Στόχος της συγγραφής αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των διαδικασιών μέσω των οποίων πραγματοποιείται η ενίσχυση ήχου κάτω από περιβάλλον θορύβου. Γίνεται εισαγωγή στις βασικές έννοιες του speech enhancement και ανάλυση των τεχνικών αποθορυβοποίησης. Επίσης γίνεται μελέτη των αρχών και μεθόδων αξιολόγησης Αναβαθμισμένων Ενθόρυβων Σημάτων. Όλα αυτά ολοκληρώνονται από τον αντίστοιχο κώδικα στο Matlab. / The main goal of this project is the study of the premium techniques of speech enhancement and explore the way that they are evaluated.

Σκοπός της διπλωματικής είναι η μελέτη ενός τηλεπικοινωνιακού συστήματος αποτελούμενου από συνελικτικό κωδικοποιητή, interleaver, qam διαμορφωτή, κανάλι με παρουσία συσχετισμένου Gaussian θορύβου, soft qam αποδιαμορφωτή, deinterleaver και αποκωδικοποιητή Viterbi. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην απόδοση του interleaving/symbol παρουσία συσχετισμένου θορύβου. Μελετάται η απόδοση στο BER, η πολυπλοκότητα, το κόστος υλικού καθώς και χρονική καθυστέρηση του παραπάνω συστήματος σε σχέση με ένα αντίστοιχο σύστημα που υλοποιεί interleaving/bit παρουσία συσχετισμένου θορύβου. / The aim of the thesis is to study a telecommunications system consisting of convolutional encoder, interleaver, qam modulator, channel in the presence of correlated Gaussian noise, soft qam demodulator, deinterleaver, and decoder Viterbi. Particular emphasis is placed on the performance of interleaving/symbol presence of correlated noise. Studied the performance of the BER, the complexity, cost of material and time delay of the above system with respect to a corresponding system that implements interleaving/bit presence of correlated noise.

Η παρούσα εργασία μελετά την ευαισθησία σε διάφορες διαταραχές που μπορούν να εφαρμοστούν σε ένα ψηφιακό σύστημα δειγματοληπτικών δεδομένων σε σχέση με τη μεταβολή της περιόδου δειγματοληψίας κάθε φορά. Οι συγκρίσεις και τα αποτελέσματα γίνονται με τη χρήση συγκεκριμένων παραδειγμάτων. / This thesis studies the sensitivity of various disorders that can be applied to a digital sample data in relation to the change in the sampling period at a time. The results and comparisons made using specific examples.

Ces dernières années, nombreux travaux dont l’objectif est de conduire à l’interopérabilité ferroviaire ont permis l’émergence d’un système paneuropéen de contrôle-commande ferroviaire. Ce système exploite des radiocommunications sol-trains fonctionnant selon le protocole GSM-R (Global System for Mobile communications – Railways. La bonne marche de l’exploitation ferroviaire dépend, pour une part, du bon acheminement des données entre sol et trains. Il s’avère donc nécessaire d’assurer un fonctionnement efficace de cette radio sol-trains en dépit de perturbations électromagnétiques intentionnelles ou non intentionnelles qui pourraient la perturber. Ce travail de thèse s’intéresse à cette seconde catégorie de perturbations. Nous développons des méthodes de détection de brouilleurs électromagnétiques afin de mettre en oeuvre rapidement des contre-mesures efficaces contre ces brouillages, à différents niveaux de l’architecture radio. Nous mettons en oeuvre un système de détection supervisé permettant de détecter la présence de signaux de brouillage intentionnels, voire de les reconnaître. Fondé sur l’analyse des signaux échangés, nous développons et évaluons deux méthodes distinctes. L’une exploite les signaux en quadrature mis en évidence par le récepteur dans le canal de communication employé. L’autre méthode considère la densité spectrale de puissance des signaux recueillis dans une bande de fréquence plus large, centrée dans la gamme allouée aux communications GSM-R, et s’étendant de part et d’autre de celle-ci. Ces méthodes sont successivement évaluées par simulation, sur des données issues d’un banc de mesure puis, sur un site ferroviaire réel. / In recent years, numerous studies whose ultimate goal is to drive the railway interoperability have allowed the emergence of a pan-European train control system. This system uses ground-to-train radio operating on the GSM-R (Global System for Mobile communications - Railways) protocol, currently being deployed on a large scale along railway lines. The smooth running of railway operations depends, in part, of the proper routing of radio communications between trains and ground. Therefore, it is necessary to ensure the effective operation of this ground to train link in presence of intentional or unintentional electromagnetic interference that could disrupt communication. This thesis focuses on this second category of disturbances. We develop methods for detecting electromagnetic interference superimposing their signals to GSM-R signals. Then, this detection will promptly set off effective countermeasures against such interference at different levels of the radio architecture, the physical layer, the higher protocol layers. We implement a supervised detection system to detect the presence of jamming signals and, for potentially to recognize them. Based on the analysis of signals exchanged, we develop and evaluate two methods. One considers the quadrature signals recovered by the receiver in the used communication channel. The second method exploits the power spectral density of the signals collected in a wider frequency band, centered in the range allocated to the GSM-R communications and extending on either side thereof. These methods are successively evaluated by simulation, on data obtained using a test bench, and on a real railway site.

