Avec l'introduction des standards de communication de quatrième génération (4G) dans la téléphonie mobile, les bandes de fréquence dans lesquelles un téléphone mobile générique doit fonctionner ont naturellement augmenté. Ces évolutions ont induit de nouveaux challenges techniques notamment en ce qui concerne la conception des modules d'émission-réception, du frontal RF mais surtout des antennes. Les bandes de fréquences nouvellement ajoutées, en particulier les bandes LTE 12/13/17 qui descendent jusqu’à 700 MHz, constituent le défi antennaire majeur: couvrir la bande basse des 700-960MHz (30%) notamment en incluant la bande GSM850/900 compte tenu de la rétrocompatibilité avec les standards 3G. Étant donné que l'espace réservé pour l'antenne dans un terminal portatif est électriquement petit (dans cette gamme de fréquences basses), des techniques de conception spécifiques doivent être mises en œuvre pour pouvoir couvrir toute la bande de fréquence basse. Dans la phase de conception, il doit également être pris en compte le fait que l'antenne ou les antennes puissent incorporer des techniques d'amélioration de débit de données telles que le MIMO (Multiple Input Multiple Output) et l’agrégation de porteuse (Carrier Aggregation) pour le LTE-Advanced. De plus, si l’on considère des cas d'utilisation réalistes, les effets de l'utilisateur (main, tête) sur les performances globales du terminal doivent aussi être examinés. Dans cette thèse, plusieurs concepts d'antennes 4G pour les futurs terminaux mobiles sont proposés. Différentes topologies antennaires sont évaluées notamment des antennes reconfigurables / passives ainsi que des structures à alimentation simples/multiples / With the introduction of the fourth generation (4G) of cellular mobile communications, there has been an increase in the frequency bands that a generic mobile phone should be able to operate. This requirement poses some challenges in the design of the transceiver modules of the device as well as the RF front-end and the antenna. From the antenna design point of view, the newly added frequency bands especially LTE bands 12-13-17 which goes down to 700MHz creates the main design challenge: covering 700-960MHz (30% bandwidth) in the low-band, considering also backward compatibility with the former technologies like GSM850/900. Since the space reserved for the antenna is electrically small in this frequency range, special design techniques are necessary to obtain the required bandwidth for a generic mobile terminal antenna. It should also be taken into account in the design phase, that the antenna needs to be appropriate for operation in the data-rate enhancement techniques like MIMO (multiple input multiple output) and carrier aggregation in LTE-Advanced. Furthermore, considering the real use cases of the mobile terminal, the effect of the user (hand, head and both) on the antenna performance should also be investigated. In this thesis, several antenna designs for 4G coverage in mobile terminals are proposed. Different antenna topologies are evaluated consisting of tunable/passive antennas as well as single/multi-feed structures.

Paketklassifikation ist eine Kernfunktionalität vieler Netzwerksysteme, wie zum Beispiel Firewalls und SDN-Switches. Für viele dieser Systeme ist Durchsatz von höchster Bedeutung. Weitere wichtige Eigenschaften sind dynamische Aktualisierbarkeit und hohe Regelsatz-Ausdrucksfähigkeit. Die Kombination dieser Eigenschaften macht Paketklassifikation zu einem schwierigen Problem. Diese Arbeit befasst sich mit dem Design von Klassifikationssystemen und -algorithmen, welche mindestens zwei dieser Eigenschaften vereinen. Es werden hybride Systeme sowie Systemspezialisierung verwendet, um effiziente Ansätze zum Paketklassifikationsproblem in drei Bereichen zu erarbeiten: Klassifikationsalgorithmen, Regelsatztransformation und hardwarebasierte Architekturen. Die Beiträge im Bereich der Klassifikationsalgorithmen sind Jit Vector Search (JVS) und das SFL-System. JVS verbessert existierende Techniken durch spezialisierte Suchdatenstrukturen und durch Nutzung von SIMD-Fähigkeiten der CPU, was in fast optimaler Klassifikationsperformanz bei kaum erhöhten Vorberechnungszeiten resultiert. Das hybride SFL-System hingegen kombiniert einen Klassifikationsalgorithmus mit einem Änderungspuffer, um sowohl hohe Klassifikations- als auch Aktualisierungsperformanz zu ermöglichen. Bezüglich Regelsatztransformationen wird die RuleBender-Technik vorgestellt, welche Suchbäume in Regelsätze für Firewalls mit Sprungsemantik kodiert. Somit kann der Durchsatz dieser Systeme unter Beibehaltung komplexer Regelsatzsemantik um eine Größenordnung gesteigert werden. Schließlich wird der MPFC-Ansatz vorgestellt, welcher einen Regelsatz in einen auf einem FPGA implementierbaren Matching-Schaltkreis übersetzt. Die generierten Schaltkreise sind hochoptimiert und kleiner als generische Matching-Schaltkreise. Um dynamische Regelsatzänderungen zu ermöglichen, wird der hybride Consul-Ansatz konzipiert, welcher MPFC-Matcher mit generischen Matching-Schaltkreisen kombiniert. / Packet classification is a core functionality of a wide variety of network systems, such as firewalls and SDN switches. For many of these systems, throughput is of paramount importance. Further important system traits are dynamic updateability and high expressiveness in terms of rule set semantics. The combination of several of these properties turns packet classification into a hard problem. This work focuses on the design of classification systems and algorithms that combine at least two of the abovementioned characteristics. To this end, the concepts of hybrid systems and system specialization are employed to obtain efficient approaches to the packet classification problem in three domains: classification algorithms, rule set transformation, and hardware-centric architectures. The contributions in the domain of classification algorithms are Jit Vector Search (JVS) and the SFL system. JVS improves upon existing techniques through specialized search data structures and by exploiting SIMD capabilities of the underlying CPU, which results in near-optimal classification performance at only slightly increased preprocessing times. In contrast, the SFL system is a hybrid approach that combines a classification algorithm with an update buffer to allow for high classification as well as update performance. With respect to rule set transformation, the RuleBender technique is proposed, which encodes search tree structures into rule sets of firewalls with jump semantics. That way, the throughput of these systems can be improved by an order of magnitude, while maintaining complex matching semantics. Finally, the MPFC approach is proposed, which translates a given rule set into a matching circuit that can be implemented on an FPGA. The generated circuits are highly optimized and significantly smaller than those of generic matchers. To allow for dynamic rule set updates, the hybrid Consul approach is devised, which combines MPFC circuits with a generic matcher.