Οι τεχνολογίες πολλαπλής αφής παρουσιάζουν μεγάλο ερευνητικό και τεχνολογικό ενδιαφέρον στον τομέα της αλληλεπίδρασης ανθρώπου-υπολογιστή από τις προηγούμενες κιόλας δεκαετίες. Το κόστος όμως τέτοιων συστημάτων καθιστούσε απαγορευτική τη χρήση τους εκτός έξω από το χώρο ερευνητικών εργαστηρίων. Οι εξελίξεις στον τομέα αυτό είναι ραγδαίες με αποτέλεσμα πλέον τα συστήματα αυτά να καθίστανται προσιτά και ιδιαίτερα ελκυστικά, προσφέροντας έτσι τη δυνατότητα ευρύτερης αποδοχής τους. Η διπλωματική αυτή εργασία, που εκπονήθηκε στο Εργαστήριο της Ερευνητικής Ομάδας Αλληλεπίδρασης Ανθρώπου Υπολογιστή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών, υπό την επίβλεψη του Καθ. Νικόλαου Αβούρη, περιγράφει σε πρώτο στάδιο τη μελέτη και αξιολόγηση των τεχνολογιών αφής και ιδιαίτερα των οπτικών καθώς αυτές επιτρέπουν την κατασκευή συστημάτων μεγάλων διαστάσεων. Έπειτα από επιλογή της καταλληλότερης τεχνολογίας με βάση τις προαπαιτούμενες προδιαγραφές παρουσιάζεται η κατασκευή ενός λειτουργικού συστήματος πολλαπλής αφής με χρήση της τεχνικής ‘Diffused Illumination’. Η αναγνώριση των σημείων αφής επετεύχθη με χρήση του προγράμματος ανοιχτού λογισμικού CommunityCoreVision (CCV). Στόχος της κατασκευής είναι η αξιολόγηση του ίδιου του συστήματος καθώς και η έρευνα και η αξιολόγηση νέων τρόπων αλληλεπίδρασης με το σύστημα αυτό. Η αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε μέσω πειραματικής διαδικασίας που κατέδειξε την αποτελεσματικότητα του συστήματος στη διαχείριση αντικειμένων σε σχέση με έναν επιτραπέζιο υπολογιστή. Η εφαρμογή του πειράματος αναπτύχθηκε με τη γλώσσα Python και το Kivy. Η διαδικασία αυτή οδήγησε στην απόκτηση πρακτικών και θεωρητικών γνώσεων σε μεγάλο μέρος του γνωστικού φάσματος του τομέα της κατασκευής ολοκληρωμένων συστημάτων. / When interacting with a regular desktop computer, indirect devices such as a mouse or keyboard are used to control the computer. Results of the interaction are displayed on a monitor. Current operating systems are restricted to one pointing device. With the introduction of multi-touch, a new form of human computer interaction is introduced. Multi-touch combines display technology with sensors which are capable of tracking multiple points of input. The idea is that this would allow users to interact with the computer in a natural way. Furthermore, unlike interaction on a desktop computer, multi-touch allows multiple users to interact with the same devices at the same time. Due to recent innovations multi-touch technology has become affordable. For this project an optical based multi-touch device has been designed and constructed at the Human Computer Interaction group of the Electrical and Computer Engineering department of the University of Patras. To perform multi-touch point tracking we used CommunityCoreVision (CCV), a free open source multi-touch framework. To demonstrate the possibilities of multi-touch input technology the system was tested with existing applications, which are controlled by gestures. Multi-touch systems are often stand-alone systems that do not have external input devices attached, however, such devices can be used to support difficult task such as writing. In order to simplify common tasks, a gesture recognition engine has been evaluated along with a multi-touch mouse driver compatible with Windows 7 that supports TUIO messages. Through an experiment designed with the Python based Kivy framework, we evaluate how multi-touch input performs on a specific object manipulation task compared to conventional mouse input.

Ο βήχας είναι ένα κοινό σύμπτωμα σε πολλές ασθένειες του αναπνευστικού συστήματος. Αν και λειτουργεί ως προστατευτικός μηχανισμός απομάκρυνσης εκκρίσεων από την αναπνευστική οδό, η αυξημένη συχνότητα και έντασή του μπορεί να έχουν επίδραση στην ποιότητα ζωής του ασθενούς. Είναι το βασικότερο σύμπτωμα για το οποίο κάποιος επισκέπτεται τον γιατρό. Η σωστή εκτίμησή του είναι απαραίτητη τόσο για τον προσδιορισμό της αποτελεσματικότητας της θεραπείας αλλά και για την δοκιμή νέων θεραπειών και τη μελέτη των μηχανισμών του. Μέχρι στιγμής η διάγνωσή του βασίζεται σε υποκειμενικές καταγραφές, απλώς ζητώντας από τον ασθενή την εκτίμησή του για την ένταση, τη διάρκεια και τη συχνότητά του. Ένα σύστημα αυτόματης ανίχνευσης του σήματος του βήχα θα επέτρεπε την επικύρωση της παρουσίας και της συχνότητας του βήχα καθώς και την αποτελεσματικότητα της αγωγής. Τα συστήματα καταγραφής του βήχα δεν είναι καινούρια διαδικασία. Η πρώτη καταγραφή έγινε τη δεκαετία του '60 σε νοσηλευόμενους ασθενείς με τη χρήση μαγνητοφώνων και με χειροκίνητη καταγραφή των γεγονότων του βήχα. Στη συνέχεια με την εξέλιξη της τεχνολογίας κατασκευάστηκαν φορητές συσκευές που βασίστηκαν στην ταυτόχρονη καταγραφή ήχου και ηλεκτρομυογραφήματος (EMG σήματα, ανίχνευση κίνησης του θώρακα) για να ανιχνευθούν τα γεγονότα του βήχα όπου ακόμα τα σήματα έπρεπε να καταγραφούν και να μετρηθούν χειροκίνητα. Με τις παραπέρα ανακαλύψεις στις τεχνικές ψηφιακής καταγραφής, συμπίεσης και αποθήκευσης η διαδικασία αναγνώρισης και καταγραφής του βήχα μπορεί να αυτοματοποιηθεί με τη χρήση κατάλληλων αλγορίθμων. Στην εργασία αυτή κατασκευάζεται ένα ενσωματωμένο σύστημα καταγραφής, αποθήκευσης και επεξεργασίας του σήματος του βήχα. Για την επεξεργασία του αναπτύσσεται μια βασική μέθοδος βασισμένη την ενέργειά του. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται αναφορά στα χαρακτηριστικά του ηχητικού σήματος και παρατίθενται τα βασικά στάδια της ανάλυσής του. Στο δεύτερο, δίνεται ο ορισμός του βήχα, οι αιτίες που τον προκαλούν και η φυσιολογία του. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται μέθοδοι για την ανίχνευσή του. Στο τρίτο κεφάλαιο, αναφέρονται οι βασικές έννοιες των μικροελεγκτών και παρατίθενται τα βασικά χαρακτηριστικά του μικροεπεξεργαστή ARM7TDMI, του μικροελεγκτή ADuC 7026 και της αναπτυξιακής πλατφόρμας μVision της Keil που χρησιμοποιήσαμε για την ανάπτυξη της εφαρμογής μας. Στο τελευταίο κεφάλαιο, παρουσιάζονται κάποιες λειτουργίες προγραμματισμού και δυνατότητες του μικροελεγκτή που χρησιμοποιούνται στην παρούσα εργασία. Στη συνέχεια αναπτύσσεται η εφαρμογή για την ανίχνευση του σήματος του βήχα. Στα παραρτήματα, παρατίθενται παραδείγματα για τον βασικό προγραμματισμό του ADuC 7026 και των περιφερειακών του. / Cough is a common symptom in many diseases of the respiratory system. Although cough protects humans by removing secretions through respiratory track, its increased frequency and intensity may impact on patient’s quality of life. Besides, cough is the main symptom that makes people to visit doctor. Doctor’s accurate assessment is necessary for determining treatment according to each patient as well as the testing of new treatments and the comprehensive study of cough. So far, the diagnosis of cough is based on subjective factors such as patient’s assessment of its intensity, duration and frequency. An automatic detection system of the cough signal would allow to determine about the presence and frequency of cough and an effective treatment. The attempt to record cough is not a new process. The first recording to patients was made in 60’s by the use of tape recorders and by manually recording the symptoms of cough. As technology has evolved, portable device was created that was based on simultaneous recording of sound and electromyography (EMG signals, detection of the movement of chest) in order to detect the symptoms of cough. In that case, the recording was also made manually. With the evolution of digital recording, compression and storage, the recognition and recording of cough can be automated by using the appropriate algorithms. In that study, an embedded system is made in order to record, store and process the signal of cough. A basic method based on energy is developed for the process. In the fisrt chapter, the characteristics of sound signal and the key stages of the analysis are presented. In the second chapter, cough is defined, its causes and the clinical symptoms of cough are analyzed. Then, methods for its detection are specified. In the third chapter, the basic concepts of microcontrollers are given as well as the main characteristics of microprocessor ARM7TDMI and of microcontroller ADuC 7026 are presented and the platform μVision of Keil that we used for the development of the application is analyzed. In the final chapter, some programming functions and properties of microcontroller are presented and are used for the current study. Then, the application of detection of cough signal is developed. In annex, examples for the basic programming of ADuC 7026 and its peripherals are given.

Αντικείμενο της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η σχεδίαση ενός ενισχυτή χαμηλής τάσης τροφοδοσίας για την ανίχνευση καρδιακών σημάτων σε βηματοδότες. Οι επιταγές της σύγχρονης τεχνολογίας για τα ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι η χαμηλή κατανάλωση ισχύος, η χρήση χαμηλής τάσης τροφοδοσίας, η μείωση του κόστους παραγωγής, οι όλο και μικρότερες διαστάσεις των transistors και ταυτόχρονα υψηλές επιδόσεις. Η χρήση όμως της χαμηλής τάσης τροφοδοσίας αποτελεί πρόκληση από σχεδιαστικής άποψης, για την ταυτόχρονη μείωση της κατανάλωσης ισχύος χωρίς να υποβαθμίζεται η ποιότητα του σήματος. Αυτό το πρόβλημα λύνουν μέθοδοι όπως η σχεδίαση στο πεδίο του λογαρίθμου. Τα συστήματα στο πεδίο του λογαρίθμου (Log-Domain systems) αποτελούν υποκατηγορία των συστημάτων συμπίεσης – αποσυμπίεσης (companding systems) και ανήκουν στα ELIN (Externally Linear Internaly Non-linear) συστήματα. Τα πλεονεκτήματα των συστημάτων στο πεδίο του λογαρίθμου είναι η μεγάλη δυναμική περιοχή (Dynamic Range), η δυνατότητα επεξεργασίας μεγάλων σημάτων (large signal), καθώς και η λειτουργία σε περιβάλλον χαμηλής τροφοδοσίας. Υλοποιώντας φίλτρα στο πεδίο του λογαρίθμου προσφέρονται ελκυστικά χαρακτηριστικά όπως η ηλεκτρονική ρύθμιση της συχνότητας αποκοπής ή κεντρικής συχνότητας (electronic tuning) και η σχεδίαση χωρίς παθητικές αντιστάσεις (resistorless realization). Η καρδιά είναι ένα περίπλοκο σύστημα το οποίο φροντίζει για την κυκλοφορία του αίματος στο σώμα. Το έναυσμα για την εκκίνηση κάθε καρδιακού κύκλου προέρχεται από ένα ηλεκτρικό σήμα το οποίο ξεκινάει από το φλεβοκόμβο και διαδίδεται στο υπόλοιπο μυοκάρδιο, για να ξεκινήσει ένας νέος καρδιακός κύκλος. Σε ορισμένες περιπτώσεις η καρδιά δεν λειτουργεί σωστά και το ρόλο του φλεβοκόμβου έρχεται να καλύψει το ηλεκτρονικό σύστημα του βηματοδότη, το οποίο ανιχνεύει το καρδιακό σήμα και όταν κριθεί απαραίτητο εφαρμόζει την κατάλληλη θεραπεία με ηλεκτρικές ώσεις. Για την βελτίωση της ποιότητας ζωής ασθενών με καρδιακά προβλήματα ένας βηματοδότης πρέπει να έχει όσο δυνατόν μικρότερο μέγεθος και μεγαλύτερη αυτονομία. Η πρόοδος της τεχνολογίας αποζητά τη σχεδίαση ενός συστήματος ενισχυτή για την ανίχνευση καρδιακών σημάτων πλέον ικανό να ανταπεξέλθει στη χαμηλή τάση τροφοδοσίας και να έχει μεγάλη αυτονομία λειτουργίας για την εισαγωγή του π.χ. σε ένα βηματοδότη. Το σύστημα που προτείνεται σε αυτή τη Διπλωματική Εργασία έχει ως σκοπό να εκπληρώσει τις ανάγκες αυτές χρησιμοποιώντας κυκλώματα τα οποία μπορούν να λειτουργήσουν σε χαμηλή τάση τροφοδοσίας και ταυτόχρονα να μειώνουν την κατανάλωση ισχύος. Η υλοποίηση των κυκλωμάτων μόνο με CMOS transistors στην περιοχή υποκατωφλίου, εκτός του γεγονότος ότι μειώνει το κόστος παραγωγής καθώς δεν χρησιμοποιούνται BJT transistors, προσφέρει λόγω της τεχνικής σχεδίασης στο πεδίο του λογαρίθμου και μεγάλη δυναμική περιοχή. Για την τεχνολογία 0.35μm της AMS επιτυγχάνεται λειτουργία σε περιβάλλον με 0.5V τάση τροφοδοσίας και κατανάλωση ισχύος της τάξης των 2.92nW. Ο ενισχυτής για την ανίχνευση καρδιακών σημάτων που προτείνεται, περιλαμβάνει ένα ζωνοπερατό φίλτρο σχεδιασμένο στο πεδίο του λογαρίθμου και τα κυκλώματα απόλυτης τιμής, μετατροπής της ενεργής τιμής σήματος σε σταθερό ρεύμα και συγκριτή ρεύματος. / This M.Sc Thesis deals with the design of a low voltage cardiac sense amplifier for pacemakers. The demands of modern technology for integrated circuits are low power consumption, ultra low power supply voltage, reduction of the production cost and high performance. Due to the fact that the use of low power