Η έρευνα στις ασύρματες τηλεπικοινωνίες κινείται προς την κατεύθυνση της επίτευξης υψηλής κινητικότητας και ταυτόχρονα προς τη μεγιστοποίηση των δυνατοτήτων του ραδιοδιαύλου, όσον αφορά τη χωρητικότητα της γραμμής και την ταυτόχρονη εξυπηρέτηση μεγάλου αριθμού χρηστών. Στόχος είναι η υποστήριξη IMT-Advanced (4G) ταχυτήτων της τάξης των 100 Μbps στην κάτω ζεύξη και 50 Μbps στη άνω με τη μέση φασματική απόδοση να είναι 3 με 4 φορές καλύτερη από την αντίστοιχη του HSPA. Για να επιτευχθούν τόσο οι υψηλές ταχύτητες όσο και η φασματική αποδοτικότητα σε συνδυασμό με την καλή κινητικότητα, πρέπει όπως δείχνει η έρευνα σήμερα, στο φυσικό στρώμα μετάδοσης να εφαρμοστούν τεχνικές OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Πολλαπλή Πρόσβαση με Ορθογωνική Διαίρεση Συχνότητας) σε MIMO ή MISO συστήματα, όπως αντίστοιχα συμβαίνει στο WiMAX. Για αυτόν το λόγο στην παρούσα διπλωματική προτείνονται 3 αλγόριθμοι κατανομής των ραδιοπόρων για την κάτερχόμενη ζεύξη των MISO OFDMA. Οι δυο πρώτοι αλγόριθμοι σκοπεύουν τη μεγιστοποίηση του συνολικού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων των χρηστών κάτω από τους περιορισμούς στη συνολική διαθέσιμη ισχύ του σταθμού βάσης και την αναλογική δικαιοσύνη μεταξύ των ρυθμών μεταδόσεως δεδομένων των χρηστών. Ο τρίτος αλγόριθμος αντί για τον περιορισμό της αναλογικής δικαιοσύνης εφαρμόζει τον περιορισμό στον ελάχιστο ρυθμό μετάδοσης των δεδομένων κάθε χρήστη. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι βασίζονται στο σχηματισμό δέσμης ZF ενώ στο δεύτερο αλγόριθμο χρησιμοποιείται και η χωρική συσχέτιση. Παρ’όλο που και οι τρεις αλγόριθμοι είναι υποβέλτιστοι, η απώλεια σε συνολικό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων είναι λογική εφόσον πρωταρχικός σκοπός αποτελεί η εξασφάλιση της δικαιοσύνης. Και οι τρεις προτεινόμενοι αλγόριθμοι εν τέλει παρουσιάζουν ικανοποιητική πολυπλοκότητα ώστε η υλοποίηση να είναι δυνατή με χαμηλό κόστος επεξεργασίας. Μπορούν λοιπόν κάλλιστα οι αλγόριθμοι που μελετήθηκαν να χρησιμοποιηθούν στα σύγχρονα ασύρματα συστήματα όπως το πρότυπο WiMAX. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι εξομοιώθηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό MATLAB®. Πιο συγκεκριμένα το κεφάλαιο ένα αποτελεί την εισαγωγή της διπλωματικής εργασίας. Αναφέρεται στο σκοπό της όσο και στις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν για την επίτευξή του. Στο κεφάλαιο δύο γίνεται αναφορά στα ασύρματα συστήματα πολλαπλής πρόσβασης, τα οποία διαχωρίζονται σε σταθερά και κινητά συστήματα επικοινωνιών. Περιγράφονται συστήματα όπως τa 3G και Wi-Fi ενώ στη συνέχεια γίνεται ιστορική αναφορά στην εξέλιξη του WiMAX και μια μικρή παρουσίασή του. Τέλος, γίνεται μια μικρή αναφορά στον ασύρματο ευρυζωνικό δίαυλο. Στο κεφάλαιο τρία παρουσιάζονται θεωρητικά στοιχεία για τα OFDM και OFDMA και παρουσιάζονται οι μαθηματικές εκφράσεις του προβλήματος διαχείρισης των ραδιοπόρων σε αυτά. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στους αλγόριθμους διαχείρισης ραδιοπόρων και μια εισαγωγή στο μαθηματικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε. Το κεφάλαιο τέσσερα περιέχει εκτενή αναφορά στα ασύρματα κανάλια και ιδιαίτερα στα MIMO και στη χωρητικότητά τους. Το κεφάλαιο πέντε περιλαμβάνει τους αλγόριθμους που προτάθηκαν και μελετήθηκαν και ολοκληρώνεται με τα συμπεράσματα από τη διαδικασία εξομοίωσης. Στο κεφάλαιο έξι περιλαμβάνονται τα επιμέρους συμπεράσματα που έχουν εξαχθεί από κάθε κεφάλαιο. / Present research in wireless telecommunications is targeted on achieving high mobility and maximizing the potentials of the radio bus in the same time, concerning line’s capacity and simultaneusly serving a major number of users. The aim is supporting IMT-Advanced (4G) speeds; 100 Μbps download and 50 Μbps upload, with an average spectrum performance three to four times better than HSPA’s. In order to achieve such high speeds, as well as spectrum efficiency, in combination with a fair mobility, it is almost essential as shown in present global research, to apply OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) technics