Σκοπός: Σκοπός της μελέτης ήταν η αξιολόγηση της δυνατότητας πρώιμης διάγνωσης της νόσου Ménière με τη χρήση ηχοκάλυψης χαμηλής συχνότητας. Υλικό και μέθοδος: Τριανταπέντε ασθενείς που έπασχαν από τη νόσο Ménière εξετάστηκαν επανειλημμένα κατά την πορεία της νόσου τους. Τα αποτελέσματα των ασθενών αυτών συγκρίθηκαν με αυτά που ελήφθησαν από 10 αυτιά με φυσιολογική ακοή και 40 αυτιά με βαρηκοΐα από θόρυβο. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με τη βοήθεια ειδικού εξοπλισμού ικανού να παράγει έναν ήχο χαμηλής συχνότητας σε συνδυασμό με ένα tone burst. Με τη βοήθεια των κατάλληλων μηχανημάτων ήταν δυνατή η ανεξάρτητη μεταβολή του πλάτους των δύο ηχητικών ερεθισμάτων, καθώς και της διαφοράς φάσης μεταξύ τους από 0 ως 360 μοίρες. Προσαρμόζοντας τις εντάσεις και τη διαφορά φάσης ο εξεταζόμενος μπορούσε να ακούσει δύο ήχους έναν χαμηλής συχνότητας ως ηχοκάλυψη και έναν υψηλής συχνότητας που ακουγόταν δυνατότερα από την ηχοκάλυψη. Η κύρια παράμετρος που μελετήθηκε ήταν το πλάτος διαμόρφωσης (modulation depth) που είναι η μέγιστη διαφορά μεταξύ του βέλτιστου και του χείριστου ουδού ακοής ενός εξεταζόμενου στο ακοόγραμμα φάσης και μετράται σε dB HL. Αποτελέσματα:Σε φυσιολογικά άτομα η αποτελεσματικότερη ηχοκάλυψη εντοπίστηκε στις 250° και η μικρότερη στις 360°. Λιγότερο αποτελεσματική ήταν η ηχοκάλυψη που παρατηρήθηκε στις 90°. Τα άτομα με φυσιολογική ακοή είχαν πλάτος διαμόρφωσης (modulation depth) μεταξύ 20 και 35 dB HL, οι ασθενείς με βαρηκοΐα αγωγιμότητας παρουσίασαν modulation depth περίπου 10 dB HL και στους ασθενείς με νόσο Ménière μετρήθηκε πλάτος modulation depth σχεδόν 0 dB. Συμπέρασμα: Ο εξοπλισμός και η μέθοδος που αναπτύξαμε πιθανόν να συμβάλλει στη διάγνωση και διαφορική διάγνωση της νόσου Ménière στα πρώιμα στάδια της και στις εξάρσεις που χαρακτηρίζουν την πορεία της. Ο εξοπλισμός που απαιτείται είναι απλός και προσιτός και μπορεί να βρεθεί σε οποιοδήποτε εργαστήριο ιατρικής φυσικής ή μηχανολογίας. Περισσότερες μελέτες είναι αναγκαίες προκειμένου να διερευνηθεί η πιθανή συμβολή της μελέτης του οπισθίου λαβυρίνθου με ηχοκάλυψη χαμηλής συχνότητας στην πρώιμη διάγνωση της νόσου Ménière. / OBJECTIVES: The evaluation of low frequency masking in early diagnosis of Ménière’s Disease (MD). PATIENTS AND METHODS: Thirty-five patients suffered from Ménière’s disease were examined. The results were compared with that of 10 normal hearing ears and 40 noise damaged ears. The examination of all of these individuals was made by the use of a special instrumentation capable to produce a low frequency sound signal superimposed with a tone burst. We were able to independently change the amplitudes of the two applied signals, as well as the phase lag between them from 0° to 360°. Adjusting the two amplitudes and the phase lag the examined individuals heard two sounds one as the masking tone and one high frequency tone superimposed to that of low frequency masking. RESULTS: In normal individuals the highest masking effect was evident at 250° and the lowest at 360°. A smaller masking effect was also evident at 90°. Normal hearing subjects had a modulation depth between 20 and 35 dB, while patients with noise damaged about 10 dB and patients with Ménière’s disease a modulation depth closing to 0 dB. The instrumentation and method presented in this article, shows a relative good clinical diagnostic accuracy as it is capable to diagnose the basilar membrane stiffness on an almost null modulation depth, and sensitivity near 70%. CONCLUSION: The developed instrumentation and method is possible to distinguish and diagnose the early stages of Ménière’s disease and also the acute recurrences. This may lead to a further study of the results of low frequency masking on the anterior labyrinth from research centers worldwide, in order to reinforce the diagnostic accuracy and strength of this newly developed diagnostic method.

