Abstract The value of wearable market is booming, especially in the healthcare application segment. This segment is driven by an increasing need for regular monitoring and early diagnosis of patients with growing prevalence of chronic diseases. Wireless communications worn in the close proximity of the body, the variety of applications, and their requirements set design considerations and challenges. In addition to the technical requirements, coexistence with adjacent wireless body area networks (WBANs) and other wireless systems need to be taken into account. A WBAN system needs to be highly reliable, low power, fast, and interference-immune. This thesis studies the performance of two different PHY layer implementations in interfered fading channels. The systems are the frequency modulated ultra wideband (FM-UWB), defined in the IEEE 802.15.6 standard, and narrowband SmartBAN physical layer. The performance of the systems was analyzed by using software simulators developed in Matlab. The author developed the SmartBAN simulator for the ETSI Technical Committee (TC) SmartBAN to study the performance of the new SmartBAN system. This is the first physical layer performance study of the SmartBAN system. In addition, the open literature does not offer similar results on the FM-UWB as presented in this thesis. Based on the results, it can be concluded that the FM-UWB is performing well in situations where high reliability and high interference tolerance is needed. In addition, the simplicity of the FM-UWB transceiver makes it more suitable than the direct sequence UWB (DS-UWB) for applications with data rates of hundreds of kbps. SmartBAN has the best performance in cases where more relaxed requirements for reliability and interference tolerance can be applied. Nevertheless, it became obvious that both systems need proper coexistence and interference mitigation mechanisms to ensure reliability in all scenarios. / Tiivistelmä Puettavien laitteiden markkina-arvo on voimakkaassa kasvussa erityisesti terveydenhuollon sovellusalueella. Tämän sovellusalueen kiihdyttimenä toimii yhä suurempi tarve potilaiden kunnon jatkuvalle tarkkailulle sekä kroonisille taudeille alttiimpien potilaiden varhaiselle diagnosoinnille. Langattoman kehoverkon (WBAN) suunnittelun suurimpia haasteita ovat langaton tiedonsiirto kehon läheisyydessä, erilaiset sovellustyypit sekä niiden vaatimukset. Teknisten vaatimusten lisäksi on myös huomioitava rinnakkaiset kehoverkot sekä muut langattomat järjestelmät. Kehoverkkojärjestelmän on oltava todella luotettava, matalatehoinen, nopea ja häiriösietoinen. Väitöskirjassa tutkitaan kahta kehoverkon fyysisen kerroksen toteutusta häipyvissä ja häirityissä kanavissa. Nämä toteutukset ovat IEEE 802.15.6 -standardissa määritelty taajuusmoduloitu ultralaajakaista (FM-UWB) sekä kapeakaistainen SmartBAN. Järjestelmien suorituskykyä analysoitiin Matlab-ohjelmistosimulaattoreiden avulla. Työssä kehitettiin SmartBAN-simulaattori ETSI Technical Committee (TC) SmartBAN -työryhmälle järjestelmän suorityskykytutkimukseen. Tässä työssä esitetään SmartBAN-järjestelmän fyysisen kerroksen suorituskykytulokset, jotka ovat ensimmäiset laatuaan. Lisäksi kirjallisuudesta ei löydy vastaavia tuloksia FM-UWB:n osalta, kuten tässä työssä on esitetty. Tuloksien pohjalta voidaan päätellä, että FM-UWB suoriutuu hyvin tilanteissa, joissa vaaditaan suurta luotettavuutta sekä suurta häiriönsietokykyä. Lisäksi yksinkertainen lähetin-vastaanotinrakenne tekee siitä kiinnostavamman vaihtoehdon kuin suorahajotettu UWB (DS-UWB) sovelluksille, jotka vaativat satojen kbps:n tiedonsiirtonopeutta. SmartBAN toimii hyvin tilanteissa, joissa näistä vaatimuksista voidaan hieman joustaa. Kuitenkin on selvää, että molemmat järjestelmät tarvitsevat sopivan rinnakkais- ja häiriönvaimennustekniikan taatakseen luotettavuuden kaikissa tapauksissa.