L’Internet des Objets représente un défi technique pour la communication 5G à cause de son hétérogénéité caractéristique : la bande 2.4 GHz ISM, par exemple, est partagée entre différents types de technologies, comme Wifi, Bluetooth et Zigbee. En plus de la perte de qualité de communication, des études récentes montrent que l’interférence augmente de façon significative la consommation d’énergie. Donc, traiter l’interférence devient une tâche importante pour assurer la réussite de la transmission de données. Cette thèse approche deux aspects différents des réseaux hétérogènes. La première partie présente une étude expérimentale sur la nature de l’interférence entre dispositifs IEEE 802.11 et 802.15.4, ses impacts dans la fiabilité de la communication et propose une description statistique. La conclusion principale est que, dans ce contexte, l’interférence présente un comportement non-Gaussien, plus précisément, impulsif. Des travaux théoriques récents alliés avec ces résultats expérimentaux montrent que la distribution α-stable est plus convenable pour représenter bruits impulsives. Cela signifie que, une fois optimal, les architectures de communication classiques basé sur assomption Gaussienne, particulièrement la méthode des moindres carrés et le récepteur linéaire, ne sont plus optimales et présentent une perte de performance significative. La deuxième partie présente une architecture MIMO basé sur codage Alamouti, estimation de canal supervisée basé sur méthode Least Absolute Deviation et récepteur p-norme avec une estimation de p. L’architecture proposée présente une performance supérieure au méthode classique. / Internet of Things represents a technical challenge for 5G communications due to is characteristic heterogeneity: the 2.4 GHz ISM band, for example, is shared between different kind of technologies, such Wifi, Bluetooth and Zigbee. In addition to the loss of quality of communication, recent studies show that interference increases significantly the energy consumption. So, dealing with interference becomes an important task to ensure successfull data transmission. The present thesis approaches two aspects of heterogeneous networks. The first part presents an experimental study on the nature of interference between IEEE 802.11 and IEEE 802.15.4 devices, its impacts on the communication reliability and proposes an statistical description of it. The main conclusion of this part is that, on this context, the interference may present a non-Gaussian behavior, more precisely, an impulsive behavior. Recent theoretical works allied with these experimental results show that the α-stable distribution is more adequate to represent impulsive noises. It means that the, once optimal, classical communication architectures based on the Gaussian assumption, particularly the Least Squares based channel estimation and linear receiver, are not optimal anymore present a significant loss of performance. The second part presents a robust MIMO architecutre based on Alamouti coding, supervised channel estimation based on Least Absolute Deviation and p-norm receiver with an estimator for p. The proposed approach outperforms the classical method.