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός ταλαντωτή εμβολής, ο οποίος θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως διαιρέτης συχνοτήτων. Ο ταλαντωτής και ο διαιρέτης συχνοτήτων, αποτελούν εξέχουσας σημασίας δομικά στοιχεία των RF πομποδεκτών και τοποθετούνται κατά κύριο λόγο μέσα στο βρόχο κλειδώματος φάσης-PLL, ο οποίος επιλέγεται ως συνθέτης συχνοτήτων στα περισσότερα ασύρματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα. Αφού μελετήσαμε τη δομή και τις κυριότερες τοπολογίες που χρησιμοποιούνται στη σχεδίαση των ταλαντωτών, προχωρήσαμε στην ανάλυση της εφαρμογή της μεθόδου της εμβολής (injection locking), με σκοπό τη βελτίωση των χαρακτηριστικών της εξόδου τους και ιδιαίτερα τη μείωση του θορύβου φάσης. Επίσης, περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά των αναλογικών και των ψηφιακών διαιρετών, ενώ δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην ανάλυση της λειτουργίας των αναλογικών διαιρετών συχνότητας που βασίζονται σε ταλαντωτές εμβολής και είναι ευρύτερα γνωστοί ως injection-locked διαιρέτες συχνότητας (ILFDs). Η επιλογή για περαιτέρω μελέτη και υλοποίηση ενός Colpitts και ενός διαφορικού ταλαντωτή, βασίστηκε στα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν οι συγκεκριμένες τοπολογίες, με αποτέλεσμα την ευρεία χρήση τους σε RF εφαρμογές υψηλών συχνοτήτων. Επίσης οι ταλαντωτές εμβολής που προκύπτουν από τους ταλαντωτές αυτούς, επιδεικνύουν χαμηλή κατανάλωση ισχύος και πολύ καλή συμπεριφοράς ως προς τον θόρυβο φάσης. Ως συχνότητα λειτουργίας των προτεινόμενων κυκλωμάτων, επιλέχθηκε η πολύ σημαντική για τα ασύρματα συστήματα τηλεπικοινωνιών, συχνότητα των 5GHz. Προτείνεται και υλοποιείται λοιπόν ένας Colpitts ταλαντωτής και ο αντίστοιχος ταλαντωτής εμβολής, όπου όπως αποδεικνύεται τόσο από τις εξομοιώσεις όσο και από τα πειραματικά αποτελέσματα, μπορεί να λειτουργεί ως διαιρέτης συχνότητας δια-2 (Divide-by-2 ILFD). Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη μέτρηση του υλοποιημένου ταλαντωτή εμβολής, γίνεται ακόμη αντιληπτό ότι ο θόρυβος φάσης είναι εμφανώς βελτιωμένος, όπως αναμενόταν λόγω της εφαρμογής του σήματος εμβολής. Τέλος, σχεδιάστηκε και εξομοιώθηκε ένας διαφορικός ταλαντωτής (differential oscillator), από τον οποίο με κατάλληλη τροποποίηση της τοπολογίας του, προέκυψε ένας injection-locked divide-by-2 διαιρέτης συχνότητας. Το συγκεκριμένο κύκλωμα χρησιμοποιείται ευρέως για τη λειτουργία της διαίρεσης δια-2, εξαιτίας του ότι η τοπολογία του παρέχει ένα φυσικό divide-by-2 injection σημείο. / The subject of the present diplomatic project is the design and implementation of an injection locked oscillator, which might also be used as a frequency divider. The oscillator and the frequency divider, constitute distinguished important structural elements of RF transceivers and are mostly placed into the phase-locked-loop (PLL), which is selected as frequency synthesizer in most wireless telecommunications systems. After we studied the structure and the main topologies used in the design of oscillators, we advanced in the analysis and the application of injection locking method, aiming at the improvement of characteristics of their output and particularly the reduction of phase noise. Also, the basic characteristics of analog and digital dividers are described, while particular emphasis is given in the analysis of operation of analog frequency dividers that is based on injection-locked oscillators, more widely known as injection-locked frequency dividers (ILFDs). The choice for further study and implementation of a Colpitts and differential oscillator, was based on the advantages of the particular topologies, which result in their