Abstract Background: There is wide variability in the phenotypic manifestation of autism spectrum disorder (ASD). Recognizing autistic traits behind socio-emotional and adaptive problems in children with normal cognitive level can therefore be challenging. Aims and methods: The purpose of this study was to find tools for recognition of autism traits for clinicians working in primary/secondary settings. Two internationally used and empirically valid quantitative screeners, the Autism Spectrum Screening Questionnaire (ASSQ) and the Social Responsiveness Scale (SRS), were translated into Finnish and evaluated among high-functioning elementary school-aged children. An epidemiological target population of 8-year-old children (N=4,408) including 28 children with ASD was rated by parents and teachers using the ASSQ in order to assess cut-off scores for the Finnish ASSQ, and sensory abnormalities (SA) were determined in order to estimate the prevalence of SAs, and to investigate associations between sensory-perceptual problems and quantitative autism traits (QAT). The SRS was evaluated in a clinical ASD case (N=44)-control (N=44) study. It was also studied whether QAT of family members were associated with child QAT using the SRS. Results: Collecting parent and teacher ASSQ ratings and a cut-off of summed 30 points are recommended for ASD diagnostic assessments. The Finnish SRS was able to differentiate children with ASD from a normative child sample. The prevalence of SAs was 8% in the general population and 54% in the ASD sample. Tactile, auditory and olfactory hypersensitivities were associated with an elevated risk for an ASD diagnosis and auditory hypersensitivity explained the variance in the ASSQ scores among the ASD sample. In the normative sample, mother-child SRS QAT were more strongly associated, whereas in the ASD sample, a stronger positive correlation was found between father and child SRS QAT. Conclusions: In ASSQ screening, it is essential to collect both parent and teacher assessments. The SRS offers valuable information for determining the focal points of rehabilitation and evaluating treatment outcome. The SAs of the child as well as high QAT levels of male family members are indicators of an elevated risk for ASD. / Tiivistelmä Tausta: Autismikirjon häiriön kliininen oirekuva vaihtelee henkilöstä toiseen. Tästä johtuen autististen piirteiden tunnistaminen lapsen sosioemotionaalisten ja sopeutumisvaikeuksien taustalta voi olla haasteellista. Tavoitteet ja menetelmät: Tutkimuksen tarkoituksena oli etsiä kognitiivisesti hyvätasoisten peruskouluikäisten parissa työskenteleville kliinikoille apukeinoja autististen piirteiden tunnistamiseen. Kaksi kansainvälisesti käytettyä seulontamittaria, Autismikirjon seulontalomake (ASSQ) ja Sosiaalisen vastavuoroisuuden arviointiasteikko (SRS), käännettiin suomeksi ja niiden psykometrisiä ominaisuuksia arvioitiin. Lisäksi tutkittiin, olivatko aistipoikkeavuudet tai vanhempien autistismipiirteisyys yhteydessä peruskouluikäisen lapsen autismipiirteisyyteen. Vanhemmat ja opettaja täyttivät ASSQ:n 8-vuotiaista epidemiologisen kohderyhmän lapsista (N=4408), joista 28:lla oli autismikirjon häiriö, ja kohderyhmän lasten aistipoikkeavuudet kartoitettiin. ASSQ:n seulontarajat sekä aistipoikkeavuuksien esiintyvyys ja yhteys autismipiirteisyyteen määritettiin. SRS evaluoitiin ja perheen sisäisen autismipiirteisyyden vertailu tehtiin kliinisessä autismikirjo (N=44)-verrokki (N=44)-aineistossa. Tulokset: Vanhempien ja opettajan ASSQ-arviointien yhteenlaskettu pistemäärä 30 oli parhaiten toimiva seulontaraja autismikirjon häiriön diagnostisia tutkimuksia varten. SRS erotteli autismikirjon lapset normiaineistosta. Aistipoikkeavuuksien esiintyvyys kokonaisväestössä oli 8 % ja autismikirjon lapsilla 54 %. Tunto-, kuulo- ja hajuyliherkkyys olivat yhteydessä kohonneeseen autismikirjon häiriön riskiin ja kuuloyliherkkyys selitti autismipiirteisyyden vaihtelua autismikirjon lapsilla. Normiaineistossa lapsen ja äidin autismipiirteisyys olivat vahvemmin yhteydessä toisiinsa, kun taas autismikirjon lasten perheissä lapsen ja isän autismipiirteisyys olivat vahvemmin yhteydessä toisiinsa. Päätelmät: ASSQ-arvioinnissa on ensiarvoisen tärkeää kerätä tietoa lapsen käyttäytymisestä sekä koti- että kouluympäristöstä. SRS on käyttökelpoinen määriteltäessä kuntoutuksen painopistealueita ja kartoitettaessa sen vaikuttavuutta. Lapsen aistipoikkeavuudet sekä hänen miespuolisten perheenjäsentensä vahva autismipiirteisyys viittaavat autismikirjon häiriön mahdollisuuteen.

