Les travaux de cette thèse concernent l'homogénéisation d'équations de Maxwell harmoniques tridimensionnelles, modélisant la propagation d'une onde électromagnétique issue de la foudre, de l'air dans le matériau composite. La problématique des composites étant, par exemple en aéronautique, l'évacuation de la foudre et la protection contre les agressions électromagnétiques. Nous considérons une structure constituée de fibres de carbone incluses dans une résine époxy qui sera elle-même nano chargée. Rendant ainsi le composite électriquement conducteur. Afin d'obtenir le problème homogénéisé nous utilisons l'analyse asymptotique à deux échelles. Puis nous justifions mathématiquement le résultat par la convergence à deux échelles. La solution du champ électrique est approchée par l'addition du champ électrique moyen et le champ correcteur, dépendant de la microstructure, et solution des problèmes de cellule. Dans la deuxième partie, nous proposons une validation numérique du modèle simplifié en 2D via des simulations avec le logiciel libre d'éléments finis Freefem ++. Trois cas tests seront présentés avant de valider la méthode d'homogénéisation. Enfin, en guise d'illustration du modèle, deux exemples d'agressions électromagnétiques : l'arc en retour de foudre de type A et une impulsion électromagnétique nucléaire seront testées dans le domaine fréquentiel. / The work of this thesis concerns the homogenization of three-dimensional harmonic Maxwell equations, modeling the propagation of an electromagnetic wave originating from lightning, from air in the composite material. The problem of composites being, for example in aeronautics, the evacuation of the lightning and the protection against the electromagnetic aggressions. We consider a structure made of carbon fibers included in an epoxy resin which will itself be nano- charged. Thus rendering the composite electrically conductive. In order to obtain the homogenized problem, we use asymptotic analysis at two scales. Then we mathematically justify the result by two-scale convergence. The solution of the electric field is approximated by the addition of the average electric field and the correct field, depending on the microstructure, and solution of the cell problems. In the second part, we propose a numerical validation of the simplified model in 2D via simulations with the free finite element software Freefem ++. Three test cases will be presented before validating the homogenization method. Finally, as an illustration of the model, two examples of electromagnetic aggression: the Type A lightning bolt and a nuclear electromagnetic pulse will be tested in the frequency domain.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρείται η ανάλυση και η εκτίμηση της συχνότητας απλών ημιτονοειδών σημάτων υπό την παρουσία λευκού Γκαουσιανού θορύβου (AWGN).Η εκτίμηση παραμέτρων απλών ημιτονοειδών σημάτων υπό την παρουσία προσθετικού Γκαουσιανού θορύβου αποτελεί ένα κλασσικό πρόβλημα και σημαντικό αντικείμενο μελέτης εξαιτίας της πληθώρας των εφαρμογών που έχει στην θεωρία ελέγχου, στην επεξεργασία σημάτων, στις ψηφιακές επικοινωνίες, στην βιοϊατρική τεχνολογία κ.α.Η εκτίμηση της συχνότητας είναι συνήθως το θέμα ‘ζωτικής σημασίας’ του προβλήματος για δύο σημαντικούς λόγους. Αφ’ενός οι συχνότητες πρέπει να εκτιμηθούν διότι αποτελούν μη-γραμμικές συναρτήσεις στην ληφθείσα ακολουθία δεδομένων και αφ’ ετέρου έχοντας καθοριστεί οι συχνότητες, οι υπόλοιπες παράμετροι του σήματος όπως είναι το πλάτος και η φάση του, μπορούν να υπολογιστούν άμεσα. Αρχικά γίνεται μία σύντομη εισαγωγή στις βασικές έννοιες πάνω στις οποίες δομείται η εκτίμηση παραμέτρων ενός ημιτονοειδούς σήματος και έπειτα παρουσιάζονται μερικοί αλγόριθμοι εκτίμησης. Πιο συγκεκριμένα παρουσιάζεται η διαδικασία κατασκευής τους και αναλύονται οι επιδόσεις τους. Τέλος παραθέτουμε και προσομοιώσεις μέσω υπολογιστή για κάθε αλγόριθμο ξεχωριστά και συγκρίνουμε την επίδοση του καθενός με τους υπόλοιπους. Από την σύγκριση αυτή γίνεται εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων σχετικά με τον προσδιορισμό των παραμέτρων κάθε αλγόριθμου αλλά και με την καταλληλότητα κάθε αλγόριθμου για συγκεκριμένες συνθήκες θορύβου. / In this thesis attempts to analyze and estimate the frequency of single sinusoid signals in Additive White Gaussian Noise (AWGN). Parameter estimation of sinusoids has been a classical problem and it is still an important research topic because of its numerous applications in multiple disciplines such as control theory, signal processing, digital communications, biomedical engineering etc. Estimation of the frequencies is often the crucial step in the problem for two principally reasons. Firstly, frequencies should be estimated because they are nonlinear functions in the received data sequence and secondly, once frequencies have been determined, the remaining parameters, such as amplitude and phase, can then be computed straightforwardly. Primarily we introduce some basic concepts on parameters estimation of sinusoid signals and then several estimation algorithms. More specifically shows the fabrication process of these algorithms and analyze their performance. Finally, we quote computer simulations for each algorithm separately and compare their performance. From these comparisons we can draw conclusions on the determination of parameters for each algorithm and the appropriateness of algorithms for specific noise conditions.