Στο πείραμα των μικροσυστοιχιών, η απόκτηση εικόνας συνοδεύεται πάντα από θόρυβο, ο οποίος είναι έμφυτος σε τέτοιου είδους διεργασίες. Είναι λοιπόν επιτακτική ανάγκη να χρησιμοποιηθούν τεχνικές προς καταστολή αυτού. Στην παρούσα εργασία αναλύονται μέθοδοι και παρουσιάζονται τα αποτελέσματά τους σε 5 επιλεγμένα παραδείγματα. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στο wavelet denoising και συγκεκριμένα στους αλγορίθμους soft thresholding, hard thresholding και stationary wavelet transform. / The subject of this diploma thesis is the manufacturing of a driver assistance system. Robust and reliable vehicle detection from images acquired by a moving vehicle (i.e., on road vehicle detection) is an important problem with applications to driver assistance systems and autonomous, self-guided vehicles. The focus of this diploma is on the issues of feature extraction and classification for rear-view vehicle detection. Specifically, by treating the problem of vehicle detection as a two-class classification problem, we have investigated several different feature extraction methods such as wavelets and Gabor filters. To evaluate the extracted features, we have experimented with two popular classifiers, neural networks and support vector machines (SVMs).

Στο κεφάλαιο 1 της εργασίας αυτής γίνεται μια εισαγωγή στα ασύρματα δίκτυα με την περιγραφή της δομής του ασύρματου καναλιού. Στο κεφάλαιο 2 δίνονται τα χαρακτηριστικά, η δομή και η λειτουργία του συστήματος UMTS. Επίσης στο συγκεκριμένο κεφάλαιο θα παρουσιαστεί αναλυτικά η αρχιτεκτονική και οι λειτουργικότητες του συγκεκριμένου συστήματος. Στο 3ο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση του προτύπου WIMAX που δημιουργήθηκε για να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις για ασύρματη πρόσβαση ευρείας ζώνης. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται μια εκτενής ανάλυση του HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) που βασικός του στόχος είναι η αύξηση των πακέτων δεδομένων στην έξοδο. Στο 5ο κεφάλαιο παρουσιάζονται διεξοδικά οι παρεμβολές και ο θόρυβος που μπορούν να εμφανιστούν κατά τη μετάδοση δεδομένων στα ασύρματα δίκτυα. Τέλος, στο 6ο κεφάλαιο γίνεται μια θεωρητική ανάλυση της παρεμβολής ενδοδιαμόρφωσης, ακολουθεί η πειραματική μελέτη της και καταλήγουμε με συμπεράσματα και σχόλια. / -

Στην εποχή που διανύουμε ο ρόλος των επικοινωνιών και η σημασία τους στην ζωή των ανθρώπων αυξάνεται με ταχείς ρυθμούς, πόσο μάλλον όταν μιλάμε για τις κινητές επικοινωνίες οι οποίες χαρακτηρίζονται από αμεσότητα, ταχύτητα και αξιοπιστία. Τα συστήματα κινητών επικοινωνιών εξελίσσονται ταχύτατα, με εκθετική άνοδο την τελευταία εικοσαετία, όπου το UMTS(W-CDMA) σύστημα καθιερώθηκε και αποτελεί πλέον την βάση των μελλοντικών εξελίξεων. Με την παρούσα διπλωματική εργασία με τίτλο «Διερεύνηση φαινομένων σκίασης (shadowing) σε συστήματα κυτταρικής κινητής τηλεφωνίας τρίτης γενιάς», αφού πρώτα εξετάσουμε το σύστημα τρίτης γενιάς όσον αφορά την αρχιτεκτονική του, τη δομή του και τα μοντέλα τα οποία ακολουθεί η διάδοση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, προσπαθούμε να εξετάσουμε σε ένα συνηθισμένο περιβάλλον λειτουργίας του τη συμπεριφορά του και τη μοντελοποίησή του σε σχέση με ένα καταλυτικό φαινόμενο που δυσχεραίνει τις επικοινωνίες και εξασθενεί το προς μετάδοση σήμα, τη σκίαση. Με τη μοντελοποίηση αυτή προσπαθούμε να επιβεβαιώσουμε τη χρήση ορισμένων μοντέλων αλλά και να καταγράψουμε καινούρια στοιχεία και συμπεριφορές στο προς μελέτη περιβάλλον. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε το δίκτυο τρίτης γενιάς και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του όσον αφορά τις υπηρεσίες που περιβάλει, την πολυπλεξία και κωδικοποίηση που εφαρμόζει στην μετάδοση και τέλος την αρχιτεκτονική του. Στο δεύτερο κεφάλαιο κάνουμε μια επισκόπηση ως προς την δομή που χαρακτηρίζει τα συστήματα κινητών επικοινωνιών, εστιάζοντας στον γεωγραφικό διαχωρισμό και στη χρήση των διαθέσιμων συχνοτήτων και στην αρχιτεκτονική τους η οποία είναι αυτή που επιτρέπει τις επιμέρους λειτουργίες να φθάσουν εις πέρας. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται εκτενής αναφορά στα μοντέλα που περιγράφουν την ηλεκτρομαγνητική διάδοση με τα χαρακτηριστικά του προτύπου των κινητών επικοινωνιών UMTS, για το εσωτερικό περιβάλλον που μας ενδιαφέρει. Σ’αυτό το κεφάλαιο δίνεται μια πρώτη αίσθηση του σημαντικού ρόλου των απωλειών και πως αυτές επηρεάζουν τις επικοινωνίες γενικότερα. Εστιάζουμε βέβαια στις απώλειες που προκαλούνται από το φαινόμενο της σκίασης. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε το φαινόμενο της σκίασης μεμονωμένα καθώς επίσης και τα μαθηματικά μοντέλα Lognormal και Gamma, που χρησιμοποιούνται για να περιγραφεί η ιδιαίτερη συμπεριφορά του ανωτέρω φαινομένου. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο όλα τα παραπάνω παίρνουν μορφή με την πειραματική διαδικασία και τη θεωρητική μοντελοποίηση της συμπεριφοράς του καναλιού μετάδοσης σε εσωτερικό περιβάλλον και με χαρακτηριστικά UMTS, όσον αφορά την λαμβανόμενη ισχύ και τις απώλειες που προκαλούνται από το φαινόμενο της σκίασης. / Nowadays the communication’s role and their significance in man’s life are being evolved rapidly, particularly regarding the mobile communications system which is characterized by immediacy, speed and reliability .The mobile communications systems are developing rapidly, with exponential development over the past twenty years, whereas the UMTS (W-CDMA) standard has been established and from now on is the base for the developments to come .With the present study titled «Researching shadowing phenomena in 3G cellular mobile telephony systems», after we examine the architecture , the structure and the propagation models of the 3G communications system, we later examine as well the modeling of a propagation channel regarding the problems that causes the phenomenon of shadowing in weakening the transmitted signal and in making the communications difficult to happen. With this modeling we try to confirm the use of certain models and as well to write down new data and behaviors in the examined environment. In the first chapter, we present the 3G network and its unique characteristics regarding the provided services, the multiplexing and the coding that uses and finally its architecture. In the second chapter, we introduce the structure of the cellular mobile communications systems focusing in the geographical distinction and in the use of the available frequencies and in its architecture which makes all of the above to happen. In the third chapter, we make an extensive presentation of the propagation models including UMTS’s characteristics, for the indoor environment of our concern. In this particular chapter, we understand for the first time the important role that losses take part and how do they affect mobile communications in general. In the fourth chapter, we make a presentation of the shadowing phenomenon and this only, as well the mathematical models of Lognormal and Gamma distributions which are used to describe the behavior of the above phenomenon. Finally, in the fifth chapter all of the above take actual form with the experimental procedure and the theoretical modeling of the behavior that the propagation channel in an indoor environment with UMTS’s characteristics has, regarding the power reception and the losses caused by the shadowing phenomenon.