Abstract In this thesis we study the spatial throughput of interference-limited wireless networks from different perspectives, considering that the spatial distribution of nodes follows a 2-dimensional homogeneous Poisson point process and transmitters employ Gaussian point-to-point codes. To carry out this analysis, we model the interrelations between network elements using concepts from stochastic geometry, communication theory and information theory. We derive closed-form equations to compute/approximate the performance metric that is chosen to evaluate the system for each given specific scenario. Our first contribution is an investigation about whether it is preferable to have a large number of short single-hop links or a small number of long hops in multi-hop wireless networks, using a newly proposed metric denominated aggregate multi-hop information efficiency. For single-hop systems, we revisit the transmission capacity framework to study medium access protocols that use asynchronous transmissions and allow for packet retransmissions, showing when a carrier sensing capability is more suitable than synchronous transmissions, and vice-versa. We also cast the effective link throughput and the network spatial throughput optimization problems to find the combination of medium access probability, coding rate and maximum number of retransmissions that maximize each metric under packet loss and queue stability constraints, evincing when they do (and do not) have the same solution. Furthermore we analyze the expected maximum achievable sum rates over a given area – or spatial capacity – based on the capacity regions of Gaussian point-to-point codes for two decoding rules, namely (i) treating interference as noise (IAN) and (ii) jointly detecting the strongest interfering signals treating the others as noise (OPT), proving the advantages of the second. We additionally demonstrate that, when the same decoding rule and network density are considered, the spatial-capacity-achieving scheme always outperforms the spatial throughput obtained with the best predetermined fixed rate strategy. With those results in hand, we discuss general guidelines on the construction of ad hoc adaptive algorithms that would improve the information flow throughout the interference network, respecting the nodes’ internal and external constraints. / Tiivistelmä Tässä työssä tutkitaan häiriörajoitteisten langattomien verkkojen tila-alueen suorituskykyä, olettaen verkkosolmujen sijoittuvan 2-ulotteisen Poissonin pisteprosessin mukaisesti, sekä olettaen lähettimien hyödyntävän Gaussisia pisteestä-pisteeseen -koodeja. Suorituskykyanalyysi pohjautuu stokastiseen geometriaan, tietoliikenneteoriaan sekä informaatioteoriaan. Suljetun muodon suorituskyky-yhtälöitä hyödyntäen arvioidaan suorityskykymetriikoita eri skenaarioissa. Työn aluksi esitetään uusi monihyppyverkkojen informaatiotehokkuuteen perustuva metriikka. Sen avulla voidaan tutkia onko tehokkaampaa käyttää useita lyhyen hypyn linkkejä vai pienempää määrää pidempien hyppyjen linkkejä. Yhden hypyn verkoissa tutkitaan mediaanpääsyprotokollia asynkronisissa