Η διερεύνηση της περιοχής χωρητικότητας και της περιοχής επιτεύξιμων ρυθμών μετάδοσης καναλιών αποτελεί βασικό αντικείμενο της Θεωρίας Πληροφορίας. Η Ευθυγράμμιση Παρεμβολών είναι μια καινούρια ιδέα που δίνει μια εναλλακτική οπτική στο αντικείμενο αυτό, μέσω της διαφορετικής λογικής που εισάγει σχετικά με την κωδικοποίηση και τη μετάδοση της πληροφορίας. Σε πρόσφατες δημοσιεύσεις έχουν προταθεί μοντέλα που επιτρέπουν την εφαρμογή της θεωρίας της Ευθυγράμμισης Παρεμβολών και τη χρήση της σε πρακτικά συστήματα επικοινωνιών και καταδεικνύουν την υπεροχή της σε σχέση με συμβατικές μεθόδους. Παράλληλα, παρόλο που προς το παρόν έχει δοθεί έμφαση στην εδραίωση της Ευθυγράμμισης Παρεμβολών στις επικοινωνίες, η μαθηματική της βάση καθιστά δυνατή την εφαρμογή της σε αντικείμενα που ανήκουν σε άλλους τομείς. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη και η εφαρμογή της Αναδρομικής Ευθυγράμμισης Παρεμβολών για μετάδοση πληροφορίας σε Συστήματα Επικοινωνιών, καθώς και η διερεύνηση της απόδοσης της μεθόδου σε πρακτικά συστήματα. / The study of the channel capacity region and the achievable rate region is one of the main topics of Information Theory. Interference Alignment is a new idea that provides new insights through the introduction of a different viewpoint on data encoding and transmission. In recent publications, models have been proposed that allow the application of the theory of Interference Alignment to practical communication systems and demonstrate its superiority compared to traditional approaches. Furthermore, although for the time being emphasis has been put on establishing the use of Interference Alignment to communication systems, its mathematical formulation makes possible its use to other areas. The purpose of this thesis is to study and to apply Retrospective Interference Alignment to data transmission in communication systems and to evaluate the performance of the method in practical systems.

Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι να προωθηθεί ένας οδηγός σχετικά με τις κατασκευαστικές προδιαγραφές και την απόδοση των ηλεκτρομαγνητικών ανηχοικών θαλάμων και των εσωτερικών εγκαταστάσεων δοκιμής. Εντούτοις, απαιτείται κάποια γνώση ηλεκτρομαγνητικών μετρήσεων, για να εξασφαλιστεί ότι όλοι οι εφαρμόσιμοι κατασκευαστικοί παράγοντες, έχουν εφαρμοστεί στις καταστάσεις που θα ζητηθούν. Η μέτρηση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό ηλεκτρονικών συσκευών. Αυτές οι συσκευές μπορούν να ταξινομηθούν σε άμεσους ή σε έμμεσους εκπομπούς. Η μέτρηση των άμεσων εκπομπών (όπως οι κεραίες) ή η εκπομπή της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας, όπως στη διατομή του ραντάρ, απαιτεί εξειδικευμένες εγκαταστάσεις. Ο καθορισμός του επιπέδου ακτινοβολίας από τους έμμεσους εκπομπούς όπως οι ψηφιακές συσκευές ή ο καθορισμός του επιπέδου «ευαισθησίας» που έχει μια ηλεκτρονική συσκευή, όσον αφορά ένα εισερχόμενο ηλεκτρομαγνητικό κύμα περιλαμβάνει επίσης τη μέτρηση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στις εγκαταστάσεις που σχεδιάζονται συγκεκριμένα για τη μέτρηση που πραγματοποιείται. Ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι το αποτέλεσμα από την επιτάχυνση των ηλεκτρικών φορτίων. Το ηλεκτρικό πεδίο λόγω μιας ανεπιθύμητης φόρτισης (σε κάποια δοκιμή ή στην ομοιόμορφη κίνηση σε μια ευθεία γραμμή) κατευθύνεται ακτινωτά και μειώνεται ως το τετράγωνο της απόστασης από τη φόρτιση. Εντούτοις, η επιτάχυνση της φόρτισης προκαλεί αύξηση του ηλεκτρικού πεδίου, και μειώνεται γραμμικά με την απόσταση. Στην πράξη, σχεδόν πάντα υπάρχει ενδιαφέρον για τα μακροσκοπικά αποτελέσματα. Στην μακροσκοπική κλίμακα, η αλληλεξάρτηση μεταξύ των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων περιγράφεται από μαθηματική άποψη από τις εξισώσεις Maxwell [ 2 ..3 ]. Τα μαθηματικά των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και των σχετικών μέσων χρησιμοποιούν την διανυσματική ανάλυση. Η ανάλυση μπορεί να αναμιχθεί πολύ, σε πολλά προβλήματα, ειδικά εκείνα που περιλαμβάνουν τη διάδοση στα μη ισοτροπικά , μη-αμοιβαία, μη γραμμικά, ή ανομοιογενή μέσα. Αν και ορισμένα προβλήματα στις ηλεκτρομαγνητικές μετρήσεις μπορούν να απαιτήσουν την εφαρμογή πιο λεπτομερών μαθηματικών. Στους ανηχοικούς θαλάμους πραγματοποιούνται δύο ειδών δοκιμές, η δοκιμή ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής (EMI) και η δοκιμή ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC). Ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή (EMI) είναι κάθε σήμα ή εκπομπή που ακτινοβολείται στον χώρο ή άγεται σε καλώδια τροφοδοσίας ή σημάτων και θέτει σε κίνδυνο τη λειτουργία συστημάτων ασύρματης πλοήγησης ή άλλες υπηρεσίες ασφαλείας ή υποβαθμίζει, παρεμποδίζει ή διακόπτει επανειλημμένα μια αδειοδοτημένη υπηρεσία ασύρματων επικοινωνιών. Στις υπηρεσίες ασυρμάτων επικοινωνιών περιλαμβάνονται, ενδεικτικά, οι εμπορικές εκπομπές AM/FM, η τηλεόραση, η κινητή τηλεφωνία, τα ραντάρ, ο έλεγχος εναέριας κυκλοφορίας, η τηλεειδοποίηση και οι Υπηρεσίες Προσωπικής Επικοινωνίας (Personal Communication Services ή PCS). Αυτές οι αδειοδοτημένες και οι μη αδειδοτημένες υπηρεσίες ασυρμάτων επικοινωνιών, όπως το WLAN ή το Bluetooth, μαζί με ακούσιους πομπούς όπως ψηφιακές συσκευές, συμπεριλαμβανομένων συστημάτων υπολογιστών, συμβάλλουν στο ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον. Η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (ΗΜΣ) είναι η δυνατότητα στοιχείων του ηλεκτρονικού εξοπλισμού να λειτουργούν ομαλά μαζί, μέσα σε ηλεκτρονικό περιβάλλον. Παρόλο που το συγκεκριμένο σύστημα υπολογιστή έχει σχεδιαστεί και έχει προσδιοριστεί ως συμβατό με τα όρια που καθορίζονται από το φορέα κανονισμών για ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, δεν παρέχεται κανενός είδους εγγύηση ότι δεν θα υπάρξει παρεμβολή σε μία συγκεκριμένη εγκατάσταση. Τα προϊόντα της EMC Corporation είναι σχεδιασμένα, ελεγμένα και κατηγοριοποιημένα σύμφωνα με το συγκεκριμένο ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον χρήσης τους. Αυτές οι κατηγορίες ηλεκτρομαγνητικού περιβάλλοντος αναφέρονται γενικά στους ακόλουθους εναρμονισμένους ορισμούς: • Τα προϊόντα κατηγορίας B προορίζονται για χρήση σε οικιακά περιβάλλοντα, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε μη οικιακά περιβάλλοντα. Σημείωση: Οικιακό περιβάλλον είναι ένα περιβάλλον όπου η χρήση πομπών ραδιοσυχνοτήτων και τηλεοπτικών δεκτών μπορεί να είναι αναμενόμενη σε απόσταση 10 m από το σημείο που χρησιμοποιείται το προϊόν. • Τα προϊόντα κατηγορίας A προορίζονται για χρήση σε μη οικιακά περιβάλλοντα. Τα προϊόντα κατηγορίας A μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε οικιακά περιβάλλοντα, αλλά ενδέχεται να προκαλέσουν παρεμβολές και να απαιτηθεί η λήψη διορθωτικών μέτρων από το χρήστη. Εάν αυτός ο εξοπλισμός προκαλέσει παρεμβολή σε υπηρεσίες ραδιοεπικοινωνιών, η οποία παρεμβολή διαπιστώνεται ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας τον εξοπλισμό, επιχειρήστε να διορθώσετε την παρεμβολή ενεργώντας ως εξής: • Επαναπροσανατολισμός της κεραίας λήψης. • Αλλαγή θέσης του υπολογιστή σε σχέση με το δέκτη. • Μετακίνηση του υπολογιστή μακριά από το δέκτη. • Σύνδεση του υπολογιστή σε διαφορετική πρίζα έτσι ώστε ο υπολογιστής και ο δέκτης να βρίσκονται σε διαφορετικά κυκλώματα. Εάν είναι απαραίτητο, επικοινωνήστε με έναν τεχνικό υποστήριξης της EMC Corporation ή κάποιο εξειδικευμένο τεχνικό ραδιοφώνων/τηλεοράσεων ή ειδικό ΗΜΣ για περαιτέρω υποδείξεις. Ο εξοπλισμός τεχνολογίας πληροφοριών (ITE) που περιλαμβάνει περιφερειακά όπως κάρτες επέκτασης, εκτυπωτές, συσκευές εισόδου/εξόδου (I/O), οθόνες κ.λπ., και οι οποίες είναι ενσωματωμένες μέσα στο σύστημα ή συνδεδεμένες σε αυτόν, πρέπει να συμμορφώνεται με την κατηγορία ηλεκτρομαγνητικού περιβάλλοντος του υπολογιστή. / The purpose of this paper is to provide a guide on the design and performance specification of electromagnetic anechoic chambers or indoor test facilities. However, some knowledge of electromagnetic measurements is required to ensure that all applicable design factors have been applied in any given design situation. The measurement of electromagnetic waves involves a large number of electronic devices. These devices can be categorized as intentional or unintentional radiators. Measurement of intentional radiators (such as antennas) or the scattering facilities. Determining the level of radiation from unintentional radiators such as digital devices or determining the level of immunity an electronic device has with respect to an impinging electromagnetic wave also involves the measurement of electromagnetic waves in testing facilities designed specifically for the measurement to be performed. Electromagnetic waves result from the acceleration of electric charges. The electric field due to an unaccelerated charge (one at rest or in uniform motion in a straight line) is radially directed and decreases as the square of the distance from the charge. However, the acceleration of the charge gives rise to a tangential component of the electric field, and this decreases linearly with distance. This time-varying electric field has associated with it a time varying magnetic field, together, they comprise an electromagnetic field. An electromagnetic field that decreases linearly with distance represents an outward radiation. In practice, one is almost always concerned with macroscopic effects resulting from acceleration of gross numbers of charges. On the macroscopic scale, the interrelationship between electric and magnetic fields is described mathematically by Maxwell’s equations. An additional set of equations called constitutive relationships specifies the characteristics of the medium in which the field exists. The mathematics of electromagnetic fields and the associated media makes use of vector and tensor analysis. The analysis can become very involved in many problems, especially those involving propagation in nonisotropic, nonreciprocal, nonlinear, or nonhomogeneous media. Although certain problems in electromagnetic measurements can require application of more detailed mathematics. In anechoic chambers, take place two types of tests, the electromagnetic interference test (EMI) and the electromagnetic compatibility testing (EMC). Electromagnetic interference (EMI) is any signal or emission radiated in space or is induced in cables or signals and threatening