Abstract In the current LTE-Advanced system, decode-and-forward (DF) is leveraged for cooperative relaying, where the erroneously decoded sequences are discarded at the relay, resulting in a waste of resources. The reason lies in that the erroneously decoded sequence can provide a certain amount of useful information about the source at the destination. Therefore, we develop a new relaying scheme, called lossy DF (also known as lossy forward (LF)), where the relay always forwards the decoded sequence to the destination. Beneficial from the always-forward principle, it has been verified that LF relaying outperforms DF relaying in terms of outage probability, ε-outage achievable rate, frame error rate (FER), and communication coverage. Three exemplifying network scenarios are studied in this thesis: the one-way multiple-input multiple-output (MIMO) relay network, the multiple access relay channel (MARC), and the general multi-source multi-relay network. We derive the outage probability of the one-way MIMO relay networks under the assumption that the orthogonal space-time block code (OSTBC) is implemented at the transmitter side for each individual transmission. Interestingly, we find that the diversity order of the OSTBC based one-way MIMO relay network can be interpreted and formulated by the well-known max-flow min-cut theorem, which is widely utilized to calculate the network capacity. For the MARC, non-orthogonal transmission is introduced to further improve the network throughput compared to its orthogonal counterpart. The region for lossless recovery of both sources is formulated by the theorem of multiple access channel (MAC) with a helper, which combines the Slepian-Wolf rate region and the MAC capacity region. Since the region for lossless recovery is obtained via sufficient condition, the derived outage probability can be regarded as a theoretical upper bound. We also conduct the performance evaluation by exploiting different accumulator (ACC) aided turbo codes at the transmitter side, exclusive or (XOR) based multi-user complete decoding at the relay, and iterative joint decoding (JD) at the destination. For the general multi-source multi-relay network, we focus on the investigation the end-to-end outage probability. The performance improvement of LF over DF is verified through theoretical analyses and numerical results in terms of outage probability. / Tiivistelmä Tämän päivän LTE-A-tiedonsiirtojärjestelmissä hyödynnetään dekoodaa-ja-välitä (decode-and-forward, DF) menetelmää yhteistoiminnalliseen tiedon edelleenlähetykseen (relaying) siten, että virheellisesti vastaanotetut sekvenssit hylätään välittimessä (relay). Tämä on resurssien hukkaamista, sillä virheellisissäkin viesteissä on informaatiota, jota voidaan hyödyntää vastaanottimessa. Tässä väitöskirjassa tutkitaan uutta häviöllistä DF-menetelmää, johon viitataan nimellä häviöllinen välitys (lossy forward, LF). Menetelmässä välitin lähettää informaation aina eteenpäin olipa siinä virheitä tai ei. Sen etuna verrattuna perinteiseen DF-menetelmään, on parantunut luotettavuus metriikoilla jossa mitataan vastaanoton todennäköisyyttä ja verkon peittoaluetta. Väitöskirjassa tarkastellaan LF-menetelmää kolmessa eri verkkotopologiassa jotka ovat yksisuuntainen monitulo-monilähtövälitinverkko (multiple-input multiple-output, MIMO), moniliityntävälitinkanava (multiple access relay channel, MARC), sekä yleinen moniläheinen monivälitinverkko. Työssä johdetaan matemaattinen esitys estotilan todennäköisyydelle (outage probability) yksisuuntaisessa MIMO-välitinverkossa olettaen ortogonaalisen tila-aika lohkokoodin (orthogonal space-time block code, OSTBC) käyttö. Estotilan todennäköisyys esitetään käyttäen toisteastta (diversity order), joka saadaan johdettua tunnetusta max-flow min-cut lauseesta, jota puolestaan käytetään yleisesti erilaisten verkkojen kapasiteettien laskentaan. MARC-topologiassa hyödynnetään ei-ortogonaalista lähetystä verkon datavirran kasvattamiseen. Häviöttömän lähetyksen informaatioteoreettinen kapasiteettialue saadaan johdettua MAC-auttajan kanssa. Lähestymistavassa Slepian-Wolf- sekä MAC-kapasiteettialueet yhdistyvät. Alueelle, jossa kahden lähteen lähetysnopeudet ovat sellaiset, että vastaanotto on häviötöntä, annetaan riittävä ehto, jolloin johdettu estotilan todennäköisyys on teoreettinen yläraja. Suorituskykyä evaluoidaan myös tietokonesimulaatioilla, joissa käytetään erilaisia akkumulaattoriavusteisia turbokoodeja lähettimessä, ehdoton tai (exclusive or, XOR) pohjaista monen käyttäjän dekoodausta välittimessä sekä iteratiivista yhteisdekoodausta vastaanottimessa. Yleisessä monilähteisessä monivälitinverkossa keskitytään alkuperäisen lähetyksen estotilatodennäköisyyteen. Teoreettinen analyysi sekä simulaatiot osoittavat, että LF:n estotilan todennäköisyys on pienempi kuin DF:n.