wide use in high-frequencies RF applications. Also the injection-locked oscillators that result from these oscillators, demonstrate low power consumption and very good behavior as far the phase noise. As operation frequency for the proposed circuits, was selected the very important for the wireless telecommunications systems, frequency of 5GHz. Therefore, it is proposed and implemented a Colpitts oscillator and the corresponding injection-locked oscillator, where as it is proved by the simulations as much as by the experimental results, can function as a divide-by-2 injection-locked frequency divider. From the results that resulted from the measurement of implemented injection-locked oscillator, it becomes clear that the phase noise is obviously improved, as it was expected due to the application of the injection signal. Finally, a differential oscillator was designed and simulated, from which with suitable modification of its topology, resulted a divide-by-2 injection-locked frequency divider. This particular circuit is used widely for the operation of division by-2, because its topology provides a natural divide-by-2 injection point.

Η σύγχρονη αρχιτεκτονική στρέφεται σε λύσεις που έχουν ως στόχο την εξοικονόμηση ενέργειας, χωρίς όμως να επιβαρύνεται σε μεγάλο βαθμό η απόδοση του επεξεργαστή. Ιδιαίτερα οι υπερβαθμωτοί (superscalar) επεξεργαστές που επιτρέπουν εκτέλεση εκτός σειράς (out-of-order execution) διακρίνονται από υψηλή κατανάλωση ενέργειας, εξαιτίας των πολύπλοκων δομών που χρησιμοποιούν για την αύξηση της απόδοσης. Η δυναμική ρύθμιση τάσης – συχνότητας (DVFS) αποτελεί μία ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική για την επίτευξη εξοικονόμησης ενέργειας. Μειώνοντας τη συχνότητα λειτουργίας ενός κυκλώματος, είναι δυνατόν να μειωθεί και η τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος. Με τον τρόπο αυτό ελαττώνεται και η ενέργεια που καταναλώνει το κύκλωμα. Σκοπός της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός μηχανισμού πραγματικού χρόνου που θα ρυθμίζει τη συχνότητα και την τάση λειτουργίας ενός superscalar, out-of-order επεξεργαστή ώστε να επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας χωρίς μεγάλη μείωση της απόδοσης του επεξεργαστή. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί ελαττώνοντας τη συχνότητα και την τάση κατά τις περιόδους που ο επεξεργαστής εκτελεί πολλές λειτουργίες μνήμης. Η εξομοίωση του μηχανισμού μας για μία σειρά από μετροπρογράμματα δείχνει ότι μπορούμε να επιτύχουμε μεγάλη εξοικονόμηση ενέργειας χωρίς σημαντική αύξηση του χρόνου εκτέλεσης των προγραμμάτων. / Modern research in computer architecture focuses on techniques whose purpose is to save energy, without much loss in processor's performance. Especially superscalar processors that allow out of order execution are characterized by high energy consumption, because of the complex structures the use in order to increase performance. Dynamic Voltage - Frequency Scaling (DVFS) is a widely used technique for energy saving. Reducing the frequency of the processor's clock, it is possible to reduce the supply voltage. In this way the consumed energy is also reduced. The purpose of this diploma thesis is to create a real time mechanism that will scale the frequency and the voltage of a superscalar, out of order processor so that the processor saves energy without much loss in processor's performance. This can be made by reducing the frequency and the voltage during the periods that the processor executes many memory functions. The simulation of our mechanism for a variety of benchmarks proved that we can save much energy without much increase in the benchmark's execution time.

