La investigación de los materiales constitutivos de obras de arte, en la que se encuadra esta tesis, es una de las aplicaciones de la espectroscopía Raman que ha ido creciendo en importancia en las últimas décadas. El éxito de la aplicación de esta técnica al campo del arte reside en que es una de las técnicas analíticas que, por sus características de no-destructividad y posibilidad de análisis in-situ, mejor se adapta a las exigencias de este tipo de estudio. Así pues, mediante este análisis, se pueden llegar a identificar los materiales que constituyen una obra, lo cual resulta de vital importancia tanto para su datación, autentificación y catalogación, como para poder realizar con rigor su conservación y restauración.La espectroscopia Raman es una técnica fotónica que se basa en el análisis de la pequeña fracción de luz dispersada por la muestra analizada al incidir sobre ella un haz de luz monocromático; la luz dispersada presenta unos cambios frecuenciales (bandas Raman) respecto a la luz incidente que son característicos de la composición molecular del material analizado. Concretamente, la identificación de un material pictórico utilizando la espectroscopia Raman se consigue mediante la localización de la posición frecuencial de las bandas Raman presentes en su espectro. El conjunto de bandas Raman es característico y particular de cada material y permite la identificación unívoca del mismo. Así pues, una vez obtenido el espectro Raman de una muestra y extraída la posición de las bandas que aparecen, si se comparan con las bandas características de pigmentos patrones conocidos se puede identificar a cuál de ellos corresponde. En el laboratorio de espectroscopia Raman del TSC se han obtenido y almacenado los espectros Raman de una amplia colección de pigmentos patrones, por lo que se dispone de una extensa base de datos para comparar con la información Raman contenida en el espectro de un material bajo análisis. Sin embargo, la obtención de esta información Raman no es siempre fácil ya que el espectro medido contiene, además de la señal Raman, ruido inherente tanto al proceso de medida como a la naturaleza del material analizado, que puede llegar a enmascarar la señal Raman. Para mejorar la relación señal-ruido de un espectro Raman se pueden utilizar diversas técnicas de procesado de señal y, de entre ellas, en esta tesis se investiga la utilidad del procesado basado en técnicas de lógica difusa. En este trabajo se ha utilizado esta técnica de procesado para filtrar y así mejorar la relación señal-ruido en espectros Raman ya que permite tratar con la incertidumbre introducida por el ruido inherente a la propia medida, y procesar el espectro sin pérdida de la información, es decir, sin que se vea modificada la posición de las bandas Raman. Por otra parte, la identificación de un material pictórico es realizada habitualmente por el propio analista mediante la inspección visual del espectro, la localización de las bandas presentes en el espectro y la comparación de estas bandas con la base de datos de bandas características de pigmentos patrones de que se disponga. Esta tarea no es fácil y se requiere un observador experimentado que, bajo el prisma de su experiencia y conocimiento adquirido, realice las tareas de localización e identificación. En este proceso se introduce, inevitablemente, una componente de subjetividad ligada a la interacción del investigador. Además suele ser un trabajo costoso y que requiere un elevado consumo de tiempo. Para intentar evitar los errores que esta metodología de trabajo puede conllevar, en esta tesis se han utilizado las posibilidades que ofrece la lógica difusa para desarrollar un sistema que sea capaz de llevar a cabo la localización automática de bandas Raman y su posterior identificación mediante la comparación con una base de datos de patrones, eliminando así el factor de subjetividad e independizando tanto localización como identificación del juicio del investigador.