supply voltage is a design challenge, the employment of the Log-Domain filter technique is an attractive solution for realizing high-performance analog processing systems. Log-Domain systems are a sub-category of compading (compressing/expanding) systems and belong to ELIN (Externally Linear Internaly Non-linear) systems. The advantages of Log-Domain systems are large dynamic range, handling of signals with relatively large amplitude, realization in a low-voltage environment, electronic tuning of their frequency characteristics and resistorless realizations. The heart is a complex system that takes care of blood circulation for the whole body. The trigger to commence the cardiac cycle is an electric signal which starts from the sinus node and expands to the rest of the myocardium in order for a new cardiac cycle to set off. In some cases, the heart does not function properly and the role of the sinus node is taken by a pacemaker, who senses the cardiac signal and when it is judged, it cures the problem with an electric pulse. In order to improve the patient’s quality of life a pacemaker has to be small in size and a prolonged battery life. Technological evolution and market demands have led to a demand for a design of a cardiac sense amplifier capable of coping with low power supply voltage and long battery life. The proposed system of this M.Sc thesis is meant to fulfill these needs by using circuits capable of functioning in a low power supply voltage environment as well as reducing power consumption. Implementing those circuits solely with CMOS transistors in the sub -threshold region, not only does it reduce the production cost since no BJT transistors are used but also it offers a large dynamic range due to the design of the circuits. For the AMS 0.35μ CMOS process of by the system functions for a power supply voltage of 0.5V while it dissipates 2.92nW. The proposed cardiac sense amplifier consists of a bandpass Log-Domain filter and circuits like an absolute value circuit, an rms-dc current converter circuit and a current comparator, which were carefully designed in order to follow the demands of modern technology and achieve the goal of low power dissipation.

Τα αυτοκινητιστικά δυστυχήματα αποτελούν μια από τις κυριότερες αιτίες θανάτου παγκοσμίως. Ο αυξανόμενος αριθμός τους οδήγησε στην συνειδητοποίηση ότι η χρήση προηγμένης τεχνολογίας για την κατασκευή ασφαλέστερων οχημάτων είναι απαραίτητη για την μείωση των ατυχημάτων και κατά συνέπεια των θανάτων που οφείλονται σε αυτά. Από τη στιγμή που οι τεχνολογικές εξελίξεις επέτρεψαν την ενσωμάτωση φθηνών, χαμηλής κατανάλωσης συστημάτων με μεγάλη επεξεργαστική ταχύτητα σε οχήματα, κατέστη προφανές ότι περίπλοκες τεχνικές υπολογιστικής όρασης μπορούσαν πλέον να χρησιμοποιηθούν για την υποβοήθηση της οδήγησης. Σε αυτή την κατεύθυνση, η παρούσα διατριβή εστιάζει στην ανάπτυξη καινοτόμων λύσεων για διαφορετικά κομμάτια που εμπλέκονται στα προηγμένα συστήματα υποβοήθησης του οδηγού. Πιο συγκεκριμένα, σε αυτή την διατριβή προτείνονται καινοτόμα υποσυστήματα για την αναγνώριση σημάτων οδικής κυκλοφορίας, την αναγνώριση φωτεινών σηματοδοτών, τον εντοπισμό προπορευόμενου οχήματος και τον εντοπισμό δρόμου. Οι τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη των προτεινόμενων λύσεων βασίζονται στην χρωματική επεξεργασία εικόνας με έμφαση στην ανεξαρτησία από την φωτεινότητα της σκηνής, στην χρήση πληροφορίας συμμετρίας για τον εντοπισμό χαρακτηριστικών αντικειμένων (όπως σήματα οδικής κυκλοφορίας, φωτεινοί σηματοδότες και οχήματα), στην χώρο-χρονική παρακολούθηση των εντοπισμένων αντικειμένων και στην αυτόματη κατάτμηση εικόνας για τον εντοπισμό δρόμου. Τα προτεινόμενα συστήματα αναπτύχθηκαν με στόχο την ανθεκτικότητα σε αλλαγές της φωτεινότητας ή τις καιρικές συνθήκες, καθώς και στην οδήγηση σε απαιτητικά περιβάλλοντα. Επίσης, έχει δοθεί ιδιαίτερη έμφαση στην προοπτική υλοποίησης συστημάτων πραγματικού χρόνου. Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται σε αυτή την διατριβή αποδεικνύουν την ανωτερότητα των προτεινόμενων μεθόδων έναντι αντίστοιχων της σχετικής βιβλιογραφίας, ειδικά στις περιπτώσεις του εντοπισμού προπορευόμενου οχήματος και του εντοπισμού δρόμου. Ελπίζουμε ότι μέρη της έρευνας αυτής θα εμπνεύσουν νέες προσεγγίσεις για τις μελλοντικές υλοποιήσεις αντίστοιχων συστημάτων. / Traffic accidents are one of the main reasons for the loss of human lives worldwide. Their increasing number has led to the realization that the use of advanced technology for manufacturing safer vehicles is imperative for limiting casualties. Since technological breakthroughs allowed the incorporation of cheap, low consumption systems with high processing speeds in vehicles, it became apparent that complex computer vision techniques could be used to assist drivers in navigating their vehicles. In this direction, this thesis focuses on providing novel solutions for different tasks involved in advanced driver assistance systems. More specifically, this thesis proposes novel sub-systems for traffic sign recognition, traffic light recognition, preceding vehicle detection and road detection. The techniques used for developing the proposed solutions are based on color image processing with a focus on illumination invariance, using symmetry information for man-made objects (like traffic signs, traffic lights and vehicles) detection, spatiotemporal tracking of detected results and automated image segmentation for road detection. The proposed systems were implemented with a goal of robustness to changes of illumination and weather conditions, as well as to diverse driving environments. A special focus on the prospect for real-time implementation has also been given. The results presented in this thesis indicate the superiority of the proposed methods to their counterparts found in relevant literature in both normal and challenging conditions, especially in the cases of preceding vehicle detection and road detection. Hopefully, parts of this research will provide new insights for future developments in the field of intelligent transportation.

Στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης ο κτιριακός τομέας απορροφά περίπου το 40% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης, γεγονός που καθιστά απαραίτητο το λειτουργικό και φιλικό προς το περιβάλλον σχεδιασμό των κτιρίων, παράλληλα με τον περιορισμό των συνολικών ενεργειακών αναγκών τους για την εξοικονόμηση ενέργειας. Όσον αφορά τα ήδη υπάρχοντα κτίρια, μπορούν να γίνουν διάφορες παρεμβάσεις ώστε να επιτευχθεί η μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση ενέργειας. Από την άλλη, η Ε.Ε.,στα πλαίσια της βιώσιμης ανάπτυξης και της προστασίας του περιβάλλοντος, έχει θέσει ως στόχο για το 2020 τα καινούρια κτίρια να είναι μηδενικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Για την υλοποίηση του στόχου αυτού, είναι αναγκαίος ο σχεδιασμός των κτιρίων σύμφωνα με τις αρχές της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής, για την ελαχιστοποίηση των ενεργειακών τους αναγκών αλλά και η εφαρμογή συστημάτων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας για την παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας και την ελαχιστοποίηση έτσι των εκπομπών CO2 στην ατμόσφαιρα από τα ορυκτά καύσιμα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, αναπτύσσονται στρατηγικές που αποσκοπούν στην αρμονική ένταξη των κτιρίων στο φυσικό περιβάλλον, παρουσιάζονται τα θέματα εξοικονόμησης ενέργειας στα κτίρια, διατυπώνονται οι βασικές παράμετροι για την επίτευξη ολιστικής ενεργειακής κάλυψης των κτιρίων και την προετοιμασία του επόμενου βήματος σχετικά με την ενέργεια στα κτίρια για το έτος 2020 και δίνονται νέες τεχνολογικές λύσεις που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο ηλιακής ενέργειας, με σκοπό την βέλτιστη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας και των άλλων ΑΠΕ στα κτίρια. Στα πλαίσια της πλήρους κάλυψης των κτιριακών ενεργειακών αναγκών από ΑΠΕ και της προώθησης των κτιρίων σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης από συμβατικές ενεργειακές πηγές, μελετάται πειραματικά η συμβολή των φωτοβολταϊκών σε δυσμενή κλίση και προσανατολισμό. Εξετάζεται η συνεισφορά διάχυτων ανακλαστήρων στην ενεργειακή τους απόδοση, η επίδραση του υλικού της θερμομόνωσης και του περιορισμού των θερμικών απωλειών. Τέλος, εξετάζεται η αξιοποίηση κάθε τμήματος του κτιρίου που μπορεί να έχει θετική συμβολή στο ενεργειακό θέμα. Έτσι προτείνονται τρόποι τοποθέτησης φωτοβολταϊκών σε οριζόντιες και επικλινείς στέγες και στις προσόψεις των κτιρίων, με προσθήκη ανακλαστήρα όπου είναι δυνατό, που μπορούν να συνεισφέρουν στην επίτευξη μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου στα κτίρια. / In the countries of the European Union the building sector accounts for about 40% of the total energy consumption, so it is necessary that the buildings should be designed in a functional and environmentally-friendly way, in addition to the minimization of of the total energy needs to achieve energy savings. As for the existing buildings, they should be renovated so that maximum energy savings is achieved. On the other hand, the EU’s target for 2020 is that new buildings must be of zero carbon dioxide emissions. For the implementation of this goal, buildings should be designed according to the principles of bioclimatic architecture to minimize energy needs, but also systems of Renewable Energy Sources should be applied to produce thermal energy and electricity, in order to minimize carbon dioxide emissions from fossil fuels. In the present thesis, strategies aiming to harmonic integration of buildings in the natural environment are developed, holistic energy saving aspects for buildings are presented, aspects regarding the next step to the target for 2020 are given, and some new designs of building integrated RES, investigated at the Solar Energy Laboratory, are suggested. Approaching the holistic contribution of the renewable energy sources (RES) to buildings for total cover of their energy demand, and the achievement of nearly zero energy buildings, the contribution of photovoltaics in disadvantageous inclination and azimuth angle is experimentally studied. The contribution of diffuse reflectors to pV’s energy efficiency, the impact of thermal insulation materials and the impact of limitating the thermal losses to PV’s operation, are studied as well. Furthermore, the use of every single part of the building in order to contribute to its energy supply, is considered. Designs for photovoltaic integration on horizontal and inclined roofs and facades are suggested, combined with booster reflector if possible, aiming to achieve zero energy balance of buildings.

Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), όπως η ηλιακή ενέργεια, μπορούν να προσφέρουν εναλλακτικούς τρόπους παραγωγής ενέργειας. Κάθε μορφή ΑΠΕ έχει τις δικές της ιδιομορφίες και μπορούν να εφαρμοστούν είτε σε μεγάλες εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας είτε σε μικρότερες μονάδες όπως στα κτίρια. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η συνδυασμένη αξιοποίηση των παραπάνω ενεργειακών πηγών, ιδίως για την κάλυψη των ηλεκτρικών και θερμικών αναγκών των κτιρίων.Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη συγκεντρωτικών συστημάτων χαμηλής συγκέντρωσης και των παραγόντων που επηρεάζουν την λειτουργία τους, με την χρήση τριών γεωμετρικών συγκεντρωτικών μέσων, τα οποία είναι: το σύστημα V-Trough, το σύστημα Fresnel γραμμικής εστίας και το κυλινδροπαραβολικό σύστημα γραμμικής εστίας, με χρήση συμβατικών φωτοβολταϊκών για την παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος. Όμως, από το την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία που συγκεντρώνεται στον απορροφητή, ένα μέρος μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια, ενώ το υπόλοιπο μεταδίδεται στο περιβάλλον με την μορφή θερμότητας. Έτσι, περαιτέρω μελέτη έγινε με βάση την δημιουργία υβριδικού συγκεντρωτικού φωτοβολταϊκού/θερμικού συστήματος, ταυτόχρονης παραγωγής ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας χρησιμοποιώντας την βέλτιστη γεωμετρία, το οποίο θα μπορούσε να δώσει ικανοποιητικά ποσά θερμικής ενέργειας, χωρίς να ζημιώνεται η ηλεκτρική και το αντίστροφο, κάτι που θα καθιστούσε τα συστήματα αυτά ενεργειακώς και οικονομικώς πιο ανταγωνιστικά.Τα πειραματικά αποτελέσματα περιλαμβάνουν διαγράμματα ηλεκτρικών αποδοτικοτήτων των πειραματικών συστημάτων καθώς και των μεγεθών Pmax, Vpmax, Voc, Ιpmax, Ιsc, συναρτήσει της θερμοκρασίας λειτουργίας Tpv, κάτω από σταθερή ακτινοβολία G, θερμικών αποδόσεων, προφίλ κατανομών συγκεντρωτικής ακτινοβολίας καθώς και χαρακτηριστικές καμπύλες I-V για καθένα απ αυτά. / The renewable energy sources (RES) like solar energy, can offer an alternative solution to power production. Each form of RES, has its own specifications and they can be applied in big installations of electric and thermal energy production or in smaller units as the buildings. This thesis investigates the performance of three different types of solar concentrating systems, which are: the V-Trough system, the linear Fresnel system and the Parabolic Trough system, with usage of common photovoltaics, instead of concentrating photovoltaics, for the electricity production.However, only a small part of the incoming solar radiation it is changed by an absorber into electric energy, while the rest is transmitted to the environment with the form of heat. Thus, further study has been done with base of the creation of a hybrid concentrating photovoltaic/thermal system, with simultaneous production of electric and thermal energy using the most optimal geometry. This could give satisfactory sums of thermal energy, without affecting the production of electric energy and vice versa, something that would render this systems economically more competitively.The experimental results include diagrams with the electric performance of the experimental systems as well as values of Pmax, Vpmax, Voc, Ipmax, Isc, associated with the operating temperature Tpv, under constant radiation G, thermal output, distribution profiles of the concentrating radiation as well as characteristic curves I-V for each one of them.

Στο πλαίσιο αυτής της διατριβής μελετάται η επίδοση συστημάτων διαφορισμού MIMO σε γενικευμένα κανάλια διαλείψεων. Αρχικά, εξετάζεται η επίδοση των OSTBC σε περιβάλλοντα διαλείψεων Hoyt. Αποδεικνύεται ότι, στην περίπτωση τέτοιων συστημάτων, ο σηματοθορυβικός λόγος (signal to noise ratio, SNR) εκφράζεται ως μία τετραγωνική μορφή κανονικών τυχαίων μεταβλητών και γίνεται χρήση της συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας και της αθροιστικής συνάρτησης κατανομής αυτής της μορφής για τον υπολογισμό των μετρικών επίδοσης. Επιπλέον, μελετάται η σύγκλιση των σειρών που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των δύο αυτών συναρτήσεων και κατασκευάζονται νέα άνω φράγματα για το σφάλμα αποκοπής των σειρών. Τα φράγματα αυτά είναι σαφώς πιο αυστηρά από τα ήδη γνωστά από τη βιβλιογραφία. Στη συνέχεια, εισάγεται ένα γενικευμένο μοντέλο διαλείψεων για την ανάλυση επίδοσης των OSTBC και των δεκτών MRC και υπολογίζονται όλες οι μετρικές επίδοσης των δύο συστημάτων για το συγκεκριμένο μοντέλο διαλείψεων. Το μοντέλο αυτό περιλαμβάνει ως ειδικές περιπτώσεις τα πλέον διαδεδομένα μοντέλα καναλιών διαλείψεων, ενώ επιπλέον, επιτρέπει την ανάλυση επίδοσης σε μικτά περιβάλλοντα διαλείψεων όπου τα πολλαπλά κανάλια μπορούν να ακολουθούν διαφορετικές κατανομές. Στη συνέχεια, μελετάται η επίδοση συστημάτων συνεργατικού διαφορισμού με χρήση αναμεταδοτών ανίχνευσης και προώθησης (Detect and Forward, DaF) σε περιβάλλοντα διαλείψεων Rayleigh. Εξετάζονται τρεις διαφορετικοί δέκτες και υπολογίζεται η πιθανότητα σφάλματος ανά bit γι' αυτούς. Τέλος προτείνεται ένας νέος δέκτης για συνεργατικά συστήματα DaF και αποδεικνύεται η ανωτερότητά του σε σύγκριση με τους υπόλοιπους μελετώμενους δέκτες. Όλα τα θεωρητικά αποτελέσματα που παρουσιάζονται στο πλαίσιο της διατριβής συγκρίνονται με αποτελέσματα προσομοιώσεων Monte Carlo που αποδεικνύουν την ορθότητα της ανάλυσης. / This thesis studies the performance of MIMO diversity systems in generalized fading channels. First, we examine the performance of OSTBC in Hoyt fading channels. It is proven that, for this fading model, and when an OSTBC is employed, the signal-to-noise ratio (SNR) of the OSTBC can be expressed as a quadratic form in normal random variables. Therefore, the performance analysis for OSTBC over Hoyt fading channels is performed using the PDF and the CDF of such quadratic forms. In the statistical literature, these functions are expressed in terms of infinite series. The convergence of the series is thoroughly studied and new expressions for the truncation error bound of these series are proposed. The proposed bounds are much tighter than the bounds that can be found in the literature. The expressions for the PDF and the CDF are then used for the performance analysis of OSTBC over Hoyt fading and several performance metrics are calculated. Then, a generalized fading model for the performance analysis of OSTBC and MRC is proposed and the theoretical performance analysis of both MRC and OSTBC is carried out. The main advantage of this model is the fact that it includes as special cases most of the widely used fading models. Furthermore, the performance of cooperative diversity systems employing Detect and Forward (DaF) relays is studied for Rayleigh fading channels. More specifically, three low complexity detection algorithms for these channels are examined and closed-form expressions of the bit error probability (BEP) for these receivers are derived. Finally, a new low complexity receiver for cooperative systems with DaF relays is proposed. Using Monte Carlo Simulations it is shown that this receiver outperforms the three receivers that have been studied. For the systems studied in the thesis, the performance analysis results that have been derived theoretically are compared with Monte Carlo simulations that prove the validity of the analysis.