Στα οπτικά τηλεπικοινωνιακά συστήματα μεγάλων αποστάσεων το κύριο μέλημα είναι η καταπολέμηση των φαινομένων διάδοσης στις οπτικές ίνες. Από το 2004 και μετά το ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας έχει στραφεί προς τα οπτικά τηλεπικοινωνιακά συστήματα με δέκτες σύμφωνης φώρασης, καθώς οι τελευταίοι επιτρέπουν την αντιμετώπιση των φαινομένων διάδοσης με ηλεκτρονικά μέσα. Οι σύμφωνοι δέκτες έχουν κατά πολύ αυξημένη πολυπλοκότητα και κόστος σε σχέση με τους δέκτες άμεσης φώρασης, κάνοντας χρήση επιπλέον διατάξεων όπως laser τοπικού ταλαντωτή και προσαρμοσμένες φωτοδιόδους. Όμως, οι δέκτες σύμφωνης φώρασης διατηρούν όλη την πληροφορία (πλάτος και φάση) κατά τη μετατροπή του σήματος από οπτικό σε ηλεκτρονικό, σε αντίθεση με τους δέκτες άμεσης φώρασης που διατηρούν μόνο την πληροφορία που μεταφέρεται από τη στιγμιαία ισχύ του σήματος. Το μεγάλο αυτό πλεονέκτημα των σύμφωνων δεκτών δίνει τη δυνατότητα της αντιμετώπισης των φαινομένων διάδοσης, όπως ο θόρυβος φάσης που θα αναλυθεί σε αυτήν την εργασία, με χρήση συστημάτων ψηφιακής επεξεργασίας σήματος. Ο θόρυβος φάσης είναι ένας από τους σημαντικότερους περιοριστικούς παράγοντες της απόδοσης ενός σύμφωνου οπτικού τηλεπικοινωνιακού συστήματος. Η εκτίμηση και η απαλοιφή του αποτελεί πάντα αναγκαίο και θεμελιώδες βήμα της σωστής ανάκτησης των δεδομένων στο δέκτη, αλλά και σημαντικότατο παράγοντα της επιτυχούς σχεδίασης ενός οπτικού τηλεπικοινωνιακού συστήματος. Παραδοσιακά, για τον προσδιορισμό του θορύβου φάσης, χρησιμοποιείται ένα κύκλωμα PLL (Phase Locked Loop). Το κύκλωμα αυτό όμως παρουσιάζει αυξημένη πολυπλοκότητα, όσον αφορά την υλοποίησή του σε hardware. Έτσι, το επιστημονικό ενδιαφέρον έχει στραφεί πια στη χρήση προσαρμοστικών αλγορίθμων προσδιορισμού θορύβου φάσης. Για την εκτίμηση του θορύβου φάσης χρησιμοποιούνται κυρίως τυφλοί προσαρμοστικοί εξισωτές πρόσθιας τροφοδότησης, αλλά έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία και εξισωτές με ανατροφοδότηση απόφασης. Στην πράξη όμως, μόνο οι εξισωτές πρόσθιας τροφοδότησης είναι υλοποιήσιμοι σε hardware αφού η ανάδραση στα οπτικά δίκτυα εισάγει σημαντική καθυστέρηση. Στην παρούσα εργασία μελετάμε με προσομοίωση την απόδοση πέντε διαφορετικών προσαρμοστικών αλγορίθμων εκτίμησης του θορύβου φάσης σε σύμφωνα συστήματα δεκαεξαδικής ορθογωνικής διαμόρφωσης πλάτους 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Πρόκειται για τον αλγόριθμο του Pfau, τον αλγόριθμο του Fatadin, τον αλγόριθμο ελαχίστων μέσων τετραγώνων (LMS, Least Mean Square), τον κανονικοποιημένο αλγόριθμο ελαχίστων μέσων τετραγώνων (NLMS, Normalized LMS) και τον αλγόριθμο ελαχίστων μέσων τετραγώνων με περιορισμούς (Constrained LMS). / The subject of this Diploma Thesis is the phase noise estimation in long-haul terrestrial coherent optical communications systems, using 16-QAM modulation (Quadrature Amplitude Modulation). Five adaptive equalization algorithms are studied by simulation. The phase noise is a limiting factor of coherent optical communications systems efficiency. The phase noise etsimation is necessary for the right data recovery at the receiver and for the successful design of a coherent optical communications system. Traditionally, a PLL (Phase Locked Loop) circuit is used for the phase noise estimation. However, the implementation of PLL in hardware show increased complexity. Thus, scientific interest is focused to the adaptive algorithms for the phase noise estimation. Blind adaptive feed forward equalizers are used for the phase noise estimation, while decision feedback equalizers have been also proposed in the literature. In practice, however, only the feed forward equalizers are achievable in hardware since the feedback introduces significant delay in optical networks. In this Diploma Thesis we study, by simulation, the performance of five different adaptive phase noise estimation algorithms in 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) coherent systems. These algorithms are: the Pfau algorithm , Fatadin algorithm, the Least Mean Square Algorithm (LMS Algorithm), the Normalized LMS (NLMS) and the Constrained LMS.