Abstract The purpose of this study was to describe and investigate the health-related quality of life of patients suffering from lower limb arteriosclerotic disease before and after treatment. In addition, patients' experiences of living with their illness were examined a year after treatment, and the costs of treatment were investigated before and after treatment. A total of 180 patients took part in the study; 64 were treated conservatively, 85 endovascularly and 31 surgically. During the study, the health-related quality of life of the patients (N = 180) was monitored at the beginning of the study and 6 and 12 months after treatment using the Nottingham Health Profile (NHP) and the 15D quality of life scale. Theme interviews were conducted with some of the patients (n = 18) a year after treatment. In addition, the costs of different treatment methods were examined using a questionnaire which mapped the patients' (n = 153) use of health and social services and the hospital's municipal billing data. The patients' (N = 180) ankle-brachial systolic blood pressure ratio (ABI) was measured at the beginning of the study and 12 months after treatment. The data were analysed using basic statistical methods and content analysis. Compared to the age-and-gender-standardised normal population, the health-related quality of life of women (n = 62) suffering from lower limb arteriosclerotic disease was significantly poorer only in the dimension of pain. Prior to treatment, men's (n = 118) health-related quality of life was significantly lower than that of other Finnish men of the same age (N = 2 126) in all the areas of the NHP scale. In addition, as measured on the 15D scale, the patients' health-related quality of life was statistically significantly poorer compared to normal population (N = 4 048). The claudication distance and the ABI index of patients treated with endovascular and surgical methods was significantly improved one year after treatment. The quality of sleep and emotional reactions of patients treated with conservative methods improved as measured on the NHP scale, while the emotional reactions and energy levels of endovascularly treated patients improved as measured on the NHP scale. The 15D scale also indicated improvement in the overall quality of life, mobility, coping with daily tasks, quality of sleep and energy levels, as well as a decrease in pain and anxiety, which in turn decreased social exclusion. One year after treatment, the NHP scale showed decreased pain and improved mobility, quality of sleep and emotional reactions in surgically treated patients, while the 15D scale indicated improvement in the overall quality of life, mobility, energy levels and quality of sleep. During content analysis, three main categories were formed based on patient experiences: struggle with the effects of the illness, pursuit of a balanced life and the use of internal resources. The direct costs of the diagnostic phase of conservative treatment were €1 625. As the treatment proceeded, the costs decreased in a statistically significant manner to €702. The direct costs of endovascular treatment were €1 522 during the diagnostic phase, increasing in a statistically significant way as the treatment proceeded to €4 579. The direct costs of the diagnostic phase of surgical treatment were €1 579, increasing to €5 608 in a statistically significant way as the treatment proceeded. The study produced an extensive and varied description of the health-related quality of life of patients suffering from lower limb arteriosclerotic disease, patients' experiences of living with the illness and the costs of different treatment methods. The new information produced in this study can be used in a multidisciplinary and multiprofessional way, particularly in improving the treatment and rehabilitation of patients suffering from arteriosclerosis of the