Ο στόχος της διπλωματικής αυτής εργασίας είναι η μελέτη ενός διαφορικού ταλαντωτή Collpits ο οποίος λειτουργεί ως διαιρέτης συχνότητας με έγχυση ρεύματος στην πηγή, χαμηλού θορύβου και διαφορικής εισόδου, ως προς την κατανάλωση και το θόρυβο. Επίσης συγκρίνεται η απόδοσή του σε αυτούς τους τομείς με την απόδοση άλλων τοπολογιών αναλογικών διαιρετών συχνότητας αλλά και ψηφιακών. / The objective of this thesis is to study a Collpits differential oscillator which works as a low noise and differential input, current source injection frequency divider, by taking into account consumption and noise. Also the performance in these areas is compared with other topologies of analogue and/or digital frequency dividers.

Η Ορθογώνια Πολυπλεξία Διαίρεσης Συχνότητας (OFDM) έχει προταθεί ως τεχνική διαμόρφωσης σε οπτικά δίκτυα, λόγω της καλής φασματικής απόδοσής της, της ευελιξίας και της ανοχής της σε βλάβες. Η διαμόρφωση OFDM επιτρέπει την ελαστική ανάθεση φάσματος, χρησιμοποιώντας μεταβλητό πλήθος υποφερουσών, καθώς και την επιλογή του κατάλληλου επιπέδου διαμόρφωσης με βάση την απόσταση της μετάδοσης. Το «Πρόβλημα Δρομολόγης και Ανάθεσης Φάσματος» (RSA) έχει αποδειχθεί ότι είναι ένα NP-πλήρες πρόβλημα, γεγονός που υποδηλώνει τη χρήση γραμμικού προγραμματισμού για τη λύση του. Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η βελτίωση της απόδοσης του υπάρχοντος αλγορίθμου ακέραιου γραμμικού προγραμματισμού, με χρήση μεταευριστικών, έτσι ώστε στο ίδιο χρονικό διάστημα να υπολογίζεται αποδοτικότερη χρησιμοποίηση του συνολικού απαιτούμενου φάσματος, για το σύνολο των μεταδόσεων στο δίκτυο. / Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) has been proposed as a modulation technique for optical networks, because of its good spectral efficiency, flexibility, and tolerance to impairments. OFDM modulation allows elastic spectrum allocation, using a variable number of subcarriers and choosing an appropriate modulation level, taking into account the transmission distance. The “Routing and Spectrum Allocation” (RSA) problem has been proved to be a NP-complete problem, which suggests the usage of linear programming in order to be solved. This diploma thesis aims to improve the efficiency of the existing integer linear programming algorithm, by using metaheuristics, so that at the same time period a more efficient utilization of the required spectrum is computed, for all network transmissions.