the operation of wireless navigation services or other security or degrade, obstruct or repeatedly interrupts a licensed radio communications service. In wireless communications services including, without limitation, commercial broadcasting AM / FM, TV, mobile telephony, radar, air traffic control, paging and personal communications services (Personal Communication Services or PCS). These licensed and non licensed wireless communications such as WLAN or Bluetooth, along with unintentional transmitters such as digital devices, including computer systems, contribute to the electromagnetic environment. The electromagnetic compatibility (EMC) is the potential components of electronic equipment to operate seamlessly together in an electronic environment. While this computer system has been designed and determined to be compatible with the limits set by the service regulations for electromagnetic interference, there is no guarantee that interference will not occur in a particular installation. Its products are EMC Corporation is designed, tested and categorized according to the specific electromagnetic environment of use. These types of electromagnetic environment generally refers to the following harmonized definitions: • Products category B for use in domestic environments, but can also be used in non-domestic environments. Note: the domestic environment is an environment where the use of RF transmitters and television receivers may be expected within 10 m from where the product is used. • Class A products are intended for use in non-domestic environments. Class A products can also be used in domestic environments, but it may cause interference and require remedial action by the user. If this equipment cause interference to radio services, which insert shows activating and disabling the equipment, try to correct the interference by acting as follows: • Reorient the receiving antenna. • Relocating the computer to the receiver. • Move the computer away from the receiver. • Connect the computer into a different outlet so that computer and receiver are on different circuits. If necessary, contact technical support EMC Corporation or any qualified radio / TV technician or special EMC for further instructions. Information technology equipment (ITE), including peripherals such as expansion cards, printers, input / output (I / O), monitors, etc., which are embedded in the system or connected to it, must comply with Category electromagnetic environment of the computer.

Dans l’industrie automobile, le véhicule électrique séduit de plus en plus de clients. Ce qui limite sa progression dans le marché est son manque d’autonomie. Une des solutions permettant d’augmenter l’autonomie d’un véhicule est de réduire sa masse en modifiant la géométrie des pièces et les matériaux utilisés. Cependant, de tels changements peuvent avoir des impacts sur la CEM du véhicule.Les travaux de cette thèse portent sur l’étude de l’allègement du blindage des batteries de traction pour véhicule électrique du point de vue de la CEM. Plusieurs méthodes de caractérisation de matériaux sont mises en place dans ce document. Une méthode innovante reposant sur l’utilisation d’une cellule TEM ou d’une stripline a été développée durant ces travaux de thèse, elle permet de mesurer la permittivité relative complexe d’un matériau diélectrique inconnu entre 1 kHz et 1 GHz. Les propriétés électromagnétiques ainsi mesurées sont insérées dans des modèles numériques 3D. Les méthodes numériques adaptées à ce type d’étude sont les différences finies dans le domaine temporel et la méthode des moments. L’étude du rayonnement de la batterie a été effectuée grâce à une maquette à l’échelle ½ en chambre semi-anéchoïque et en chambre réverbérante à brassage de mode selon des montages normatifs. Des configurations plus complexes ont ensuite été étudiées en tenant compte de l’intégration du pack-batterie dans le véhicule. / In automotive industry, electric vehicle is becoming more and more attractive for car buyers. The market penetration of electric vehicle is limited by its short range. One of the solutions to increase the range is to lower the weight of the vehicle by modifying the geometry or the material composition. Nevertheless, such changes may have consequences on the EMC of the vehicle.The work of this thesis concern the study of weight reduction of the battery shield from an EMC point of view. Several methods for materials characterization are set in this document. A method which uses a TEM cell or a stripline has been designed during this thesis to measure the complex relative permittivity of an unknown dielectric material. Then, the measured properties are inserted into numerical 3D models. The numerical techniques that fit this study are the finite differences in time domain and the method of moments. The study of radiated electromagnetic field from a battery has been performed thanks to a ½ scale model in semi anechoic chamber and mode-stirred reverberation chamber according to standard setups. More complex configurations were studied taking into account the integration of the battery-pack into the vehicle.