in the physical layer of MIMO or MISO systems, as applied in WiMAX. Thus, in this dissertation, three algorithms for the radio resource allocation problem of the downlink of MISO-OFDMA are proposed. The first two algorithms are aiming at maximizing the sum user’s data rate under restrictions in total available base station’s power and proportional fairness data rate constraints among users. The third algorithm applies constraints of the minimum data rate of each user instead of proportional rate constraints. The proposed algorithms are based on forming a ZF beam, while in the second algorithm space correlation is used. Although all three algorithms are suboptimal, the loss in total data rate is reasonable, since the primary target is maintaining fair justice among users. All three proposed algorithms have fairly low complexity so they could be applied easily with low calculation cost. Therefore, the investigated algorithms could be applied in modern wireless systems such as WiMAX. These algorithms are assessed by simulation using MATLAB® software. Specifically, chapter one includes the introduction of this dissertation. It is referred to its purpose as well as to the methods applied in. In chapter two there is a brief description in modern wireless telecommunication systems. Systems like 3G and Wi-Fi are presented along with a brief history of WiMAX and its characteristics. In the end of this chapter problems concerning wireless broadband bus are presented. In chapter three theoretical elements on OFDM and OFDMA are analysed along with the mathematical expression of the radio resource allocation problem in OFDMA. Moreover an introduction of a mathematical model is included. Chapter four focuses on detail on the mathematical description of the MIMO-MISO line capacity. In chapter five the three proposed algorithms on the downlink of MISO - OFDMA are presented. It concludes with the simulation results accompanied with some comments and conclusions. In chapter six all the conclusions of this dissertation, chapter by chapter are included in brief.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη Υποσταθμού ΜΤ – ΧΤ. Αναλύονται τα μέσα που χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση ενός ιδιωτικού Υ/Σ ΜΤ, ενώ μελετάται εκτενέστερα η διαδικασία επιλογής των μέσων εκείνων που είναι αναγκαία για την ηλεκτροδότηση ενός Μηχανουργείου, το οποίο αποτελείται από φορτία κίνησης και φωτισμού. Η εργασία χωρίζεται από δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος, που είναι η εισαγωγή, παρατίθενται τα απαραίτητα θεωρητικά στοιχεία για την μελέτη και την σχεδίαση ενός Υ/Σ. Συγκεκριμένα, αναλύονται τα μέσα ζεύξης – απόζευξης και προστασίας ΜΤ καθώς και ο εξοπλισμός για το δίκτυο ΜΤ. Παρουσιάζονται οι τύποι παροχής των ιδιωτικών Υ/Σ, τα κατάλληλα είδη γείωσης για προστασία των ατόμων που εργάζονται σε αυτούς ή βρίσκονται κοντά, από επικίνδυνες τάσεις επαφής και βηματικές τάσεις, όπως επίσης και η απαραίτητη προστασία του Υ/Σ έναντι υπερτάσεων. Στην συνέχεια, επισημαίνονται τα χαρακτηριστικά στοιχεία, καθώς και οι τρόποι επιλογής και προστασίας των Μ/Σ ισχύος, οι οποίοι έχουν τον ρόλο του μετασχηματισμού της τάσης από ΜΤ σε ΧΤ. Γίνεται μια αναφορά στα καλώδια ΜΤ και ΧΤ και αναλύονται τα μέσα ζεύξης – απόζευξης και προστασίας ΧΤ. Επιπλέον περιγράφονται οι ηλεκτρικοί πίνακες μέσα στους οποίους τοποθετούνται τα μέσα ζεύξης και προστασίας. Επισημαίνεται η αναγκαιότητα της αντιστάθμισης αέργου ισχύος και γίνεται μια αναφορά στα συστήματα πυροπροστασίας και στην επιβεβλημένη συντήρηση του Υ/Σ. Τέλος παρουσιάζονται τα απαραίτητα εκείνα στοιχεία για τον υπολογισμό των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων ισχυρών ρευμάτων των βιομηχανικών χώρων, οι οποίοι αποτελούνται από εγκαταστάσεις κίνησης και φωτισμού. Στο δεύτερο μέρος, πραγματοποιείται μια μελέτη εγκατάστασης κίνησης και φωτισμού ενός Μηχανουργείου καθώς επίσης και η μελέτη επιλογής των μέσων υλοποίησης του ιδιωτικού Υ/Σ ΜΤ – ΧΤ παροχής τύπου Α1 που θα το τροφοδοτήσει. Ακολουθούν τρία σχέδια, της χωροθέτησης