Ο θόρυβος φάσης που εμφανίζεται στους ταλαντωτές, επηρεάζει την ποιότητα των σημάτων που επεξεργάζονται τα επικοινωνιακά ηλεκτρονικά κυκλώματα. Η παρούσα μελέτη, δεν έχει σκοπό μια θεωρητική η πρακτική εξέταση των αιτιών του θορύβου φάσης, ή την παρουσίαση τεχνικών μείωσής του, αλλά εξετάζεται η επίδραση του θορύβου φάσης πάνω σε διαμορφωμένα σήματα επικοινωνιών. Αυτή η επίδραση πάνω στα διαμορφωμένα σήματα επικοινωνιών δε λαμβάνεται υπ' όψιν μέχρι σήμερα στην βιβλιογραφία. Δείχνουμε ότι αυτή η επίδραση, που στις περισσότερες πρακτικές περιπτώσεις αγνοείται, μπορεί κάτω από προϋποθέσεις να είναι πολύ σημαντική. Αυτό ισχύει ακόμα, και όταν το σήμα του ταλαντωτή με τον συνοδευτικό θόρυβο φάσης, λείπει όπως π.χ στην περίπτωση διαμόρφωσης SSB. Η ύπαρξη της ανωτέρω επίδρασης, έχει την προέλευσή της στη διαδικασία (πράξη) διαμόρφωσης. Για να αποδείξουμε το παραπάνω, χρησιμοποιούμε δύο βασικές ιδιότητες, την ιδιότητα μετατόπισης της συχνότητας, και την ιδιότητα του γινόμενου στο πεδίο του χρόνου - συνέλιξης στην περιοχή της συχνότητας. Η διερεύνηση των δύο προσεγγίσεων, οδηγεί σε παρόμοια αποτελέσματα, σε διάφορα θέματα, σχετιζόμενα με την θορυβική ανάλυση, όπως π.χ η επίδραση του θορύβου φάσης στην ενδιάμεση συχνότητα (I.F). Τα αποτελέσματα και οι εφαρμογές, δεν είναι εξαρτημένα από τη γραμμικότητα του κυκλώματος του ταλαντωτή, αλλά η υπόθεση της γραμμικότητας, απλοποιεί πολλούς χειρισμούς. Εισάγουμε βασικά την έννοια της αντιγραφής του θορύβου φάσης του ταλαντωτή, λόγω της διεργασίας της διαμόρφωσης (mirror imaging), σε κάθε διαμορφωμένη συχνότητα, που είναι συνιστώσα του συνολικά διαμορφωμένου σήματος. Εφαρμογή του θεωρήματος της διαμόρφωσης συνεπάγεται απλή μετατόπιση του φάσματος του ταλαντωτή, λόγω διαμόρφωσης, για κάθε διαμορφωμένη συνιστώσα, για τους διάφορους τύπους διαμορφώσεων. Αυτά τα αντίγραφα στις διαφορετικές συνιστώσες συχνότητες του διαμορφωμένου φάσματος, δίνουν σε κάθε λαμβανόμενη συνιστώσα συχνότητας διαμορφωμένης πληροφορίας, ένα ανεπιθύμητο ποσό ισχύος πού αντιστοιχεί σε θόρυβο. / The role of the phase noise on the oscillators performance, is wide known. This noise stems mostly from the electronic circuitry used to implement the oscillator. Moreover, it is well known, the direct influence of the oscillator Phase Noise on the nearby modulated up (down) converted signals at the frequency domain. In the literature the direct influence, on the oscillator phase noise sidebands, is generally examined. In this work, we do not attempt, an examination of the reasoning of phase noise phenomenon, nor a reduction of the phase noise itself, but rather we examine the direct effect, of the phase noise sidebands on the modulated signals. The Phase Noise (PN) is considered of a given character and its influence on the communication signals is examined. These effects have their origin on the PN, but there are present and influence the signal integrity even if oscillator’s phase noise is absent. Their existence origins from the modulation action, at the respective frequency transfer, of a realistic oscillator via the non ideal output , which is corrupted by PN. Two basic concepts, the theorem of the Time Domain Product – Frequency Domain Convolution Theorem, and the Frequency Shifting Theorem, which lead basically to the same results, are applied and extended to the Intermediate Frequency and relative concepts. These results basically do not depend on the supposed circuit linearity, but the linearity supposition simplifies a lot of the manipulations. Thus oscillator’s phase noise is “copied”, because of the modulation action to every modulated frequency that the modulated signal consists of, at the different types of modulation. These copies from the neighbored frequencies give at every modulated frequency an undesirable sum of noise contributions. The small amplitude and phase variations of the carrier, from another more representative view, via the Frequency Shifting Theorem or because of the respective convolution , are transferred to the shifted spectrum via the modulation action. The here above are examined, firstly using the Time Domain Product – Frequency Domain Convolution Theorem. All the “copies” of the carrier form every modulated constitute of the information are accumulated to a “worst case” integral. The referenced integral, is an indicative calculation, of the introduced fluctuations. The second approach deals with the total spectrum movement due to fluctuations and is more pictorial and prone to relevant calculations, as analyzed in this thesis.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη, η προσομοίωση και η κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος, για τη διασύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο, πηγών ηλεκτρικής ενέργειας που προέρχονται από ανανεώσιμες μορφές, συγκεκριμένα από την ανεμογεννήτρια και το φωτοβολταϊκό σύστημα που είναι εγκατεστημένα στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας (Ε.Η.Μ.Ε). / This paper is about study, simulation, design and constraction electronic power converter to connect with the electric grid, sourses of electricity generated by renewable energy, specifically from wind and solar.