La directive européenne 2013/35/UE précise les exigences minimales pour la protection des travailleurs exposés aux champs électromagnétiques et définit les porteurs d’implants comme travailleurs à risques particuliers. Concernant les porteurs de défibrillateur automatique implantable (DAI) ou de stimulateur cardiaque (SC), l’exposition au champ électrique ou magnétique d’extrêmement basse fréquence crée des inductions à l'intérieur du corps humain pouvant générer une tension perturbatrice susceptible de causer le dysfonctionnement de l’implant. Le sujet de ce travail de thèse porte sur la compatibilité électromagnétique des implants cardiaques soumis à un champ électrique basses fréquences (50/60 Hz). Des simulations numériques ont été effectuées afin de concevoir un banc expérimental pour l’exposition de fantômes incluant des stimulateurs ou des défibrillateurs implantables. Une étude expérimentale a permis d’établir par provocation les seuils de champ électrique permettant d’éviter tout dysfonctionnement éventuel de l’implant. Dans la partie simulation numérique ; un modèle humain virtuel (fantôme numérique contenant un implant cardiaque) a été placé en position debout sous une exposition verticale à un champ électrique. La méthode des éléments finis a été utilisée pour définir les phénomènes induits au niveau de l’implant cardiaque avec une résolution de 2mm (logiciel CST®). Dans la partie expérimentale, un banc d'essai dimensionné pour permettre de générer un champ électrique pouvant atteindre 100 kV/m aux fréquences 50-60 Hz a été conçu, optimisé et réalisé afin d’analyser le comportement des implants cardiaques. Plusieurs configurations ont été étudiées. Sur 54 implants cardiaques actifs testés (43 stimulateurs et 11 défibrillateurs) à des niveaux de champs électriques très élevés (100 kV/m) générés par notre dispositif expérimental, aux fréquences de 50-60 Hz, aucune défaillance n’a été observée pour des niveaux d’exposition publics et pour la plupart des configurations (+99%) sauf pour six stimulateurs cardiaques dans le cas d’une configuration « pire cas » peu réaliste en clinique : mode unipolaire avec une sensibilité maximale et en détection auriculaire. Les implants configurés avec une sensibilité nominale en mode bipolaire résistent bien à des champs électriques dépassant les valeurs seuils telles que définies par 2013/UE/35. / The European Directive 2013/ 35 / EU specify minimum requirements for the protection of workers exposed to electromagnetic fields and define with implants as “workers at particular risk”. Regarding the implantable cardioverter defibrillator wearers (ICD) or pacemaker (PM), exposure to electric or magnetic field of extremely low frequency creates inductions inside the human body that generate interference voltage which may cause the dysfunction of the implant. This thesis investigates the electromagnetic compatibility of cardiac implants subjected to an electric field low frequency (50/60 Hz). Computational simulations are effectuated in order to design an experimental bench for the exposure of a phantom including pacemakers or implantable defibrillators. A provocative study is established to define the electric field thresholds for preventing any malfunction of the implant. In numerical simulations; a virtual human model (digital phantom containing a cardiac implant) was placed in an upright position in a vertical exposure to an electric field. The finite element method was used to define the inductions in the cardiac implant level with a resolution of 2 mm (CST® software). In the experimental part, a test bench designed to allow generating an electric field up to 100 kV / m at frequencies 50-60 Hz was constructed, optimized and employed to investigate the behavior of cardiac implants.Several configurations were studied. 54 active cardiac implants (43 pacemakers and 11 defibrillators) are submitted to very high electric field of 50-60 Hz (up to 100 kV / m) inside the experimental bench. No failure was observed for public exposure levels for most configurations (+ 99%) except for six pacemakers in the case of a configuration clinically almost inexistent: unipolar mode with maximum sensitivity and atrial sensing.The implants configured with a nominal sensitivity in bipolar mode are resistant to electric fields exceeding the low action levels (ALs), even for the most high ALs, as defined by 2013 / 35 / EU

Cette thèse a permis de travailler sur l'efficacité d'un canal des systèmes massifs MIMO pour lesquels il faille déterminer le débit à l'Uplink des terminaux présents dans leurs cellules respectives. Comme hypothèse, la bande de fréquence en mode TDD est réutilisée dans chaque cellule. Tous les symboles sont propagés de manière asynchrone par les terminaux présents dans les cellules, n'empêchant pas de fait des interactions intra et inter symboles au niveau des stations de base. Ces signaux rencontrent beaucoup d'obstacles sur leur trajet qui entraînent des retards, des pertes de signaux (destructifs), des régénérations de signaux (constructifs) avec divers types de modulation (amplitude, fréquentielle, phase), etc. L’affaiblissement du trajet dans le canal est mis en exergue avec les différentes valeurs prises par le coefficient d'atténuation choisi lors des simulations. Face à cette situation, il a fallu rechercher le meilleur et robuste estimateur de canal à un temps de cohérence donné. La méthode MMSE (Minimum Mean Square Error) est retenue, comparée à d'autres. Pour la performance des systèmes massifs MIMO, nous nous sommes appesantis sur les méthodes de diversité des antennes (diversité d'ordre N), les méthodes de coding, les méthodes d'accès OFDMA et les méthodes d'égalisation pour montrer qu'effectivement le fait d'utiliser de nombreuses antennes au niveau des stations de base améliore et contribue aux gains recherchés en débits. Avec les systèmes massifs MIMO, nous avons montré que l'apport antennaire est bien reconnu dans la gestion des interférences. Un algorithme de calcul de débit à l'Uplink a été réalisé avec trois récepteurs conventionnels que sont le MRC (Maximum Ratio Combiner), le ZF (Zero-Forcing) et le MMSE (Minimum Mean Square Error). Les simulations ont permis de comparer les différentes approches. En faisant varier la puissance de contamination des symboles pilotes, nous observons la convergence des courbes ZF et MMSE. Si le nombre des cellules L augmentent, nous constatons que plus la puissance de contamination des symboles pilotes (pp) est élevée, plus la capacité diminue dans le canal. Après plusieurs itérations, notre algorithme converge vers une asymptote (régime stationnaire et linéaire) où les échantillons à la sortie des détecteurs s’approchent de la séquence de données émises. Le SINR obtenu avec les détecteurs conventionnels permet le calcul des débits respectifs dans le canal avec le théorème de SHANNON. / This thesis made it possible to work on the efficiency of a channel of massive MIMO systems for which it is necessary to determine the throughput at the Uplink of the terminals present in their respective cells. As an assumption, the frequency band in TDD mode is reused in each cell. All symbols are propagated asynchronously by the terminals present in the cells, not effectively preventing intra- and inter-symbol interactions at the base stations. These signals encounter many obstacles on their path that lead to delays, signal losses (destructive), signal regenerations (constructive) with various types of modulation (amplitude, frequency, phase), etc. The path loss in the channel is highlighted with the different values taken by the attenuation coefficient chosen during the simulations. Faced with this situation, it was necessary to look for the best and most robust channel estimator at a given consistency time. The MMSE (Minimum Mean Square Error) method is used, compared to others. For the performance of massive MIMO systems, we have focused on antenna diversity methods (N-order diversity), coding methods, OFDMA access methods and equalization methods to show that effectively using multiple antennas at base stations improves and contributes to the desired rate gains. With massive MIMO systems, we have shown that antennar contribution is well recognized in interference management. An algorithm for calculating the flow rate at the Uplink was developed using three conventional receivers: the MRC (Maximum Ratio Combiner), the ZF (Zero-Forcing) and the MMSE (Minimum Mean Square Error). The simulations made it possible to compare the different approaches. By varying the contamination power of the pilot symbols, we observe the convergence of the ZF and MMSE curves. If the number of L cells increases, we find that the higher the contamination power of the pilot symbols (pp), the lower the capacity in the channel. After several iterations, our algorithm converges to an asymptote (stationary and linear regime) where the samples at the detector output approach the transmitted data sequence. The SINR obtained with conventional detectors allows the calculation of the respective flows in the channel with the SHANNON theorem.