των μηχανών παραγωγής έργου του Μηχανουργείου, της κάτοψης του κτιρίου του Υ/Σ ΜΤ και το μονογραμμικό του διάγραμμα στο οποίο φαίνονται όλα τα απαραίτητα στοιχεία για την κατασκευή των ηλεκτρικών πινάκων και την σχεδίαση της ηλεκτρολογικής εγκατάστασης. / Intention of the present diplomatic essay is the study of a Middle/Low Voltage’s Substation. The means used for the implementation of a private Middle Voltage’s Substation are being analyzed, whereas there is a further study of the procedure used to choose the specific means that are necessary for the power supply of a machine shop, which is consisted of movement and lighting loads. This essay is divided into two parts. In the first part, which is the introduction, all the essential theoretical information for calculating and designing a Substation is given. More specific, there is an analysis of the means of connection-disconnection and Middle Voltage protection structures, as well as the equipment for The M/V network. There is a presentation of the types of supplying private Substations and the proper grounding methods which protect people who work at them or stand close to them from dangerous types of voltages. Also the necessary protection of the Substation from overvoltage is mentioned. The technical characteristics, and the ways to select and to protect the Transformers, whose role is to transform the Middle Voltage to Low Voltage are presented next. There is a reference to the M/L Voltage cables and to the means of connection-disconnection and Low Voltage protection structures. Furthermore there is a description of the electrical boards, in which the means of connection and protection are placed. The necessity for counterbalancing the reactive power is highlighted and also the fire protection systems and the obligatory maintenance of the Substation are referred. Concluding the first part there is a presentation of the information needed to estimate electrical installations of industrial buildings, which are composed of motion and lighting installations. In the second part, there is an installation study for motion and lighting of a machine shop as well as a case study of the different structures available for setting up a private Substation M/L Voltage type A1 that will provide electrical power. Then there are three drawings. The first is about placing the different types of product machines of the machine shop, the ground plan of the M/V Substation’s building and the monoline diagram, in which all the essential information for constructing the electrical board and designing the electrical installation are showed.

Η παρούσα εργασία περιλαμβάνει την μελέτη και τον χαρακτηρισμό του καναλιού ενός δορυφορικού καναλιού καθώς και την επίγεια διάδοση Αρχικά γίνεται μια εισαγωγή στα ασύρματα συστήματα τηλεπικοινωνιών . Ειδικά παρουσιάζεται το δορυφορικό σύστημα και αναλύονται τα μέρη αυτού. Γίνεται παρουσίαση των δορυφορικών ζεύξεων και μελετάται το περιβάλλον μέσα στο οποίο λαμβάνει χώρα μια σύνδεση. Αρχικά αναλύονται οι μέθοδοι διάδοσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και οι διάφορες εξασθενήσεις που υφίσταται το σήμα λόγω φαινομένων της ατμόσφαιρας καθώς και άλλων επιδράσεων. Γίνεται έπειτα μια εκτενής αναφορά στις διαλείψεις και στην ταξινόμησή τους. Στη συνέχεια γίνεται μια κατηγοριοποίηση των διαλείψεων αυτών με βάση τα χαρακτηριστικά τους. Ακολουθεί η στατιστική αναπαράσταση των καναλιών με διαλείψεις χρησιμοποιώντας τις βασικότερες κατανομές που συναντώνται στα τηλεπικοινωνιακά συστήματα. / This work includes the study and channel characterization for a satellite signal and also its terrestrial propagation. First we introduce the wireless telecommunications systems. We focus on the satellite system and its components are analyzed. A presentation of the satellite links follows and the propagation environment is studied. We analyze the propagation methods of electromagnetic radiation and the various losses that the signal endures due to atmospheric phenomena and other effects. There is then a reference to the fading channel and and its analysis. Then there is categorization of the fading according to its characteristics. The statistical representation of the fading channel follows, with the use of the key distributions found in telecommunication systems. Lastly, the satellite transmission is simulated for various orbit heights and conditions