verkoissa pakettien uudelleenlähetykseen perustuen ja verrataan tätä synkroniseen lähetykseen ilman vapaan kanavan tunnistusmekanismia. Työssä tutkitaan myös linkin efektiivisen suorituskyvyn ja verkon tila-alueen suorituskyvyn optimointia, jotta sopiva yhdistelmä mediaan pääsyn todennäköisyydelle, koodausnopeudelle ja uudelleenlähetysten maksimilukumäärälle löytyisi ja samalla maksimoisi jokaisen käytetyn metriikan ehdollistettuna paketin menetyksille ja jonon stabiilisuudelle. Lisäksi arvioidaan maksimaalista odotettavaa nettosiirtonopeutta tietyllä alueella, eli tila-alueen kapasiteettia, Gaussimaisen pisteestä-pisteeseen koodien kapasiteettialueisiin perustuen kahta eri dekoodaussääntöä hyödyntäen: (i) olettaen häiriön olevan kohinaa tai (ii) ilmaisemalla voimakkaimmat häiriösignaalit ja olettaen muiden olevan kohinaa. Jälkimmäinen osoittautui tehokkaammaksi menetelmäksi. Työssä osoitetaan myös, että samalla dekoodaussäännöllä ja verkon tiheydellä tila-alueen kapasiteetin saavuttava menetelmä on aina tehokkaampi kuin tavanomainen tila-alueen suorituskykyyn perustuva kiinteän siirtonopeuden menetelmä. Saavutettujen tulosten valossa työssä esitetään yleisiä suunnittelumenetelmiä mukautuville ad hoc -algoritmeille, joiden avulla voidaan parantaa tiedonsiirtoa häiriörajoitteisissa verkoissa, ehdollistettuna verkon solmujen sisäisille ja ulkoisille rajoitteille.

Abstract Background: Autism spectrum disorders (ASDs), defined as pervasive developmental disorders (PDDs) in DSM-IV and ICD-10, become manifest in childhood, ranging from a severe form, autism, to milder forms, Asperger syndrome (AS) and pervasive developmental disorder not otherwise specified (PDD-NOS)/atypical autism. AS is also specified in criteria by Gillberg and by Szatmari et al. Different diagnostic criteria sets, overlaps, inaccuracies and exclusion criteria of many comorbid psychiatric disorders in PDDs have caused confusion. In DSM-5, PDDs were replaced by one diagnosis called ASD. Aims and methods: This is an epidemiological study of 8-year-old children and a clinical study of 9- to 16-year-old high-functioning outpatients with AS/autism (HFA). The epidemiological target population (n = 4,422) was rated via the Autism Spectrum Screening Questionnaire (ASSQ) by parents and/or teachers and a screened sample was examined in order to estimate the prevalence of ASDs, to discover deficits in the diagnostic criteria of ASDs, to evaluate DSM-5 draft criteria for ASD, and to assess cut-off scores for the Finnish ASSQ. Comorbid psychiatric disorders were identified and overall level of functioning rated in 50 subjects with AS/HFA. Results: The prevalence of AS according to DSM-IV was 2.5, to ICD-10 2.9, to Gillberg 2.7, and to Szatmari et al. 1.6 per 1,000. The prevalence of autism was 4.1 and that of ASDs 8.4 per 1,000 (DSM-IV). DSM-5 draft criteria were less sensitive in detecting AS/HFA. For 7- to 12-year-old children (IQ ≥ 50), the optimal cut-off scores were 30 in clinical settings and 28 in total population screening using summed parent-rated and teacher-rated ASSQ scores. Comorbid psychiatric disorders were