Ο αριθμός των συνδρομητών κινητής τηλεφωνίας έχει αυξηθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια. Σε μεγάλο βαθμό οι φωνητικές υπηρεσίες εξυπηρετούνται από κινητά δίκτυα, ενώ παράλληλα αυξήθηκε σε μεγάλο βαθμό η χρήση των δεδομένων στα δίκτυα εκείνα που εφαρμόστηκε το 3GPP High Speed Packet Access (HSPA), αποδεικνύοντας ότι οι χρήστες επιδοκιμάζουν τη χρήση δεδομένων που παρέχονται ασύρματα με ευρυζωνικές ταχύτητες. Ο μέσος αριθμός χρήσης δεδομένων ξεπερνά τα εκατοντάδες megabytes ανά χρήστη κάθε μήνα. Τα ασύρματα δίκτυα πρέπει να αυξήσουν τις ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων έτσι ώστε να πλησιάσουν εκείνες της ενσύρματης επικοινωνίας. Οι χρήστες είναι συνηθισμένοι να χρησιμοποιούν ενσύρματα δίκτυα και έτσι περιμένουν από τα ασύρματα δίκτυα να προσφέρουν συγκρίσιμες αποδόσεις με χαμηλό κόστος μετάδοσης δεδομένων. Το 3GPP Long Term Evolution (LTE) είναι σχεδιασμένο να επιτύχει αυτούς τους στόχους. Η τεχνολογία LTE προσφέρει κλιμακωτό εύρος ζώνης (απο 1.25 έως 20 MHz) με ρυθμούς μετάδοσης στα 100 Mbps για τον κατερχόμενο σύνδεσμο και στα 50 Mbps για τον ανερχόμενο. Αυτές οι πτυχές συνοδευόμενες από την τεχνολογία πρόσβασης που χρησιμοποιείται, η οποία είναι η OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing), βελτιώνουν τη ρυθμαπόδοση του χρήστη και τη χωρητικότητα, ενώ μειώνουν τις καθυστερήσεις προσφέροντας παράλληλα βελτιωμένες συνθήκες κατά την κινητικότητα του χρήστη. Η OFDM προσφέρει επίσης μεγαλύτερη ανέχεια σε φαινόμενα όπως η εξασθένιση και το multipath σε σύγκριση με τεχνολογίες που εφαρμόζονταν σε προηγούμενα δίκτυα. Επίσης, είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι το LTE χρησιμοποιεί τη μεταγωγή πακέτων και χρησιμοποιεί την τεχνολογία πολλαπλών κεραιών καθώς επίσης πολυπλεξία στο επίπεδο του χρόνου και της συχνότητας. Τέλος, υποστηρίζει unicast και multicast μετάδοση, τόσο σε microcell (κελιά μικρότερου εύρους) όσο και macrocell (μεγαλύτερα κελιά) περιβάλλον. Το αντικείμενο που μελετάται σε αυτή τη διπλωματική είναι το πρόβλημα του περιορισμού των παρεμβολών οι οποίες επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό την απόδοση των LTE συστημάτων. Ιδιαίερη μελέτη γίνεται όσο αφορά στην Inter Cell παρεμβολή και στις Inter Cell Interference Coordination τεχνικές. Συγκεκριμένα, η έρευνα εστιάζει στη βελτίωση της απόδοσης των χρηστών μειώνοντας την παρεμβολή μέσω διαφόρων σχημάτων επαναχρησιμοποίησης συχνότητας. / The number of mobile subscribers has increased tremendously in recent years. Voice communication has become mobile in a massive way and the mobile is the preferred way for voice communication. At the same time the data usage has grown fast in those networks where 3GPP High Speed Packet Access (HSPA) was introduced indicating that the users find value in broadband wireless data. The average data consumption exceeds hundreds of Megabytes per subscriber per month. Wireless networks must make data rates higher in order to match the user experience provided by wireline networks. When customers are used to wireline performance, they expect the wireless network to offer comparable performance with low cost of data delivery. 