Avec une population mondiale vieillissante, de plus en plus de personnes sont à risque de présenter des pathologies pour lesquelles l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est une modalité de choix : ainsi, le nombre d’examens IRM est en constante augmentation. Les patients âgés étant par ailleurs une population davantage susceptible de recevoir une implantation de dispositifs médicaux (tels qu’un pacemaker ou une prothèse de hanche), la sécurité des patients implantés en IRM est primordiale. En effet, cet appareil d’imagerie médicale fait intervenir différents champs électromagnétiques pouvant interagir avec un implant métallique et donner lieu à des risques potentiels pour le patient. Si des normes de compatibilité existent aujourd’hui pour soumettre individuellement les dispositifs médicaux à des tests standardisés et assurer leur innocuité en environnement IRM, les interactions entre multiples dispositifs médicaux vis-à-vis des ondes électromagnétiques radiofréquence (et des dangers qui peuvent en résulter) sont un domaine complexe qu’il est nécessaire de comprendre. L’objet de cette thèse est d’étudier ces interactions sur plusieurs niveaux : interactions intra-dispositif, interactions inter-dispositifs et interactions entre dispositif et plusieurs antennes. Une méthode de prédiction d’échauffement a été proposée pour simplifier l’étude de larges gammes d’implants, suivant les variations de paramètres caractérisant les différentes parties au sein d’une prothèse. Des simulations électromagnétiques et thermiques, associées à des mesures expérimentales dans un environnement IRM clinique, ont permis de mettre en évidence des phénomènes de couplages entre deux implants simplifiés et d’introduire une nouvelle métrique pour les quantifier. Enfin, une étude multi-antennes a fourni des éléments de réponse à la question de la sécurité d’un patient implanté en présence de plusieurs antennes, dans une configuration semblable à celle des examens en routine clinique. Les travaux présentés dans cette thèse ont ainsi permis d’évaluer les interactions vis-à-vis de la radiofréquence de l’IRM en présence d’un ou plusieurs dispositifs médicaux et antennes, ouvrant plusieurs perspectives pour aller vers une IRM sûre pour tous / With an aging population worldwide, more and more persons are at risk of suffering from pathologies which are best diagnosed or monitored with Magnetic Resonance Imaging (MRI): thus, the number of MRI exams is constantly increasing. Moreover, elderly patients being likely to undergo a medical device implantation (such as a pacemaker or a hip prosthesis) the safety of implanted patient in MRI is crucial. The medical imaging technique involves indeed different electromagnetic fields which can interact with a metallic implant and lead to potential hazard for the patient. Even though compatibility guidelines exist today to subject individually medical devices to standardized tests and ensure their harmlessness in an MRI environment, the interactions between multiple medical devices with respect to radiofrequency electromagnetic waves (and to the hazards that may follow) are a complex research area that has to be understood. The aim of this thesis is to study these interactions on different levels: intra-device interactions, inter-devices interactions and interactions between a device and several antennas. A prediction method has been proposed to simplify the study of large range of implants, according to the variations of parameters characterizing the different parts of a prosthesis. Electromagnetic and thermal simulations, associated with experimental measurements in a clinical MRI environment, allowed to highlight a coupling phenomenon between two simplified implants and to introduce a new metric to quantify them. Finally, a multi-antenna study led to some insights to answer the question of the safety of an implanted patient with several antennas, in a configuration similar to a clinical routine exam. Thus, the research work presented in this thesis allowed to assess the interactions with respect to MRI radiofrequency in presence of one or several medical devices and antennas, opening new prospects towards a safe MRI for everyone