lower extremities, and in basic and continuing nursing education. / Tiivistelmä Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli kuvailla ja selvittää alaraajojen valtimonkovetustautia sairastavien potilaiden terveyteen liittyvää elämänlaatua ennen hoitomenetelmiä ja niiden jälkeen. Lisäksi tarkasteltiin heidän kokemuksiaan elämästä sairauden kanssa vuoden kuluttua hoitomenetelmistä ja potilaille tehtyjen hoitomenetelmien kustannuksia ennen hoitoa ja sen jälkeen. Tutkimuksessa oli yhteensä 180 potilasta, joista 64 hoidettiin konservatiivisesti, 85 endovaskulaarisin ja 31 kirurgisin hoitomenetelmin. Tutkimuksessa seurattiin potilaiden (N = 180) terveyteen liittyvää elämänlaatua Nottingham Health Profile (NHP) ja 15D-elämänlaatumittareilla tutkimuksen alussa, sekä 6 ja 12 kuukauden kuluttua hoidoista. Osalle potilaista (n = 18) tehtiin teemahaastattelu vuoden kuluttua hoidoista. Lisäksi selvitettiin eri hoitomenetelmien kustannuksia potilaiden (n = 153) terveydenhuolto- ja sosiaalipalvelujen käyttöä kartoittavalla kyselylomakkeella sekä sairaalan kuntalaskutustiedostoilla. Potilaiden (N = 180) nilkan ja olkavarren välisten systolisten verenpaineiden suhde (ABI) mitattiin tutkimuksen alussa ja 12 kuukauden kuluttua hoitomenetelmistä. Aineistojen analyyseissa käytettiin tilastollisia perusmenetelmiä sekä sisällön analyysia. Verrattuna ikä- ja sukupuolivakioituun normaaliväestöön alaraajojen valtimonkovetustautia sairastavien naisten (n = 62) terveyteen liittyvä elämänlaatu oli merkitsevästi huonompi vain kivun ulottuvuudella. Miesten (n = 118) terveyteen liittyvä elämänlaatu oli ennen hoitomenetelmiä kaikilla kuudella NHP-mittarin osa-alueella merkitsevästi huonompi kuin vastaavanikäisillä suomalaisilla miehillä (N = 2126). Potilaiden elämänlaatu oli myös 15D-mittarilla mitattuna tilastollisesti merkitsevästi huonompi kuin normaaliväestöllä (N = 4048). Vuoden päästä hoidoista endovaskulaarisilla ja kirurgisilla toimenpiteillä hoidettujen potilaiden katkokävelymatka ja ABI-indeksi parantuivat merkitsevästi. Konservatiivisesti hoidetuilla potilailla unen laatu ja tunnereaktiot parantuivat NHP-mittarilla mitattuna. Endovaskulaarisesti hoidetuilla potilailla paranivat NHP- mittarilla mitattuna tunnereaktiot ja tarmokkuus. Myös sosiaalinen eristäytyminen väheni, kun 15D- mittari osoitti paranemista yleisessä elämänlaadussa, liikkumisessa, päivittäisissä toiminnoissa selviytymisessä, unen laadussa ja energisyydessä sekä kivut ja ahdistuneisuus helpottuivat. Vuoden kuluttua kirurgisesti hoidetuilla potilailla NHP-mittari osoitti kivun vähenemistä, liikkumisen, unen laadun ja tunnereaktioiden paranemista, kun 15D-mittarilla mitattuna paranemista tapahtui yleisessä elämänlaadussa, liikkumisessa, energisyydessä ja unen laadussa. Sisällön analyysin tuloksena muodostui kolme pääkategoriaa potilaiden kokemuksista: sairauden vaikutusten kanssa kamppailua, tasapainoisen elämän tavoittelua ja sisäisten voimavarojen käyttöä. Konservatiivisen hoidon diagnosointivaiheen suorat kustannukset olivat 1 625 €. Ne laskivat tilastollisesti merkitsevästi hoidon edettyä ja olivat 702 €. Endovaskulaarisen hoidon suorat kustannukset olivat diagnosointivaiheessa 1 522 € ja ne nousivat tilastollisesti merkitsevästi hoidon edettyä ja olivat 4 579 €. Kirurgisen hoidon suorat kustannukset diagnosointivaiheessa olivat 1 579 € ja ne nousivat tilastollisesti merkitsevästi hoidon edettyä ja olivat 5 608 €. Tutkimus tuotti laajan ja monipuolisen kuvan alaraajojen valtimonkovetustautia sairastavien terveyteen liittyvästä elämänlaadusta, potilaiden kokemuksista elämästä sairauden kanssa ja hoitomenetelmien kustannuksista. Tässä tutkimuksessa tuotettua uutta tietoa voidaan hyödyntää monitieteisesti, moniammatillisesti ja erityisesti alaraajojen valtimonkovetustautia sairastavien hoidon ja kuntoutuksen kehittämisessä, sekä hoitotyön perus- ja täydennyskoulutuksessa.