3GPP Long Term Evolution (LTE) is designed to meet those targets. LTE technology offers scalable bandwidth (from 1.25 up to 20 MHz), with transmission rates of 100 Mbps in downlink and 50 Mbps in uplink. These aspects accompanied with the access technology used, which is the OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing), improves end-user throughputs, sector capacity and reduces user plane latency, bringing significantly improved user experience with full mobility. OFDM also offers bigger tolerance in phenomena such as multipath and fading compared to technologies used in previous mobile networks. It is also important to be mentioned that LTE is fully packet switched and uses multiple antenna techniques along with FDD and TDD duplexing. Finally, it supports unicast and multicast transmission, in both microcell and macrocell environment. The subject studied in this thesis is the problem of mitigating Interferences which dramatically affects the performance of LTE system. Extensive study is done concerning Inter Cell Interference and Inter Cell Interference Coordination techniques. In particular, research focuses in enhancing users’ performance by reducing interference via varius schemes of frequency reuse.

Electrocardiography (ECG) has been established as one of the most useful diagnostic tools in medicine and is critical in the management of various heart conditions. Automated or semi-automated ECG analysis algorithms are expected to play an important role in the utilization of the ECG data. The correct identification of the QRS complexes is a fundamental step in every ECG analysis method. A major problem that is often encountered in automatic QRS detection is the presence of artifacts in the ECG data, which cause considerable alterations to the signal. Some common filters can smooth the effect of the artifacts, however they cannot eliminate them due to their spectral frequency overlap with the signal components. In this thesis, the objective was to develop a method, based on Time-Frequency Analysis that would be able to automatically detect and remove artifacts in order to increase the reliability of automatic QRS detection. The ECG data used for this purpose was taken from the Physionet library and more specifically from the MIMIC II database. The data in this database was acquired from ICU patients and it contains various types of rhythms as well as artifacts. First, a Graphical User Interface (GUI) was developed in order to manually annotate ECG data and was used for creating the ground truth for testing the methods developed. The Time-Frequency Analysis method used for the analysis of the ECG data, was based on a time-varying Autoregressive (AR) model whose solutions were obtained using Burg’s method. Several factors that affect the effectiveness of the method were investigated in order to optimize the algorithm experimentally. The algorithm implemented performs three main functions: “Artifact Hypothesis Testing,” “Artifact Detection and Removal,” and “QRS Complex Detection.” The first step, “Artifact Hypothesis Testing,” examines whether the signal contains any artifact or not. This is performed with a correct classification rate of 95.56%. The second step was the “Artifact Detection and Removal,” which could detect and remove the artifact area with an accuracy of 95.60% based on each signal sample identified as artifact or not. The final step, the “QRS Complex Detection,” correctly identified 92% of QRS complexes (322 out of 335 annotated QRS