ειδίκευσης αναπτύχθηκε ένα ηλεκτρονικό εκπαιδευτικό παιχνίδι για φορητή συσκευή το οποίο απευθύνεται σε μαθητές επιπέδου δημοτικού σχολείου και υιοθετεί τις αρχές της προσαρμοστικής μάθησης. Στόχος του παιχνιδιού είναι η εξάσκηση και η σταδιακή βελτίωση εκμάθησης της προπαίδειας. Το εκπαιδευτικό παιχνίδι υλοποιήθηκε σε LUA (Corona SDK) και δοκιμάστηκε σε Android συσκευές. Για να καθοριστούν οι λειτουργικές προδιαγραφές διερευνήθηκαν και καταγράφηκαν ήδη υπάρχοντα αντίστοιχα εκπαιδευτικά παιχνίδια, πραγματοποιήθηκε συνέντευξη με έμπειρη εκπαιδευτικό ώστε να προσαρμοστεί ο σχεδιασμός του σεναρίου του παιχνιδιού στην εκπαιδευτική πρακτική που εφαρμόζεται στο σχολείο, ενώ αφού ολοκληρώθηκε η υλοποίηση πραγματοποιήθηκαν δοκιμές με μαθητές α’, β’, γ’ δημοτικού ώστε να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα του εκπαιδευτικού παιχνιδιού. / Adaptive learning is an educational method that uses a computer system as an interactive teaching apparatus undertaking to adjust the presentation of educational material according to the needs of students, as reflected by their answers to the questions and work well generally observing aspects of their behavior in the system. The technology that supports this educational method includes aspects from different disciplines such as computer science, education and psychology. Adaptive learning has been driven in part by the realization that personal learning can not be achieved on a large scale using traditional non-adaptive approaches. Adaptive learning systems aim to transform the student from passive recipient of information at a partner and active member in the educational process. While there may be exceptions, adaptive learning systems are generally built with three key elements: a model expert or content, a user model, and an educational teaching model. As part of this thesis postgraduate specialization developed an online educational game for mobile device which is aimed at primary school level students and adopts the principles of adaptive learning. The objective of the game is to practice and the gradual improvement of learning the multiplication tables. The educational game implemented in LUA (Corona SDK) and tested on Android devices. To determine the functional specifications were investigated and recorded existing respective educational games, interviewed by experienced teacher to fit the design of the scenario of the game in the educational practice at school, and after the completed implementation was tested with students a, b, c grade to investigate the effectiveness of educational game.

Στα πλαίσια της συγκεκριμένης μεταπτυχιακής εργασίας εξετάζονται διάφορες τεχνικές βελτίωσης των modems που χρησιμοποιούνται στους δέκτες των xDSL συστημάτων, προκειμένου να επιτευχθεί μεγιστοποίηση της ταχύτητας μετάδοσης. Τα xDSL συστήματα είναι συστήματα που χρησιμοποιούν διαμόρφωση πολλαπλών φερουσών (Discrete Multitone – DMT). Η συμβατική μορφή ισοστάθμισης που απαντάται στα συστήματα αυτά, αποτελείται από έναν ισοσταθμιστή Τ-συντελεστών (Τ-tap) που ενεργεί στο πεδίο του χρόνου (TEQ) ακολουθούμενο από Ν ισοσταθμιστές 1-tap που δρουν στο πεδίο της συχνότητας (FEQ) σε κάθε τόνο ξεχωριστά. Η πρόταση που εξετάζεται σε αυτή τη διπλωματική εργασία είναι η μεταφορά του ισοσταθμιστή από το πεδίο του χρόνου στο πεδίο της συχνότητας και ο κατάλληλος συνδυασμός του με τον FEQ. Επομένως, θα προκύψει ένα σύστημα που θα αποτελείται από Ν παράλληλους ισοσταθμιστές T-tap ο κάθε ένας από τους οποίους θα λειτουργεί σε κάθε τόνο ξεχωριστά (Ισοστάθμιση ανά τόνο – PTEQ) . Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται η μεγιστοποίηση του ρυθμού μετάδοσης και ελαττώνεται η ευαισθησία του δέκτη στις παραμέτρους του καναλιού. Τα δύο προαναφερθέντα μοντέλα ισοστάθμισης, ο βέλτιστος PTEQ (MMSE PTEQ) και ο συνδυασμός ΤΕQ/FEQ συγκρίνονται μεταξύ τους. Ο βέλτιστος PTEQ παρουσιάζει μεγάλη πολυπλοκότητα κατά τον υπολογισμό των συντελεστών του. Για να γίνει αποδοτικά η αξιοποίηση των θετικών του στοιχείων, εξετάζονται διάφοροι προσαρμοστικοί τρόποι υπολογισμού του, με χρήση των αλγορίθμων RLS και LMS κατάλληλα ενταγμένων στο MMSE σύστημα. / This postgraduate thesis is about improvement techniques for modems which are used at the xDSL systems’ receivers, in order to maximize bit rate. xDSL systems are using multiple carrier modulation (Discrete Multitone – DMT). The conventional equalization scheme for these systems consists of one T-taps time domain equalizer (TEQ) followed by N 1-tap frequency domain equalizers (FEQ) per tone. In this thesis is proposed a modified scheme where the time domain equalizer is replaced by a frequency domain one, properly combined with the 1-tap FEQs. The resulting structure consists of N T-taps frequency domain equalizers per tone (Per Tone Equalizer – PTEQ). The outcome is a larger bit rate while the per tone receiver has reduced sensitivity to the channel’s parameters. The aforesaid equalization models, the optimal PTEQ (MMSE PTEQ) and the combined TEQ/FEQ, are compared. The optimal PTEQ structure presents great complexity during the calculation of its coefficients. In order to efficiently exploit its advantages, adaptive methods, using RLS and LMS algorithms properly imported at the MMSE system, are examined.

Τα Ευφυή Συστήματα Διδασκαλίας (Intelligent Tutoring Systems) είναι συστήματα που χρησιμοποιούν μεθόδους Τεχνητής Νοημοσύνης για την παροχή εξατομικευμένης διδασκαλίας, τα τελευταία χρόνια και μέσω Διαδικτύου. Τα συστήματα αυτά προσφέρουν δηλαδή μάθηση προσαρμοζόμενη στις δυνατότητες και της ανάγκες των μαθητών-φοιτητών. Ένα σημαντικό τμήμα των συστημάτων αυτών αφορά την αξιολόγηση των μαθητών. Η αξιολόγηση αφορά τον προσδιορισμό του επιπέδου γνώσης ενός μαθητή. Αυτό συνήθως γίνεται με την μέτρηση της απόδοσης του μαθητή σ’ ένα ή περισσότερα τεστ που περιέχουν ερωτήσεις-ασκήσεις που αναφέρονται σε ένα σύνολο εννοιών και είναι διαφόρων επιπέδων δυσκολίας. Ένα σημαντικό στοιχείο στην υπόθεση αυτή είναι ο σωστός προσδιορισμός του επιπέδου δυσκολίας των ερωτήσεων-ασκήσεων. Ένα δεύτερο στοιχείο είναι ο σωστός σχεδιασμός των τεστ ώστε να ανταποκρίνεται στις ανάγκες του κάθε μαθητή, ανάλογα με την μελέτη που έχει κάνει. Ένα τρίτο στοιχείο αφορά τις ευφυείς μεθόδους που θα χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη των παραπάνω δύο στοιχείων. Συνήθως χρησιμοποιούνται απλές μέθοδοι, όπως π.χ. κανόνες παραγωγής ή σημαντικά δίκτυα. Μια ενδιαφέρουσα ερευνητική κατεύθυνση είναι η χρήση υβριδικών ευφυών τεχνικών, δηλαδή τεχνικών που συνδυάζουν δύο τουλάχιστον γνωστές ευφυείς τεχνικές, όπως είναι π.