common (prevalence 74%) and often multiple; behavioral disorders in 44%, anxiety disorders in 42%, and tic disorders in 26%. Oppositional defiant disorder, depressive disorder and anxiety disorders as comorbidities indicated significantly lower levels of functioning. Conclusions: Our results indicate the need to standardize the diagnostic criteria. The ICD-11 criteria should be uniform and harmonize with DSM-5. Determining cut-off scores for ASD screening instruments in different languages and cultures is of utmost importance. Clinicians are reminded to investigate psychiatric comorbidity in ASDs in order to target treatment and rehabilitation precisely. / Tiivistelmä Lähtökohdat: Autismikirjon häiriöt, ICD-10:ssä ja DSM-IV:ssä nimellä laaja-alaiset kehityshäiriöt, ilmenevät lapsuudessa. Niihin luetaan autismi, Aspergerin oireyhtymä (AS) ja tarkemmin määrittelemätön laaja-alainen kehityshäiriö/epätyypillinen autismi. Gillberg sekä Szatmari työtovereineen ovat myös määritelleet AS:n kriteerit. Useat diagnostiset kriteerit, päällekkäisyydet, epätarkkuudet ja monien psykiatristen liitännäishäiriöiden poissulkeminen laaja-alaisissa kehityshäiriöissä ovat aiheuttaneet sekaannuksia. DSM-5:ssä laaja-alaiset kehityshäiriöt korvattiin yhdellä diagnoosilla: autismikirjon häiriö. Menelmät ja tavoitteet: Väitöstyö muodostui 8-vuotiaita lapsia koskeneesta epidemiologisesta tutkimuksesta sekä 9–16-vuotiaita AS- ja autistisia (HFA) lapsia ja nuoria koskeneesta kliinisestä tutkimuksesta. Vanhemmat ja/tai opettajat täyttivät epidemiologisen kohderyhmän lapsista (n = 4 422) suomennetun autismikirjon seulontalomakkeen (ASSQ), ja seuloutuneille tehtiin diagnostiset tutkimukset. Tämän jälkeen määritettiin autismikirjon esiintyvyys, kartoitettiin diagnostisten kriteerien puutteita, arvioitiin DSM-5-luonnoskriteerit autismikirjon häiriölle ja määritettiin ASSQ:n seulontarajat. Psykiatrinen komorbiditeetti ja sen merkitys toiminnalliseen tasoon tutkittiin AS-/HFA-lapsilla ja -nuorilla (n = 50). Tulokset: AS:n esiintyvyys oli 2,5/1000 DSM-IV:n, 2,9/1000 ICD-10:n, 2,7/1000 Gillbergin ja 1,6/1000 Szatmarin mukaan. Autismin esiintyvyys oli 4,1/1000 ja koko autismikirjon 8,4/1000 (DSM-IV). DSM-5-luonnoskriteerit olivat epäherkät tunnistamaan AS:ää ja HFA:ta. Parhaiten soveltuviksi ASSQ:n seulontarajoiksi alakouluikäisille (ÄO ≥ 50) osoittautuivat 30 kliinisiä tilanteita ja 28 väestöseulontoja varten laskemalla yhteen vanhempien arvioinnin ja opettajan arvioinnin pisteet. Psykiatrisia liitännäishäiriöitä oli 74 %:lla, ja monilla oli useita. Käytöshäiriöitä oli 44 %:lla, ahdistuneisuushäiriöitä 42 %:lla ja tic-häiriöitä 26 %:lla. Uhmakkuus- ja masennushäiriö sekä ahdistuneisuushäiriöt alensivat merkitsevästi toiminnallista tasoa. Päätelmät: Tulokset osoittivat diagnostisten kriteereiden yhtenäistämistarpeen. ICD-11:een on syytä laatia yhdenmukaiset kriteerit DSM-5:n kanssa. Autismikirjon seulontalomakkeille on tarpeen määrittää eri kieliin ja kulttuureihin soveltuvat pisterajat. Psykiatrisen komorbiditeetin selvittäminen autismikirjon häiriöissä on tärkeää, jotta hoito ja kuntoutus voidaan kohdentaa oikein.