complexes). Finally, the proposed method was compared with one of the most commonly used methods in ECG analysis, the Wavelet Transform Analysis (WTA). The two methods were tested on exactly the same dataset. The WTA resulted in an overall score of 65.3% mainly due to the large number of false positive detections in the regions of artifact. / Το ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ) έχει καθιερωθεί ως ένα από τα πιο χρήσιμα εργαλεία διάγνωσης στην ιατρική και είναι πολύ σημαντικό στη διαχείριση καρδιαγγειακών παθήσεων. Αυτοματοποιημένοι ή ημι-αυτοματοποιημένοι αλγόριθμοι ανάλυσης του ΗΚΓ αναμένεται να έχουν σημαντικό ρόλο στη χρήση των δεδομένων του ΗΚΓ. Η σωστή αναγνώριση των συμπλεγμάτων QRS είναι βασικό βήμα σε κάθε μέθοδο ανάλυσης του ΗΚΓ. Ένα σημαντικό πρόβλημα που συχνά προκύπτει σε αυτόματη ανίχνευση QRS είναι η παρουσία των τεχνητών σφαλμάτων (artifacts) στα δεδομένα ΗΚΓ, τα οποία προκαλούν σημαντικές αλλαγές στο σήμα. Κάποια κοινά φίλτρα μπορούν να εξομαλύνουν τις επιπτώσεις των τεχνητών σφαλμάτων, ωστόσο δεν μπορούν να τα εξαλείψουν λόγω της μεγάλης επικάλυψης του φάσματος συχνοτήτων τους με αυτού των στοιχείων του σήματος. Στην παρούσα εργασία στόχος ήταν η ανάπτυξη μιας μεθόδου, βασισμένης στην Ανάλυση Χρόνου-Συχνότητας, που θα είναι σε θέση να εντοπίσει αυτόματα και να αφαιρεί τα τεχνητά σφάλματα, ώστε να έχουμε μια πιο αξιόπιστη μέθοδο αυτόματης ανίχνευσης των QRS. Τα δεδομένα ΗΚΓ που χρησιμοποιήθηκαν για το σκοπό αυτό λήφθηκαν από τη βιβλιοθήκη Physionet και πιο συγκεκριμένα από τη βάση δεδομένων MIMIC II. Τα δεδομένα σε αυτή τη βάση δεδομένων προέρχονται από ασθενείς της Μονάδας Εντατικής Θεραπείας, και ως εκ τούτου, περιέχουν διάφορα είδη ρυθμών αλλά και τεχνητών σφαλμάτων. Αρχικά, ένα Γραφικό Περιβάλλον Χρήστη (GUI), σχεδιάστηκε για τη χειροκίνητη σηματοδότηση των διάφορων περιοχών ΗΚΓ σημάτων και χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία των αληθών αποτελεσμάτων για δοκιμή της μεθόδου. H Ανάλυση Χρόνου-Συχνότητας έγινε με τη χρήση ενός χρονικά μεταβαλλόμενου Αυτοπαλινδρομικού (AR) μοντέλου οι λύσεις του οποίου βρέθηκαν με τη μέθοδο Burg. Ακολούθησε η διερεύνηση διαφόρων παραγόντων που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου, προκειμένου να βελτιστοποιηθεί πειραματικά η μέθοδος. Ο αλγόριθμος που υλοποιήθηκε εκτελεί τρεις βασικές λειτουργίες: “Artifact Hypothesis Testing,” “Artifact Detection and Removal” και “QRS Complex Detection.” Κατ’ αρχήν, το βήμα "Artifact Hypothesis Testing" εξετάζει αν το σήμα περιέχει τεχνητό σφάλμα ή όχι, με το ποσοστό σωστής ταξινόμησης να ανέρχεται στο 95.56%. Το δεύτερο βήμα, η ανίχνευση και αφαίρεση της περιοχής του τεχνητού σφάλματος, έγινε με ακρίβεια 95.60% με βάση το πόσα σημεία του σήματος αναγνωρίστηκαν ως τεχνητό σφάλμα ή όχι. Τέλος, το συνολικό ποσοστό ορθής ανίχνευσης των συμπλεγμάτων QRS ήταν 92% (322 από τα 335 QRS που επισημάνθηκαν χειροκίνητα). Τέλος, έγινε μια σύγκριση μεταξύ της προτεινόμενης μεθόδου και μιας μεθόδου ανάλυσης ΗΚΓ που χρησιμοποιείται πολύ συχνά, της ανάλυσης με Μετασχηματισμό Wavelet (WTA). Οι δύο μέθοδοι δοκιμάστηκαν στα ίδια ακριβώς δεδομένα. Η ορθή ανίχνευση των συμπλεγμάτων QRS με τη μέθοδο WTA ήταν 65.3% κυρίως λόγω του μεγάλου αριθμού ψευδώς θετικών αποτελεσμάτων στις περιοχές των τεχνητών σφαλμάτων.

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.