Τα τελευταία χρόνια όλο και πιο επιτακτική είναι η ανάγκη αξιοποίησης των ψηφιακών δεδομένων τα οποία συλλέγονται και αποθηκεύονται σε διάφορες βάσεις δεδομένων. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με τη ραγδαία αύξηση του όγκου των δεδομένων αυτών επιβάλλει τη δημιουργία υπολογιστικών μεθόδων με απώτερο σκοπό τη βοήθεια του ανθρώπου στην εξόρυξη της χρήσιμης πληροφορίας και γνώσης από αυτά. Οι τεχνικές εξόρυξης δεδομένων παρουσιάζουν τα τελευταία χρόνια ιδιαίτερο ενδιαφέρον στις περιπτώσεις όπου η πηγή των δεδομένων είναι οι ροές δεδομένων ή άλλες μορφές όπως τα XML έγγραφα. Σύγχρονα συστήματα και εφαρμογές όπως είναι αυτά των κοινοτήτων πρακτικής έχουν ανάγκη χρήσης τέτοιων τεχνικών εξόρυξης για να βοηθήσουν τα μέλη τους. Τέλος ενδιαφέρον υπάρχει και κατά την αξιολόγηση λογισμικού όπου η πηγή δεδομένων είναι τα αρχεία πηγαίου κώδικα για σκοπούς καλύτερης συντηρησιμότητας τους. Από τη μια μεριά οι ροές δεδομένων είναι προσωρινά δεδομένα τα οποία περνούν από ένα σύστημα «παρατηρητή» συνεχώς και σε μεγάλο όγκο. Υπάρχουν πολλές εφαρμογές που χειρίζονται δεδομένα σε μορφή ροών, όπως δεδομένα αισθητήρων, ροές κίνησης δικτύων, χρηματιστηριακά δεδομένα και τηλεπικοινωνίες. Αντίθετα με τα στατικά δεδομένα σε βάσεις δεδομένων, οι ροές δεδομένων παρουσιάζουν μεγάλο όγκο και χαρακτηρίζονται από μια συνεχή ροή πληροφορίας που δεν έχει αρχή και τέλος. Αλλάζουν δυναμικά, και απαιτούν γρήγορες αντιδράσεις. Ίσως είναι η μοναδική πηγή γνώσης για εξόρυξη δεδομένων και ανάλυση στην περίπτωση όπου οι ανάγκες μιας εφαρμογής περιορίζονται από τον χρόνο απόκρισης και το χώρο αποθήκευσης. Αυτά τα μοναδικά χαρακτηριστικά κάνουν την ανάλυση των ροών δεδομένων πολύ ενδιαφέρουσα ιδιαίτερα στον Παγκόσμιο Ιστό. Ένας άλλος τομέας ενδιαφέροντος για τη χρήση νέων τεχνικών εξόρυξης δεδομένων είναι οι κοινότητες πρακτικής. Οι κοινότητες πρακτικής (Communities of Practice) είναι ομάδες ανθρώπων που συμμετέχουν σε μια διαδικασία συλλογικής εκμάθησης. Μοιράζονται ένα ενδιαφέρον ή μια ιδέα που έχουν και αλληλεπιδρούν για να μάθουν καλύτερα για αυτό. Οι κοινότητες αυτές είναι μικρές ή μεγάλες, τοπικές ή παγκόσμιες, face to face ή on line, επίσημα αναγνωρίσιμες, ανεπίσημες ή και αόρατες. Υπάρχουν δηλαδή παντού και σχεδόν όλοι συμμετέχουμε σε δεκάδες από αυτές. Ένα παράδειγμα αυτών είναι τα γνωστά forum συζητήσεων. Σκοπός μας ήταν ο σχεδιασμός νέων αλγορίθμων εξόρυξης δεδομένων από τις κοινότητες πρακτικής με τελικό σκοπό να βρεθούν οι σχέσεις των μελών τους και να γίνει ανάλυση των εξαγόμενων δεδομένων με μετρικές κοινωνικών δικτύων ώστε συνολικά να αποτελέσει μια μεθοδολογία ανάλυσης τέτοιων κοινοτήτων. Επίσης η eXtensible Markup Language (XML) είναι το πρότυπο για αναπαράσταση δεδομένων στον Παγκόσμιο Ιστό. Η ραγδαία αύξηση του όγκου των δεδομένων που αναπαρίστανται σε XML μορφή δημιούργησε την ανάγκη αναζήτησης μέσα στην δενδρική δομή ενός ΧΜL εγγράφου για κάποια συγκεκριμένη πληροφορία. Η ανάγκη αυτή ταυτόχρονα με την ανάγκη για γρήγορη πρόσβαση στους κόμβους του ΧΜL δέντρου, οδήγησε σε διάφορα εξειδικευμένα ευρετήρια. Για να μπορέσουν να ανταποκριθούν στη δυναμική αυτή των δεδομένων, τα ευρετήρια πρέπει να έχουν τη δυνατότητα να μεταβάλλονται δυναμικά. Ταυτόχρονα λόγο της απαίτησης για αναζήτηση συγκεκριμένης πληροφορίας πρέπει να γίνεται το φιλτράρισμα ενός συνόλου XML δεδομένων διαμέσου κάποιων προτύπων και κανόνων ώστε να βρεθούν εκείνα τα δεδομένα που ταιριάζουν με τα αποθηκευμένα πρότυπα και κανόνες. Από την άλλη μεριά οι διαστάσεις της εσωτερικής και εξωτερικής ποιότητας στη χρήση ενός προϊόντος λογισμικού αλλάζουν κατά τη διάρκεια ζωής του. Για παράδειγμα η ποιότητα όπως ορίζεται στην αρχή του κύκλου ζωής του λογισμικού δίνει πιο πολύ έμφαση στην εξωτερική ποιότητα και διαφέρει από την εσωτερική, όπως για παράδειγμα στη σχεδίαση η οποία αναφέρεται στην εσωτερική ποιότητα και αφορά τους μηχανικούς λογισμικού. Οι τεχνικές εξόρυξης δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη του απαραίτητου επιπέδου ποιότητας, όπως είναι ο καθορισμός και η αξιολόγηση της ποιότητας πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τους τις διαφορετικές αυτές διαστάσεις σε κάθε στάδιο του κύκλου ζωής του προϊόντος. Στα πλαίσια αυτής της διδακτορικής διατριβής έγινε σε βάθος έρευνα σχετικά με τεχνικές εξόρυξης δεδομένων και εφαρμογές τόσο στο πρόβλημα διαχείρισης πληροφορίας όσο και στο πρόβλημα της αξιολόγησης λογισμικού. / The World Wide Web has gradually transformed into a large data repository consisting of vast amount of data in many different types. These data doubles about every year, but useful information seems to be decreasing. The area of data mining has arisen over the last decade to address this problem. It has become not only an important research area, but also one with large potential in the real world. Data mining has many directives and handles various types of data. When the related data are for example data streams or XML data then the problems seem to be very crucial and interesting. Also contemporary systems and applications related to communities of practice seek appropriate data mining techniques and algorithms in order to help their members. Finally, great interest has the field of software evaluation when by using data mining in order to facilitate the comprehension and maintainability evaluation of a software system’s source code. Source code artifacts and measurement values can be used as input to data mining algorithms in order to provide insights into a system’s structure or to create groups of artifacts with similar software measurements. First, data streams are large volumes of data arriving continuously. Data mining techniques have been proposed and studied to help users better understand and analyze the information. Clustering is a useful and ubiquitous tool in data analysis. With the rapid increase in web-traffic and e-commerce, understanding user behavior based on their interaction with a website is becoming more and more important for website owners and clustering in correlation with personalization techniques of this information space has become a necessity. The knowledge obtained by learning the users preferences can help improve web content, find usability issues related to this content and its structure, ensure the security of provided data, analyze the different groups of users that can be derived from the web access logs and extract patterns, profiles and trends. This thesis investigates the application of a new model for clustering