Η παρούσα διπλωματική εργασία έγινε στα πλαίσια του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών Ηλεκτρονικής και Υπολογιστών, στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών. Αντικείμενό της αποτελεί η μελέτη του φυσικού επιπέδου συστημάτων κινητής τηλεφωνίας τρίτης γενιάς και η εξομοίωση χαρακτηριστικού καναλιού του φυσικού επιπέδου σύμφωνα με την παγκόσμια προτυποποίηση 3GPP. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται ιστορική ανασκόπηση των συστημάτων προηγούμενων γενεών. Αναφέρονται βασικά προβλήματα που πρέπει να αντιμετωπίσει ένα τηλεπικοινωνιακό σύστημα καθώς και η βασική δομή των κυψελοειδών συστημάτων. Γίνεται εισαγωγή στα συστήματα τρίτης γενιάς ως προς τις απαιτήσεις, τις υπηρεσίες που προσφέρουν, την προτυποποίηση και την αρχιτεκτονική τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο μελετώνται οι τρόποι πολλαπλής πρόσβασης με ιδιαίτερη έμφαση στην προσπέλαση με διαίρεση κωδικών. Αναλύονται τα συστήματα διάχυσης φάσματος. Γίνεται εκτενής αναφορά και υλοποίηση προγραμμάτων για τις ψευδοτυχαίες ακολουθίες και τις ακολουθίες Gold. Στο τρίτο κεφάλαιο μελετάται η δομή δικτύων επικοινωνίας κατά το μοντέλο OSI. Αναφέρονται τα επίπεδα των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων με διεξοδική μελέτη του φυσικού επιπέδου και στις διεπαφές που χρησιμοποιεί για επικοινωνία καθώς και στις υπηρεσίες που προσφέρει. Αναλύεται η δομή όλων των φυσικών καναλιών και εξομοιώνεται η διαδικασία ενθυλάκωσης του καναλιού PRACH. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύονται οι κώδικες διάχυσης των φυσικών καναλιών ανερχόμενης ζεύξης καθώς και η διαδικασία διάχυσης τους. Δημιουργούνται προγράμματα που παράγουν αυτούς τους κώδικες και γίνεται εξομοίωση της διάχυσης και της αποδιάχυσης του PRACH καναλιού. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναφέρεται η διαδικασία κωδικοποίησης πηγής και μελετάται η PSK διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση που χρησιμοποιούν τα συστήματα τρίτης γενιάς. Υλοποιούνται προγράμματα που εξομοιώνουν τη συνολική διαδικασία σε ενθόρυβο κανάλι AWGN μελετώντας την επίδραση του θορύβου σε μεταδιδόμενο σήμα. Όλες οι εξομοιώσεις υλοποιήθηκαν με το πρόγραμμα Matlab 7.1. / This master thesis is a part of the post-graduate course of the Physics department of the University of Patras, on Electronics and Computers. Its main objective is the study of the physical layer of 3rd generation telecommunication systems and the simulation of a particular channel, in accordance to 3GPP specifications. In the first chapter we review telecommunication systems of previous generations. We also refer to major problems that need to be dealt with and also the basic structure of cellular networks. 3rd generation telecommunication systems, their requirements, offered services, standardisation and architecture are all introduced. In the second chapter we study multiple access methods, emphasising CDMA methods. Moreover, spread spectrum systems are analysed. Finally we refer to pseudorandom and Gold sequences. Programs are created which generate these sequences. In the third chapter we look into the structure of communication networks according to the OSI model. The layers of telecommunication systems are mentioned, laying emphasis on the physical layer, the interfaces used for communication as well as the offered services. We report all physical channels and we simulate the encapsulation of the PRACH channel. In the fourth chapter we analyse the spreading and scrambling codes referring to the uplink channels. Next we point out the code allocation process. Programs are created which generate these spreading and scrambling codes and we finally simulate the spreading and de-spreading process of the PRACH channel. In the fifth chapter we outline the source coding process using PCM, and we study PSK modulation and demodulation which are used by 3rd generation telecommunication systems. We create programs that simulate the whole procedure in a noisy channel, and we study the effect of AWGN. The programs were created and the simulations were run using Matlab version 7.1.