Semi-global techniques in image matching and change detection with applications to civil and environmental engineering.

This work of thesis wants to present a dissertation of the wide range of modern dense matching algorithms, which are spreading in different application and research fields, with a particular attention to the innovative “Semi-Global” matching techniques. The choice of develop a semi-global numerical code was justified by the need of getting insight on the variables and strategies that affect the algorithm performances with the primary objective of maximizing the method accuracy and efficiency, and the results level of completeness. The dissertation will consist in the metrological characterization of the proprietary implementation of the semi-global matching algorithm, evaluating the influence of several matching variables and functions implemented in the process and comparing the accuracy and completeness of different results (digital surface models, disparity maps and 2D displacement fields) obtained using our code and other commercial and open-source matching programs in a wide variety of application fields.

Design Strategies and Modelling of Low-Power Sigma-Delta Analog-to-Digital Converters

Oggi, i dispositivi portatili sono diventati la forza trainante del mercato consumer e nuove sfide stanno emergendo per aumentarne le prestazioni, pur mantenendo un ragionevole tempo di vita della batteria. Il dominio digitale è la miglior soluzione per realizzare funzioni di elaborazione del segnale, grazie alla scalabilità della tecnologia CMOS, che spinge verso l'integrazione a livello sub-micrometrico. Infatti, la riduzione della tensione di alimentazione introduce limitazioni severe per raggiungere un range dinamico accettabile nel dominio analogico. Minori costi, minore consumo di potenza, maggiore resa e una maggiore riconfigurabilità sono i principali vantaggi dell'elaborazione dei segnali nel dominio digitale. Da più di un decennio, diverse funzioni puramente analogiche sono state spostate nel dominio digitale. Ciò significa che i convertitori analogico-digitali (ADC) stanno diventando i componenti chiave in molti sistemi elettronici. Essi sono, infatti, il ponte tra il mondo digitale e analogico e, di conseguenza, la loro efficienza e la precisione spesso determinano le prestazioni globali del sistema. I convertitori Sigma-Delta sono il blocco chiave come interfaccia in circuiti a segnale-misto ad elevata risoluzione e basso consumo di potenza. I tools di modellazione e simulazione sono strumenti efficaci ed essenziali nel flusso di progettazione. Sebbene le simulazioni a livello transistor danno risultati più precisi ed accurati, questo metodo è estremamente lungo a causa della natura a sovracampionamento di questo tipo di convertitore. Per questo motivo i modelli comportamentali di alto livello del modulatore sono essenziali per il progettista per realizzare simulazioni veloci che consentono di identificare le specifiche necessarie al convertitore per ottenere le prestazioni richieste. Obiettivo di questa tesi è la modellazione del comportamento del modulatore Sigma-Delta, tenendo conto di diverse non idealità come le dinamiche dell'integratore e il suo rumore termico. Risultati di simulazioni a livello transistor e dati sperimentali dimostrano che il modello proposto è preciso ed accurato rispetto alle simulazioni comportamentali.

Physical and MAC layer techniques for next generation satellite communications

In this thesis, we consider four different scenarios of interest in modern satellite communications. For each scenario, we will propose the use of advanced solutions aimed at increasing the spectral efficiency of the communication links. First, we will investigate the optimization of the current standard for digital video broadcasting. We will increase the symbol rate of the signal and determine the optimal signal bandwidth. We will apply the time packing technique and propose a specifically design constellation. We will then compare some receiver architectures with different performance and complexity. The second scenario still addresses broadcast transmissions, but in a network composed of two satellites. We will compare three alternative transceiver strategies, namely, signals completely overlapped in frequency, frequency division multiplexing, and the Alamouti space-time block code, and, for each technique, we will derive theoretical results on the achievable rates. We will also evaluate the performance of said techniques in three different channel models. The third scenario deals with the application of multiuser detection in multibeam satellite systems. We will analyze a case in which the users are near the edge of the coverage area and, hence, they experience a high level of interference from adjacent cells. Also in this case, three different approaches will be compared. A classical approach in which each beam carries information for a user, a cooperative solution based on time division multiplexing, and the Alamouti scheme. The information theoretical analysis will be followed by the study of practical coded schemes. We will show that the theoretical bounds can be approached by a properly designed code or bit mapping. Finally, we will consider an Earth observation scenario, in which data is generated on the satellite and then transmitted to the ground. We will study two channel models, taking into account one or two transmit antennas, and apply techniques such as time and frequency packing, signal predistortion, multiuser detection and the Alamouti scheme.