χ. ο συνδυασμός κανόνων παραγωγής και γενετικών αλγορίθμων. Το αντικείμενο αυτής της μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι: (α) η εύρεση μιας μεθόδου για ρεαλιστικότερο προσδιορισμό του επιπέδου δυσκολίας των ερωτήσεων-ασκήσεων, (β) η εύρεση μιας μεθόδου για προσαρμοστικό σχεδιασμό των τεστ αξιολόγησης των μαθητών, ώστε να ανταποκρίνονται στις ανάγκες και δυνατότητες του καθενός χωριστά, (γ) η χρήση υβριδικών ευφυών τεχνικών και (δ) η εφαρμογή των παραπάνω σ’ ένα υπάρχον ευφυές σύστημα διδασκαλίας θεμάτων τεχνητής νοημοσύνης. / Intelligent Tutoring Systems (ITSs) are systems that use AI techniques in order to provide adaptive assessment. ITSs adapt the course material to the student's needs, based on his/her profile and knowledge level. An important function of such systems is student evaluation. Student evaluation refers to the evaluation of the knowledge level of a student after having dealt with a learning page. This is achieved by processing the results of the exercises offered at the end of a learning page. Estimation of the knowledge level of a concept is based, among others, on the difficulty level of the correctly answered exercises included in the test. So, the right determination of the difficulty level of an exercise is very important. Another important issue is the design of the tests in order to correspond student's needs based on their study. Feedback from the students saved in the student model should be taken into account for determination of the difficulty levels of the questions/exercises that will be chosen from each concept. A third important issue is the use of Hybrid Intelligent Methods to achieve the two mentioned issues. Most ITSs use simple methods like semantic networks or production rules. An interesting research direction is the useof hybrid AI methods which combine at least two well known AI techniques like production rules and genetic algorithms. The scope of this paper is (a) the determination of a realistic method for exercise difficulty level adaptation (b) the determination of a method for the personalized assessment of the learner according to a student model (c) the use of Hybrid Intelligent Methods and (d) the implementation of all the above in an Artificial Intelligence Teaching System of the course of "Artificial Intelligence".

Τα ασύρματα συστήματα πολλαπλών κεραιών MIMO αποτελούν ένα από τα βασικά μέτωπα ανάπτυξης των τηλεπικοινωνιών. Ωστόσο η εξαιρετικά τυχαία φύση τους καθώς και η αλληλεπίδραση μεταξύ των πολλαπλών ροών δεδομένων επιβάλει την χρήση σύγχρονων τεχνικών ισοστάθμισης. Η προσαρμοστική ισοστάθμιση στο δέκτη ενός τηλεπικοινωνιακού συστήματος χρησιμοποιείται για την αντιμετώπιση της δυναμικής φύσης του ασύρματου καναλιού και την ανίχνευση των αλλαγών στα χαρακτηριστικά του. Επίσης, μη γραμμικές τεχνικές ισοστάθμισης ανατροφοδότησης συμβόλων είναι απαραίτητες για την απομάκρυνση της διασυμβολικής παρεμβολής που παρουσιάζεται στα συγκεκριμένα συστήματα. Η παρούσα εργασία ασχολείται με μεθόδους προσαρμοστικής ισοστάθμισης στο δέκτη ενός τηλεπικοινωνιακού συστήματος. Διακρίνουμε τις εξής περιπτώσεις προσαρμοστικών αλγορίθμων για την ελαχιστοποίηση του σφάλματος, του αλγορίθμου Αναδρομικών Ελαχίστων Τετραγώνων (RLS), του επαναληπτικού αλγορίθμου Συζυγών Κλίσεων (CG) και του επαναληπτικού αλγορίθμου τροποποιημένων Συζυγών Κλίσεων (MCG). Όπως διαπιστώνουμε, όταν οι παραπάνω αλγόριθμοι χρησιμοποιηθούν με γραμμικές τεχνικές ισοστάθμισης έχουμε πολύ αργή σύγκλιση και γενικά υψηλό όριο σφάλματος. Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι, προκειμένου να έχουμε γρήγορη σύγκλιση των προσαρμοστικών αλγορίθμων και αντιμετώπιση της διασυμβολικής παρεμβολής για τα συστήματα MIMO, είναι απαραίτητη η χρήση μη γραμμικών τεχνικών ισοστάθμισης. Αρχικά χρησιμοποιούμε την μέθοδο της γενικευμένης ανατροφοδότησης συμβόλων GDFE ενώ στη συνέχεια μελετάμε μία σύγχρονη τεχνική ανατροφοδότησης συμβόλων που χρησιμοποιεί ένα κριτήριο διάταξης για την ακύρωση των συμβόλων (OSIC ή V-BLAST). Όπως διαπιστώνεται και από τις εξομοιώσεις η συγκεκριμένη τεχνική επιτυγχάνει το χαμηλότερο όριο σφάλματος, αλλά με αυξημένο υπολογιστικό κόστος. Επίσης, διαπιστώνουμε ότι η εφαρμογή της τεχνικής αυτής με χρήση του τροποποιημένου αλγορίθμου Συζυγών Κλίσεων δεν είναι εφικτή. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας, περιγράφουμε μια συγκεκριμένη υλοποίηση της τεχνικής διατεταγμένης ακύρωσης που κάνει χρήση του αλγορίθμου Αναδρομικών Ελαχίστων Τετραγώνων με μειωμένη πολυπλοκότητα. Στη συνέχεια γενικεύουμε την εφαρμογή της για την περίπτωση των αλγορίθμων Συζυγών Κλίσεων, και διαπιστώνουμε ότι ο τροποποιημένος αλγόριθμος Συζυγών Κλίσεων δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ούτε σε αυτήν την περίπτωση. Για την υλοποίηση ενός συστήματος OSIC με χρήση του αλγορίθμου Συζυγών Κλίσεων είναι απαραίτητη η χρήση ενός αλγορίθμου που δεν έχει χρονική εξάρτηση σύγκλισης, όπως είναι ο βασικός αλγόριθμος Συζυγών Κλίσεων. / Wireless systems with multiple antenna configurations has recently emerged as one of the most significant technical breaktroughs in modern communications. However, because of the extremly random nature of the wireless channels, we have to use modern equalization methods in order to defeat the signal degradation. Adaptive equalization at the receiver of the telecommunication system can be used to compete this dynamic nature of the wireless channel and track the changes of its characteristics. Furthermore, nonlinear decision feedback methods are nessesary for the cancellation of the intersymbol interference which occurs with these systems. This work involves with adaptive equalization methods at the receiver of the telecommunication system. We use the following adaptive algorithms so as to minimize the error : the Recursive Least Squares algorithm (RLS), the iterative Conjugate Gradient algorithm (CG) and the iterative Modified Conjugate Gradient algorithm (MCG). When these algorithms are used with linear methods, they give very slow converge and high final error. So, it is neccessary to use nonlinear equalization methods in order to succeed fast converge rate and deal with the increazed intersymbol interference for MIMO systems. Firstly we use the generalized decision feedback method (GDFE), and then the modern method of ordered successive cancellation method (OSIC or V-BLAST). Based on the emulations we conclude that the last method succeed the lower error, but with high computational cost. Furthermore, we can't use OSIC method with Modified Conjugate Gradient algorithm. In this work, we describe a specific implementation of the OSIC method which uses RLS algorithm with low computational complexity. So we generalize its usage with the Conjugate Gradient algorithms. Finaly, we conclude that we can't also use MCG with OSIC method with low computational complexity. In order to construct an OSIC system based on Conjugate Gradient algorithm, the algorithm must not operate on time basis, like basic Conjugate Gradient algorithm does.