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναζητείται ένας αυτόματος τρόπος ελέγχου, του επιπέδου της εκπεμπόμενης ισχύος προς το εσωτερικό του ανθρωπίνου σώματος. Εκεί μέσα βρίσκεται κάποιο ενεργό ιατροτεχνολογικό εμφύτευμα. Αυτό το εμφύτευμα στην περίπτωση της εργασίας αυτής, ήταν μία κάψουλα που καταγράφει με φωτογραφίες το γαστρεντερικό σύστημα καθώς οι περισταλτικές κινήσεις του εντέρου προωθούν την κάψουλα προς την έξοδο. Οι φωτογραφίες μεταδίδονται προς καταγραφικό που βρίσκεται έξω από το σώμα με ασύρματο τρόπο. Όπως καταλαβαίνουμε η κάψουλα αυτή αλλά και οποιοδήποτε άλλο ενεργό ιατροτεχνολογικό εμφύτευμα έχει ενεργειακές ανάγκες για την απρόσκοπτη λειτουργία του. Αυτές οι ανάγκες καλύπτονται με ασύρματη μετάδοση ενέργειας. Οι καινοτομίες που υπάρχουν σ’ αυτήν την εργασία είναι οι εξής: 1. Όσον αφορά το εξωτερικό τροφοδοτικό χρησιμοποιήθηκε ένας αντιστροφέας συντονισμού κλάσης D 2. Το πιο καινοτόμο στοιχείο είναι η δημιουργία κλειστού βρόχου ελέγχου μεταξύ του εξωτερικού τροφοδοτικού και του εμφυτεύματος ώστε αυτό να λαμβάνει την ποσότητα της ενέργειας που χρειάζεται κάθε στιγμή. 3. Επίσης σημαντικό είναι ότι η μετάδοση πληροφορίας από το εμφύτευμα προς τα έξω δεν γίνεται με μία ξεχωριστή συχνότητα αλλά χρησιμοποιώντας αρχές παθητικής τηλεμετρίας. Η εργασία αυτή πέρα από την θεωρητική προσέγγιση υλοποιήθηκε και πρακτικά σε εργαστήρια του πανεπιστημίου KUL (ESAT MICAS) στο Βέλγιο. Ο Βρόγχος ελέγχου λειτούργησε και πολλά συμπεράσματα εξάχθηκαν για περεταίρω βελτιώσεις. Η δομή του παρόντος πονήματος είναι ως εξής: Μετά την αρχική εισαγωγή το δεύτερο κεφάλαιο μας δίνει ένα θεωρητικό υπόβαθρο για την ασύρματη μετάδοση ενέργειας. Στη συνέχεια τα διάφορα μέρη των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων που αναπτύχθηκαν αναλύονται διεξοδικά στα επόμενα κεφάλαια. Τέλος καταγράφονται τα συμπεράσματα και προτείνονται πιθανές βελτιώσεις για το μέλλον. / In this diploma thesis a way to have an automated control of the transmitted power level into the human body is sought. Inside the body there is an active medical implant. This implant in the case of this project is a swallowable capsule-camera that captures images along the GI tract as the peristaltic propulusion of the bowel push the capsule towards the exit. The photos are transmitted wirelessly to a special recording device that is located out of the body. It is obvious that not only this capsule but any other active medical implant needs energy to operate uninterrupted. This necessary energy is given through inductive power transmission. Innovations in this project are these: 1. The power supply outside the body is realized with Class-D resonant inverter topology. 2. The most innovative is the effectuation of closed control loop between the outer power supply and the implant in order to be received from the implant the exact amount of power that is needed every instant. 3. Also significant is that the transmission of data from the implant to the controlled power supply is not be done with a different carrier but using passive telemetry principles. Beyond the theoretic approximation that was made for this project, it was also realized in KUL university laboratories (ESAT MICAS) in Belgium. The closed control loop functioned properly and conclusions for further development are inferred. The structure of this diploma thesis is as follows: After the starting introduction the theoretic background for wireless inductive power transmission is given in chapter 2. Following, the different parts of the electronic circuits that were developed are analyzed comprehensively in next chapters. Finally conclusions are registered and future improvements are proposed.