This thesis presents novel signal processing algorithms for speech and music dereverberation. The proposed algorithms focus on blind single-channel suppression of late reverberation; however binaural and semi-blind methods have also been introduced. Late reverberation is a particularly harmful distortion, since it significantly decreases the perceived quality of the reverberant signals but also degrades the performance of Automatic Speech Recognition (ASR) systems and other speech and music processing algorithms. Hence, the proposed deverberation methods can be either used as standalone enhancing techniques or implemented as preprocessing schemes prior to ASR or other applied systems. The main dereverberation method proposed here is a blind dereverberation technique based on perceptual reverberation modeling has been developed. This technique employs a computational auditory masking model and locates the signal regions where late reverberation is audible, i.e. where it is unmasked from the clean signal components. Following a selective signal processing approach, only such signal regions are further processed through sub-band gain filtering. The above technique has been evaluated for both speech and music signals and for a wide range of reverberation conditions. In all cases it was found to minimize the processing artifacts and to produce perceptually superior clean signal estimations than any other tested technique. Moreover, extensive ASR tests have shown that it significantly improves the recognition performance, especially in highly reverberant environments. / Η διατριβή αποτελείται από εννιά κεφάλαια, δύο παραρτήματα καθώς και την σχετική βιβλιογραφία. Είναι γραμμένη στα αγγλικά ενώ περιλαμβάνει και ελληνική περίληψη. Στην παρούσα διατριβή, αναπτύσσονται μεθόδοι ψηφιακής επεξεργασίας σήματος για την αφαίρεση αντήχησης από σήματα ομιλίας και μουσικής. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι καλύπτουν ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών αρχικά εστιάζοντας στην τυφλή (“blind”) αφαίρεση για μονοκαναλικά σήματα. Στοχεύοντας σε πιο ειδικά σενάρια χρήσης προτείνονται επίσης αμφιωτικοί αλγόριθμοι αλλά και τεχνικές που προϋποθέτουν την πραγματοποίηση κάποιας ακουστικής μέτρησης. Οι αλγόριθμοι επικεντρώνουν στην αφαίρεση της καθυστερημένης αντήχησης που είναι ιδιαίτερα επιβλαβής για την ποιότητα σημάτων ομιλίας και μουσικής και μειώνει την καταληπτότητα της ομιλίας. Επίσης, επειδή αλλοιώνει σημαντικά τα στατιστικά των σημάτων, μειώνει σημαντικά την απόδοση συστημάτων αυτόματης αναγνώρισης ομιλίας καθώς και άλλων αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας ομιλίας και μουσικής. Έτσι οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι μπορούν είτε να χρησιμοποιηθούν σαν αυτόνομες τεχνικές βελτίωσης της ποιότητας των ακουστικών σημάτων είτε να ενσωματωθούν σαν στάδια προ-επεξεργασίας σε άλλες εφαρμογές. Η κύρια μέθοδος αφαίρεσης αντήχησης που προτείνεται στην διατριβή, είναι βασισμένη στην αντιληπτική μοντελοποίηση και χρησιμοποιεί ένα σύγχρονο ψυχοακουστικό μοντέλο. Με βάση αυτό το μοντέλο γίνεται μία εκτίμηση των σημείων του σήματος που η αντήχηση είναι ακουστή δηλαδή που δεν επικαλύπτεται από το ισχυρότερο σε ένταση καθαρό από αντήχηση σήμα. Η συγκεκριμένη εκτίμηση οδηγεί σε μία επιλεκτική επεξεργασία σήματος όπου η αφαίρεση πραγματοποιείται σε αυτά και μόνο τα σημεία, μέσω πρωτότυπων υβριδικών συναρτήσεων κέρδους που βασίζονται σε δείκτες αντικειμενικής και υποκειμενικής αλλοίωσης. Εκτεταμένα αντικειμενικά και υποκειμενικά πειράματα δείχνουν ότι η προτεινόμενη τεχνική δίνει βέλτιστες ποιοτικά ανηχωικές εκτιμήσεις ανεξάρτητα από το μέγεθος του χώρου.