and analyzing click-stream data in the World Wide Web with two different approaches. The next part of the thesis deals with data mining techniques regarding communities of practice. These are groups of people taking part in a collaborative way of learning and exchanging ideas. Systems for supporting argumentative collaboration have become more and more popular in digital world. There are many research attempts regarding collaboration filtering and recommendation systems. Sometimes depending on the system and its needs there are different problems and developers have to deal with special cases in order to provide useful service to users. Data mining can play an important role in the area of collaboration systems that want to provide decision support functionality. Data mining in these systems can be defined as the effort to generate actionable models through automated analysis of their databases. Data mining can only be deployed successfully when it generates insights that are substantially deeper than what a simple view of data can give. This thesis introduces a framework that can be applied to a wide range of software platforms aiming at facilitating collaboration and learning among users. More precisely, an approach that integrates techniques from the Data Mining and Social Network Analysis disciplines is being presented. The next part of the thesis deals with XML data and ways to handle huge volumes of data that they may hold. Lately data written in a more sophisticated markup language such as XML have made great strides in many domains. Processing and management of XML documents have already become popular research issues with the main problem in this area being the need to optimally index them for storage and retrieval purposes. This thesis first presents a unified clustering algorithm for both homogeneous and heterogeneous XML documents. Then using this algorithm presents an XML P2P system that efficiently distributes a set of clustered XML documents in a P2P network in order to speed-up user queries. Ultimately, data mining and its ability to handle large amounts of data and uncover hidden patterns has the potential to facilitate the comprehension and maintainability evaluation of a software system. This thesis investigates the applicability and suitability of data mining techniques to facilitate the comprehension and maintainability evaluation of a software system’s source code. What is more, this thesis focuses on the ability of data mining to produce either overviews of a software system (thus supporting a top down approach) or to point out specific parts of this system that require further attention (thus supporting a bottom up approach) potential to facilitate the comprehension and maintainability evaluation of a software system.

Η διπλωματική εργασία που ακολουθεί, παρουσιάζει τη μελέτη και μοντελοποιήση ενός αυτόνομου υβριδικού συστήματος. Το αυτόνομο σύστημα που εξετάζεται είναι ένα υβριδικό σύστημα ηλεκτροπαραγωγής που αποτελείται από ένα φωτοβολταϊκό πάρκο, μία ανεμογεννήτρια, μία μονάδα υδρογόνου και δύο γεννήτριες βιομάζας και φυσικού αερίου. Για την μοντελοποίηση του συστήματος χρησιμοποιείται το πρόγραμμα σχεδιάσης και προσομοίωσης ηλεκτρικών συστημάτων PSCAD. Στην εργασία αυτή το ενδιαφέρον εστιάζεται στη συμπεριφορά του συστήματος στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας και στη συμπεριφορά σε κάποια μεταβατικά φαινόμενα. Τα μεταβατικά φαινόμενα που εξετάζονται είναι τα εξής: - Βραχυκύκλωμα των τριών φάσεων ως προς γη στο ζυγό της σύγχρονης γεννήτριας φυσικού αερίου - Συμπεριφορά συστήματος σε απότομη αποσύνδεση της ανεμογεννήτριας - Συμπεριφορά συστήματος σε διακοπή παροχής ρεύματος στην μονάδα υδρογόνου από το Φ/Β πάρκο Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μία γενικότερη αναφορά στο Φ/Β σύστημα. Στο Κεφαλαιο 2 γίνεται μία γενικότερη αναφορά στην αιολική ενέργεια. Στο Κεφάλαιο 3 γίνεται μία γενικότερη αναφορά στο υδρογόνο. Στο Κεφάλαιο 4 γίνεται μία γενικότερη αναφορά στην βιομάζα. Στο Κεφάλαιο 5 γίνεται μία γενικότερη αναφορά στο φυσικό αέριο. Στο Κεφάλαιο 6 γίνεται μία γενικότερη αναφορά στις σύγχρονες μηχανές και στο μαθηματικό τους υπόβαθρο. Στο Κεφάλαιο 7 περιγράφεται η δομή και τα στοιχεία που αποτελούν το αυτόνομο υβριδικό δίκτυο ηλεκτροπαραγωγής στο περιβάλλον του προγράμμματος μοντελοποιήσης, του PSCAD και παρουσιάζονται τα μοντέλα που απαρτίζουν το συνολικό σύστημα. Στο Κεφάλαιο 8 εξετάζεται η συμπεριφορά του συστήματος στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας. Στο Κεφάλαιο 9 εξετάζεται η συμπεριφορά του συστήματος στα τρία μεταβατικά φαινόμενα που έχουν προαναφερθεί, στο βραχυκύκλωμα των τριών φάσεων ως προς γη στο ζυγό της σύγχρονης γεννήτριας φυσικού αερίου, στην απότομη αποσύνδεση της ανεμογεννήτριας και στην διακόπη παροχής ρεύματος στην μονάδα υδρογόνου. / The thesis that follows, presents the study and the modelling of an autonomous hybrid system. The autonomous system that is examined is an electricity generating hybrid system that constists of a photovoltaic system, a wind generator, a hydrogen unit, a biomass generator and a natural gas generator. For the modelling of the system a designing and simulation program is used known as PSCAD. The main course of the current subject is the behavior of the system in the permanent situation of operation and the behavior of it in certain transient states. The transient states that are examined are the following: - Short-circuit of the three phases as for the ground on the natural gas generator bus. - Behavior of system in abrupt detachment of wind generator. - Behavior of system in abrupt detachment of the hydrogen unit. In Chapter 1 follows a theoretical analysis of the PV system. In Chapter 2 follows a theoretical analysis of the wind generator. In Chapter 3 follows a theoretical analysis of the hydrogen unit. In Chapter 4 follows a theoretical analysis of the biomass. In Chapter 5 follows a theoretical analysis of the natural gas. In Chapter 6 follows a theoretical and mathematical analysis of the synchronous machines. In Chapter 7 we describe the structure and the elements that constitute the autonomous hybrid system of electric generation in the environment of PSCAD. Also, the models that compose the total system are shown. In Chapter 8 is examined the reaction of system in the permanent situation of operation. In Chapter 9 is examined the reaction of system in the three transient states that have been mentioned before.