Abstract This study examined Finnish children’s narrative skills using a picture-based story generation task. 4- to 8-year-old children with typical development (n = 172), 5- to 7-year-old children with specific language impairment (SLI) (n = 19) and 5- to 10-year-old children with autism spectrum disorder (ASD) (n = 16) participated in the study. Linguistic (productivity, syntactic complexity, grammatical accuracy) and pragmatic (referential accuracy, event content, mental state expressions, discourse features, and story comprehension) measures were used so as to gain a comprehensive picture of narrative skills. The choice of measures was based on the narrative abilities of the participants, and not all measures were used with all participants. In typically developing children, a subtle development trend was seen in all the measures used, but significant differences between consecutive age-groups were mostly seen in younger participants. The relationship between narrative productivity measures and event content was found to be important. The number of different word tokens was, in particular, useful in explaining the event content. For children with SLI, the linguistic and pragmatic aspects of narration were demanding. Their stories were short and contained less information than those of their control. Their referential and grammatical accuracy was also poorer than among typically developing children, and they showed difficulties in expressing the mental states of the story characters and in story comprehension. Children with ASD produced narratives with an almost similar linguistic structure to those of their control children. However, children with ASD showed difficulties in the pragmatic aspect of narration, in establishing informative story content and in story comprehension. They also tended to include irrelevant information in their stories, which was not seen to that extent in cases of typical development. This dissertation shows a development in 4- to 8-year-olds’ narratives that seems to occur around the ages of 4 and 5. Narrative difficulties seem to be related to both SLI and ASD, but are more wide-ranging in SLI, whereas in ASD difficulties focus on the pragmatic aspects of narration. / Tiivistelmä Tutkimuksessa selvitettiin, millaiset ovat suomalaislasten kuvasarjakerronnan avulla arvioidut kerrontataidot. Tutkimukseen osallistui 4–8-vuotiaita tyypillisesti kehittyneitä lapsia (n = 172), 5–7-vuotiaita lapsia, joilla on kielellinen erityisvaikeus (SLI) (n = 19) ja 5–10-vuotiaita lapsia, joilla on autismikirjon häiriö (ASD) (n = 16). Tutkimuksessa käytettiin lingvistisiä (produktiivisuus, syntaksin monipuolisuus, kieliopillinen tarkkuus) ja pragmaattisia (viittaussuhteiden tarkkuus, tapahtumasisältö, mielentilailmaukset, diskurssipiirteet, kertomuksen ymmärtäminen) muuttujia, jotta kerrontataidoista saadaan kokonaisvaltainen kuva. Kaikkia muuttujia ei käytetty kaikkien tutkittavien kesken, vaan tutkimusmenetelmien valinta perustui tutkittavien kerronnan piirteisiin. Tyypillisesti kehittyvien lasten kerrontataidot kehittyivät kaikkien käytettyjen muuttujien osalta, mutta peräkkäisissä ikäryhmissä merkitsevä muutos havaittiin vain nuorempien ikäryhmien välillä. Kerronnan produktiivisuuden ja tapahtumasisällön välillä havaittiin yhteys, ja erityisesti eri saneiden määrä oli merkitsevä tapahtumasisällön selittäjä. Kerronnan lingvistinen ja pragmaattinen hallinta oli haastavaa lapsille, joilla on SLI. Heidän kertomuksensa olivat pituudeltaan, tapahtumasisällöltään ja mielentilailmauksiltaan niukempia sekä viittaussuhteiltaan epätarkempia kuin tyypillisesti kehittyvien lasten kertomukset. Lapset, joilla on SLI, tuottivat enemmän kieliopillisia virheitä kuin kontrollilapset, ja myös tarinan ymmärtäminen oli heille haastavaa. Kertomuksen lingvistinen rakenne oli likimain samankaltainen tyypillisesti kehittyneillä lapsilla ja lapsilla, joilla on ASD. Lapset, joilla on ASD, tuottivat tapahtumasisällöltään niukempia kertomuksia kuin kontrollilapset, ja lisäksi heidän tarinansa sisälsivät irrelevanttia tietoa. Kertomuksen ymmärtäminen oli myös vaikeaa lapsille, joilla on ASD. Tutkimus osoittaa, että 4–8-vuotiaiden kerrontataidoissa on kehitystä, mikä vaikuttaa olevan aktiivista erityisesti 4–5 ikävuoden aikana. Kerronnan vaikeudet ovat kielellisessä erityisvaikeudessa laaja-alaisia, kun taas autismikirjossa vaikeudet näkyvät ennemmin kerronnan pragmaattisessa hallinnassa.