H παρούσα διατριβή εξετάζει το πρόβλημα της διαρροής μικροφώνου, δηλαδή την αλληλεπίδραση και παρεμβολή μεταξύ ταυτόχρονα ενεργών ηχητικών πηγών σε πολυκαναλικές ηχητικές διατάξεις. Παρ' όλο που είναι ένα πολύ συχνό φαινόμενο με το οποίο οι μηχανικοί ήχου έρχονται αντιμέτωποι καθημερινά, δεν έχουν προταθεί μέθοδοι επεξεργασίας σήματος για την επίλυση του προβλήματος. Εδώ, το πρόβλημα διατυπώνεται για πρώτη φορά στο πλαίσιο της επεξεργασίας σήματος. Αρχικά, διατυπώνεται στο πλαίσιο του τυφλού διαχωρισμού πηγών (blind source separation) και αναλύονται οι περιορισμοί αυτής της προσέγγισης. Στην συνέχεια, το πρόβλημα επαναδιατυπώνεται σαν πρόβλημα σήματος υπό θόρυβο στα πλαίσια της καταστολής θορύβου. Ένα πρωτότυπο γενικευμένο πλαίσιο καταστολής διαρροής μικροφώνου εξάγεται βασιζόμενο σε ένα φίλτρο Wiener με πολυκαναλικό όρο θορύβο, καθώς και την ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική «κοντινού μικροφώνου». Το ακουστικό σύστημα που μοντελοποιεί την διαδικασία μίξης και αλληλεπίδρασης των πηγών αναλύεται και γίνεται διαχωρισμός των σχετικών κρουστικών αποκρίσεων χώρου (room impulse responses) σε απ' ευθείας ακουστικά μονοπάτια και ακουστικά μονοπάτια διαρροής. Οι ιδιότητες του απ' ευθείας ακουστικού μονο- πατιού, δηλαδή της απόκρισης «κοντινού μικροφώνου» αναλύονται για πρώτη φορά από την προσέγγιση της επεξεργασίας σήματος και της ακουστικής κλειστών χώρων για πρώτη φορά. Οι ιδιότητες του ακουστικού μονοπατιού διαρροής αναλύονται επίσης για πρώτη φορά με την χρήση ακουστικών παραμέτρων. Έχοντας καθορίσει τις βασικές ιδιότητες του ακουστικού συστήματος, μια μέθοδος για την καταστολή διαρροής μικροφώνου αναπτύσσεται για μια διάταξη δύο καναλιών, βασισμένη σε ένα φίλτρο Wiener και μια άμεση εκτίμηση των σχετικών πυκνοτήτων φασματικής ενέργεiας (power spectral density). Η απόδοση της μεθόδου για ηχογραφήσεις σε πραγματικούς χώρους είναι πολύ ικανοποιητική και με βάση αυτά τα αποτελέσματα, η μέθοδος επεκτείνεται για περισσότερες από δύο πηγές και μικρόφωνα σε αυθαίρετες διατάξεις. Η ολοκληρωμένη μέθοδος είναι τυφλή και αυτόματη, καθώς δεν απαιτεί την επέμβαση του χρήση. Δεν κάνει χρήση πρότερης γνώσης ούτε απαιτεί εκπαίδευση και είναι υπολογιστικά απλή. Προτείνεται επίσης μια πρωτότυπη μέθοδος ανίχνευσης χρονικών διαστημάτων όπου μόνο μια πηγή είναι ενεργή (χρονικά διαστήματα «σόλο»), η οποία επιτρέπει την εκτίμηση συντελεστών στάθμισης οι οποίοι αντιστοιχούν στην σχετική μείωση της ηχητικής στάθμης που υφίσταται κάθε ηχητική πηγή καθώς το σήμα διαδίδεται προς τα μικρόφωνα. Αυτή η μέθοδος σε συνδυασμό με μια νεά, πρωτότυπη τεχνική εκτίμησης των πυκνοτήτων φασματικής ενέργεαις, η οποία βασίζεται στην αναγνώριση των κυρίαρχων διακριτών συχνοτήτων, επιτρέπει την εκτίμηση όλων των σχετικών ποσοτήτων σε μια πολυκαναλική ηχητική διάταξη. Από αυτές υπολογίζεται ένα πολυκαναλικό φίλτρο Wiener για κάθε σήμα μικροφώνου, το οποίο δίνει την εκτίμηση του αντίστοιχου σήματος πηγής. / This thesis examines the problem of microphone leakage, that is the interference between simultaneously active sound sources in multichannel audio applications. Despite being a common problem with which sound engineers are confronted every day, almost no signal processing methods have been proposed to address this issue. In this work, the problem is formulated for the first time in a signal processing framework. First, it formulated inside the blind source separation (BSS) context and the limitations of related methods are analysed and reported. Since, BSS methods seem to be inappropriate for this specific problem, it is reformulated as a signal in noise problem inside the well-known noise suppression framework. Based on the widely adopted close-microphone technique a novel, generalized framework for leakage suppression is derived based on a multichannel Wiener filter. The acoustic system that models the mixing process is analysed and the related room impulse responses are discerned in direct and leakage acoustic paths. The properties of the direct acoustic path, that is the close-microphone response are investigated for the first time, from a signal processing point of view as well as a room acoustics perspective. The properties of the leakage acoustic path are also analysed for the first time using room acoustic parameters. After key properties of the acoustic paths have been identified, a method for the suppression of microphone leakage in a two channel audio setup is developed based on aWiener filter and a crude approximation of the related power spectral densities (PSDs). The performance of this method for actual recordings in real reverberant environments is more than adequate and based on these results, the method is extended for more than two sources and microphones in arbitrary arrangements. The complete method is blind and automatic, since it does not require any user input. It does not assume any prior knowledge or require training and is computationally efficient. A novel solo detection method has been developed that allows the estimation of weighting coefficients that correspond to the relative attenuation experienced by sound sources as they travel to each microphone. Combined with a new and advanced PSD estimation method based on the identification of dominant frequency bins, the related PSDs in a multichannel audio application can be identified. From these an appropriate multichannel Wiener filter for each microphone signal can be calculated, which will provide the estimated source signal at its output.