Αντικείμενο αυτής της μεταπτυχιακής εργασίας είναι ο εντοπισμός της ύπαρξης μιας κυρίαρχης ευρείας ζώνης ισοτροπικής πηγής κι η εκτίμηση των συντεταγμένων θέσης αυτής, όταν αυτή βρίσκεται σ’ έναν τρισδιάστατο ή δισδιάστατο χώρο, ο οποίος εποπτεύεται και παρακολουθείται από ένα δίκτυο τυχαία διασκορπισμένων αισθητήρων. Οι κόμβοι του δικτύου μπορούν να περιέχουν ακουστικά, παλμικά κι άλλου είδους μικροηλεκτρομηχανολογικά στοιχεία αίσθησης του περιβάλλοντος. Κατά την αίσθηση ενός γεγονότος ενδιαφέροντος μπορούν να αυτοοργανωθούν σ’ ένα συγχρονισμένο ασύρματο ραδιοδίκτυο χρησιμοποιώντας χαμηλής κατανάλωσης πομποδέκτες spread spectrum, ώστε να επικοινωνούν μεταξύ τους και με τους κεντρικούς επεξεργαστές. Ο εντοπισμός της ύπαρξης μιας κυρίαρχης πηγής σ’ ένα δίκτυο αισθητήρων, με τα παραπάνω χαρακτηριστικά, επιτεύχθηκε με τη χρήση μιας τυφλής μεθόδου μορφοποίησης λοβού, γνωστή ως μέθοδος συλλογής της μέγιστης ισχύος. Η μέθοδος αυτή, η οποία υλοποιήθηκε στα πλαίσια αυτής της εργασίας, παρέχει τις εκτιμήσεις των σχετικών χρόνων καθυστέρησης άφιξης του σήματος της κυρίαρχης πηγής στους αισθητήρες του δικτύου ως προς έναν αισθητήρα αναφοράς. Κύριο αντικείμενο μελέτης αυτής της εργασίας είναι ο υπολογισμός του κυρίαρχου ιδιοδιανύσματος του δειγματοληπτημένου πίνακα αυτοσυσχέτισης. Αυτό επιτυγχάνεται στη βιβλιογραφία που μελετήθηκε είτε με χρήση της δυναμικής μεθόδου είτε με χρήση της μεθόδου ιδιοανάλυσης. Ανά στιγμιότυπο δειγμάτων απαιτείται η ανανέωση του πίνακα αυτοσυσχέτισης κι ο υπολογισμός του κυρίαρχου ιδιοδιανύσματος. Όμως, οι δύο παραπάνω μέθοδοι για τον υπολογισμό αυτό χρειάζονται αυξημένη πολυπλοκότητα μιας κι η διάσταση του πίνακα είναι αρκετά μεγάλη. Η συνεισφορά της εργασίας αυτής έγκειται στη μείωση αυτής της πολυπλοκότητας με τη χρήση μιας προσαρμοστικής μεθόδου υπολογισμού του κυρίαρχου ιδιοδιανύσματος. Τέλος, αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι και το πρόβλημα εντοπισμού και παρακολούθησης των συντεταγμένων θέσης της κυρίαρχης πηγής από τις εκτιμήσεις των σχετικών χρόνων καθυστέρησης άφιξης. / Object of this postgraduate work are the detection of presence of an isotropic wideband dominant source and the estimate of its coordinates of placement (localization), when the source is found in a three or two dimensional space, which is supervised and watched by a randomly distributed sensor network. The nodes of the network may contain acoustical, vibrational and other MEM-sensing (Micro-Electro-Mechanical) elements. Upon sensing an event of interest, they can self-organize into a synchronized wireless radio network using low-power spread-spectrum transceivers to communicate among themselves and central processors. The detection of presence of a dominant source in a sensor network, with the above characteristics, was achieved with the use of a blind beamforming method, known as the maximum power collection method. This method, which was implemented in the context of this work, provides estimates of the relative time delays of arrival (relative TDEs - Time Delay Estimations) of the dominant source’s signal to the sensors of the network referenced to a reference sensor. The main object of study of the work is the calculation of the dominant eigenvector of the sampled correlation matrix. This is achieved, in the bibliography that was studied, either by using the power method or with use of the SVD method (Singular Value Decomposition). Per snapshot of samples it is required to update the autocorrelation matrix and to calculate the dominant eigenvector. However, the above two methods for this calculation have an increased complexity because the dimension of the matrix is high enough. The contribution of this work lies in the reduction of that complexity by using an adaptive method for the dominant eigenvector calculation. Finally, this work also focuses on the problem of localization and tracking of the coordinates of placement of the dominant source from the estimates of the relative time delays of arrival.