Η υλοποίηση πρακτικών ασύρματων συστημάτων επικοινωνίας δεδομένων στην τεχνολογία UWB παρουσιάζει ιδιαίτερες προκλήσεις, κυρίως λόγω της χαμηλής ισχύος εκπομπής και της πολύ σύντομης διάρκειας των παλμών που χρησιμοποιούνται, οι οποίοι θα πρέπει να στέλνονται με πολύ μεγάλες ταχύτητες για την επίτευξη των επιθυμητών ρυθμών μετάδοσης. Το κανάλι μετάδοσης είναι ιδιαίτερα επιλεκτικό ως προς την συχνότητα και εξαιρετικά πυκνό και πλούσιο σε πολυοδικές συνιστώσες με αρκετά μεγάλες καθυστερήσεις. Αυτές οι συνιστώσες μπορούν να ανιχνευθούν και να συλλεχθούν χρησιμοποιώντας κατάλληλες δομές δεκτών RAKE, οι οποίοι τις συνθέτουν ώστε να μεγιστοποιηθεί η ενέργεια του ωφέλιμου σήματος, αυξάνοντας την απόδοση του συστήματος. Οι δομές αυτές παρουσιάζουν την καλύτερη απόδοση σε τέτοια συστήματα, αλλά έχουν μεγάλη υπολογιστική πολυπλοκότητα, καθώς για την ικανοποιητική απόδοση του συστήματος πρέπει να συνδυάσουν πολλές συνιστώσες, δεδομένης και της χαμηλής ισχύος εκπομπής της τεχνολογίας. Συνεπώς, για την υλοποίηση ενός πρακτικού και αποδοτικού συστήματος, σημαντικό ζήτημα αποτελεί ο τρόπος επιλογής και συνδυασμού των συνιστωσών μέσω ενός αλγορίθμου που θα χρησιμοποιεί τον μικρότερο δυνατό αριθμό δακτύλων. Στόχοι της διατριβής ήταν η μελέτη της τεχνολογίας UWB, η διερεύνηση των παραμέτρων των παλμικών UWB συστημάτων, η μελέτη και εξομοίωση μοντέλων του καναλιού, η κατανόηση των οποίων είναι απαραίτητη για την αποτελεσματική ανίχνευση του σήματος και τον σχεδιασμό των αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας του σήματος, η διερεύνηση δεκτών RAKE καθώς και εναλλακτικών δομών, οι εξομοιώσεις πομποδέκτη παλμικού UWB σε επίπεδο συστήματος με έμφαση στον RAKE και τον εκτιμητή καναλιού, η διερεύνηση παραμέτρων και τεχνικών για την υλοποίηση σε υλικό και τέλος η ανάπτυξη, ο σχεδιασμός και υλοποίηση μιας πρακτικής δομής δέκτη με RAKE αποδιαμορφωτή και εκτιμητή καναλιού που συνδυάζει χαμηλή πολυπλοκότητα και ικανοποιητική απόδοση. Παρουσιάζονται και συγκρίνονται τρεις νέες διαφορετικές προσεγγίσεις σχεδίασης, οι οποίες βασίζονται σε προτεινόμενο υβριδικό αλγόριθμο (HPS) για την μείωση της πολυπλοκότητας του RAKE και δίνονται αποτελέσματα που αφορούν στην αξιοποίηση του υλικού και στις επιδόσεις του συστήματος. Tα αποτελέσματα παρουσιάζουν το trade-off ανάμεσα στην συλλογή ενέργειας, την απόδοση του δέκτη και την πολυπλοκότητά του. Η αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων αρχιτεκτονικών επαληθεύεται μέσω ειδικής πλατφόρμας αναδιατασσόμενου υλικού στην οποία υλοποιήθηκε η σχεδίαση. / Τhe implementation of practical wireless data communications systems for the UWB technology is very challenging due to the use of low-power ns-duration pulses which have to be sent in a high-frequency in order to achieve the desirable data rates. The UWB channel is highly frequency selective and it is characterized by dense and rich multipath propagation and large multipath delay spreads in some cases. A RAKE receiver can be employed in order to exploit multipath diversity and effectively capture the desired signal energy which is dispersed over the various multipath components, helping to mitigate fading. However, the particular nature of UWB results in very low-energy paths which, in conjunction with high multipath diversity, leads to a RAKE receiver that must exploit a large number of MPCs in order to optimize the received SNR. Thus, for the implementation of a low-complexity system it is important to define a novel method for the selection and combining of MPCs and develop an algorithm that is able to utilize a minimum number of fingers in the RAKE structure. Our work was focused in the study of UWB technology, the investigation of the parameters of IR-UWB systems, the study and understanding of the channel models which is necessary for the design of practical and efficient DSP algorithms, the investigation of RAKE type receivers as well as other alternative structures, the system-level simulations of the IR-UWB transceiver with emphasis given to the algorithms for the RAKE demodulator and channel estimator, the investigation of the parameters and techniques for the implementation of the system in hardware and finally, the development, design, and implementation of a practical receiver structure that includes a RAKE demodulator and a channel estimator and combines low complexity and satisfactory performance. The ultimate goal of this work is the presentation and investigation of the proposed channel estimator and (MRC)-RAKE receiver architecture which is based on a proposed novel hybrid algorithm called HPS. Three different design approaches aiming to a practical system implementation in an FPGA are proposed and compared and system/algorithm performance, hardware utilization results are provided. The obtained results demonstrate the trade-off between energy capture, performance and receiver complexity. The effectiveness of the proposed architectures is verified on a special FPGA platform which was used for the implementation of the receiver structure.