Το πρόβλημα της μοντελοποίησης του ασύρματου διαύλου συνίσταται σε ένα ολοένα και αυξανόμενο πλήθος παραμέτρων και ιδιαίτερων χαρακτηριστικών που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη και να ενσωματώνονται στα πλαίσια του RF σχεδιασμού (Radio-Frequency planning) ενός ασύρματου δικτύου εύρωστης παροχής υπηρεσιών. Ο χαρακτηρισμός του ασύρματου καναλιού προϋποθέτει κάτι περισσότερο από μία ντετερμινιστική εξίσωση που υπολογίζει τις απώλειες οδεύσεως ελεύθερου χώρου συναρτήσει της απόστασης πομπού-δέκτη και της συχνότητας. Ένα αξιόπιστο μοντέλο απωλειών σε μία τέτοια περίπτωση απαιτεί τον συνυπολογισμό των απωλειών λόγω των διάφορων μηχανισμών διάδοσης και εξασθένησης της Η/Μ ακτινοβολίας, συμπεριλαμβανομένων των απωλειών λόγω εμποδίων, αλλά και των φαινομένων σκίασης λόγω ανθρώπινης παρεμβολής. Η σημασία της συμβολής της διατριβής έγκειται στην συγκριτική αντιπαραβολή των βασικότερων μοντέλων απωλειών οδεύσεως και στην αριθμητική διόρθωση και επαναξιολόγηση του μοντέλου της ITU για ένα σύνολο τοπολογιών σύνθετης ράδιο-διάδοσης. Οι προτεινόμενες μας αλλαγές στο μοντέλο ITU αύξησαν σημαντικά την αξιοπιστία του όχι μόνο σε σχέση με την αρχική του απόδοση αλλά και συγκριτικά με τα υπόλοιπα μοντέλα. Επιπρόσθετα, υπολογίσαμε αναλυτικά για κάθε τοπολογία την εξασθένηση ανά απόσταση και προβήκαμε στην μοντελοποίηση της γεωγραφικής διασποράς της εξασθένησης ανά απόσταση με τρόπο που μπορεί να αποτελέσει το θεμέλιο ενός προγνωστικού εργαλείου για την παράμετρο αυτή. Επίσης, εξετάσαμε τις διαλείψεις μεγάλης κλίμακας και καταλήξαμε σε μία καινοτόμο μέθοδο για τον υπολογισμό του βάθους σκίασης απευθείας από τα εμπόδια της εκάστοτε τοπολογίας. Η μέθοδος αυτή προτάθηκε και ελέγχθηκε για την ακρίβειά της στα 2.4 GHz, αλλά μπορεί να εφαρμοστεί για κάθε συχνότητα ενδιαφέροντος εφόσον ακολουθηθούν οι διαδικασίες καταμέτρησης των απωλειών σκίασης των εμποδίων κάθε τύπου και πλήθους. Με τη μέθοδο αυτή μπορεί να υπολογιστεί και η εξασθένηση ανά απόσταση μέσω του βάθους σκίασης, συνεπώς είναι εφικτός ο χαρακτηρισμός της εξασθένησης εντός της τοπολογίας χωρίς την αναγκαιότητα πραγματοποίησης εκτεταμένων μετρήσεων. Επιπρόσθετα, εξετάσαμε πώς διαφορετικοί μηχανισμοί ράδιο-διάδοσης οδηγούν σε διαφορετική γεωγραφική διασπορά των τοπικών τιμών της λαμβανόμενης ισχύος. Τέλος, παρουσιάστηκε η λύση της Ασφάλειας Φυσικού Επιπέδου (Wireless Information-Theoretic Security, WITS) με διερεύνηση της επίδρασης των ρεαλιστικών απωλειών οδεύσεων ενός ασύρματου διαύλου με εμπόδια και διαλείψεις στα όρια των τιμών των παραμέτρων, ενώ επίσης εξετάστηκε για πρώτη φορά σε κλειστή μορφή η Αποκοπή Χωρητικότητας Ασφαλείας (Outage Secrecy Capacity). Μελετήσαμε την επίδραση της κινητικότητας των χρηστών στην αξιοπιστία της μεθόδου σε επίπεδο προσομοιώσεων αλλά και με πειραματικές μετρήσεις, αξιολογώντας ποσοτικά και ποιοτικά την επίδρασή τους στα όρια τιμών των παραμέτρων υπό την παρουσία ενός ωτακουστή, και εν συνεχεία σε καθεστώς πολλαπλών ωτακουστών, θεωρώντας μέθοδο συνεργασίας ωτακουστών SC και MRC. / Wireless Channel Modeling consists of an even more increasing number of factors and parameters that need to be accounted for, in the context of RF planning. Wireless Channel Characterization requires more than a deterministic formula for calculating free space path loss in relation to frequency and distance. A reliable path loss model needs to incorporate in its formula the various propagation mechanisms that influence signal attenuation, including losses due to obstacles and human body shadowing. The importance of our contribution lies in the comparative evaluation and validation of the most fundamental RF path loss models and in the numerical adjustment and re-evaluation of the ITU path loss model for a number of different complex propagation topologies. Our suggested correction to the ITU model has significantly increased its prediction precision compared not only to the initial ITU model but also to all other path loss models in question. In addition, we have calculated the attenuation over distance and modeled the distribution of the local mean values versus distance throughout each topology, in a way that can serve as the foundation of a prediction method for this parameter. The large-scale fading of the received signal has also been characterized and a new empirical method for the calculation of the shadow depth has been introduced. This method has been validated for the 2.4 GHz frequency, but it can be applied to any frequency of interest as long as the respective obstacle-caused losses are measured. Extending this method can be applied in order to calculate the attenuation over distance as a function of shadow depth, therefore allowing us to predict this parameter without extensive measurements. The impact of different propagation mechanisms on the variation of distribution of local mean values of received signal power throughout the topology has also been studied. Finally, the concept of Wireless Information-Theoretic Security (WITS) was discussed, by investigating the impact of channel-dependent variation of path loss on the boundaries of secure communications as defined by WITS parameters, whereas a closed-form expression for Outage Secrecy Capacity was introduced. The impact of user mobility on the range of these parameters was investigated in terms of simulations and experimental measurements, in the presence of a single eavesdropper and also for a multiple eavesdroppers scenario, assuming SC and MRC schemes.