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.

Η αυτόματη επεξεργασία εικόνων του ενδομητρίου αποτελεί ένα δύσκολο και πολυδιάστατο πρόβλημα, το οποίο έχει απασχολήσει πλήθος ερευνητών και για το οποίο έχει αναπτυχθεί μεγάλος αριθμός τεχνικών. Στην παρούσα διατριβή, παρουσιάζεται μια μεθοδολογική προσέγγιση, η οποία βασίζεται στη χρήση αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνων, για την αυτόματη εκτίμηση χαρακτηριστικών που περιγράφουν την αγγείωση και την υφή εικόνων του ενδομητρίου. Αφορμή της μελέτης αποτελεί ο ρόλος που διαπιστώνεται ότι διαδραματίζει η μεταβολή των τιμών των εν λόγω χαρακτηριστικών στην έγκαιρη διάγνωση των παθήσεων του ενδομητρίου. Στα πλαίσια της διατριβής, υλοποιήθηκε κατάλληλη μεθοδολογία για τον υπολογισμό ενός συνόλου χαρακτηριστικών τόσο για υστεροσκοπικές εικόνες, όσο και για ιστολογικές εικόνες του ενδομητρίου. Ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε στην προ – επεξεργασία των εικόνων προκειμένου να προκύψει βελτίωση της ποιότητας καθώς και ενίσχυση της αντίθεσης αυτών. Στη συνέχεια, ανιχνεύτηκαν τα σημεία που αποτελούν τους κεντρικούς άξονες των υπό εξέταση αγγείων με χρήση διαφορικού λογισμού για τις υστεροσκοπικές εικόνες και υπολογίστηκε ένα σύνολο χαρακτηριστικών μεγεθών που περιγράφουν την αγγείωση και την υφή των εικόνων τόσο για τις υστεροσκοπικές όσο και για τις ιστολογικές εικόνες. Τέλος, εφαρμόστηκαν κατάλληλοι αλγόριθμοι με σκοπό την κατηγοριοποίηση των υστεροσκοπικών και των ιστολογικών εικόνων και συγκεκριμένα τον διαχωρισμό των παθολογικών και των φυσιολογικών εικόνων του ενδομητρίου. Παράλληλα, χρησιμοποιήθηκε η ROC ανάλυση στην απεικόνιση και ανάλυση της συμπεριφοράς των εν λόγω κατηγοριοποιητών. / Automatic analysis of the endometrial images is a difficult and multidimensional problem. For this reason, the number of papers and techniques regarding this issue is numerous. In this Thesis, a methodology is presented, based on advance image processing techniques in order to automatically estimate texture and vessel’s features in endometrial images. Motivation for the Thesis is the fact that the variation of the measurements of the specific features plays significant role in the seasonable diagnosis of endometrial disorders. Throughout this Thesis, an appropriate methodology is developed in order to estimate the features for the hysteroscopical and histological images of the endometrium. An important step is the pre – processing of the images in order to enhance the image quality and the image contrast. Then, the pixels that constitute the centerlines of vessels are detected by using differential calculus for the hysteroscopical images, only. Furthermore, the texture and vessel’s features in hysteroscopical and histological images are estimated. Finally, appropriate algorithms are applied in order to classify the hysteroscopical and histological images and distinguish pathological and normal endometrial images. ROC analysis is used in order to evaluate the discrimination power of the features that were estimated.