La exitosa implantación de la telefonía móvil a escala mundial presenta una muy importante oportunidad para la expansión del comercio electrónico sobre entornos inalámbricos. El comercio electrónico para móviles, m-Commerce, implica tres aspectos básicos: 1) la negociación y el servicio en la vecindad de cliente, 2) información oportuna y georeferenciada mientras el usuario esta en movimiento, 3) la posibilidad para completar una transacción en cualquier sitio y momento. El usuario debe tener las facilidades siguientes: la negociación y la entrega inmediata, métodos rápidos de micro y de macro pago, y facilidad de uso en el ambiente de móvil. Una de las novedades del comercio móvil es la posibilidad de atraer a clientes en el vecindario hacia un centro de venta y/o servicios proporcionándoles la información apropiada. Existen, sin embargo, una serie de factores que dificultan la implantación y el desarrollo del comercio móvil respecto al comercio electrónico. Esos inconvenientes se relacionan con las características del ambiente inalámbrico: normalmente menor ancho de banda, latencia más baja, menos estabilidad de conexiones, la disponibilidad menos previsible. Y las limitaciones en los equipos móviles: la unidad de procesamiento central menos potente, menos memoria, limitaciones en el consumo de potencia, formato reducido de pantalla, y otras más.La seguridad extremo a extremo entre el servidor de Internet y el terminal móvil es indispensable para aplicaciones de comercio electrónico. La especificación de la capa de seguridad WTLS (Wireless Transport Layer Security de WAP) no proporciona este nivel de seguridad. El uso de WTLS y la seguridad a nivel de la capa de transporte TLS (Transport Layer Security) permite la privacidad en los canales inalámbrico e Internet, pero la seguridad alcanzada no es suficiente para aplicaciones de comercio electrónico; por ello se precisan mecanismos de seguridad extremo a extremo. En esta tesis se propone una alternativa a la arquitectura de la seguridad de WAP para resolver el problema mencionado, basada en la implementación de una capa de seguridad nueva dentro de la capa WAE (Wireless Application Environment). Esto hace posible la seguridad extremo a extremo, compatibilidad con TLS, transparencia ante el usuario, y se evita la traducción y descompresión en la pasarela de WAP. Varios estudios sobre usabilidad de los dispositivos con capacidades de WAP indican que los usuarios se desconectaron debido a tiempos de respuesta lentos y la falta de comodidad en el uso (interfaces no agradables, servicios costosos, . ). Los estudios coincidieron en que las velocidades más rápidas y el uso extendido de equipos móviles de datos promueven el comercio móvil, y que el número de usuarios familiarizados con equipos móviles sube constantemente, particularmente entre usuarios de WAP, de modo que estos usuarios comienzan a ver sus teléfonos móviles como algo más que meros teléfonos. La movilidad del usuario contribuye a hacer las redes inalámbricas más complejas, y constituyen los nuevos paradigmas en el intercambio de información. Las posibilidades que se abren para la Internet inalámbrica constituyen una oportunidad importante para el comercio electrónico. El futuro e impacto social de las tecnologías utilizadas, WAP, GPRS, UMTS, . son cuestionadas habitualmente. En esta tesis se analiza la posibilidad de realizar operaciones de m-Commerce sobre WAP. Por ello, se presentan los mecanismos de seguridad de WTLS (Wireless Transport Layer Security) y se analiza la seguridad extremo a extremo en este protocolo. En redes inalámbricas, existe la necesidad de acelerar la respuesta al usuario, facilitarle el uso en ambientes ruidosos, con desconexión no previsible, sobre dispositivos con formato limitado. Para paliar los problemas relacionados a la entrega de información, facilitar el uso y personalizar el servicio con el cliente, se presenta una propuesta basada en un sistema intermediario. Los objetivos de dicho intermediario son a) reducir el tráfico de datos en el canal inalámbrico delegando tareas tales como la búsqueda, interacción y filtrado de la información al Intermediario aún estando fuera de línea; b) Reutilizar contenidos: reutilizar la información residente en el almacén intermedio mediante un sistema distribuido de caches y proxies; c) Personalizar la información: conociendo previamente el perfil del usuario se puede filtrar y distribuir información en forma predictiva y d) Gestionar la información del estado de los certificados con OCSP (On-line Certificate Status Protocol).

La comunicación entre redes ad hoc y redes basadas en infraestructura resulta esencial para poder extender Internet más allá de su alcance tradicional, a aquellas áreas hasta ahora inaccesibles, permitiendo la utilización de servicios Web y otras muchas aplicaciones en todo momento y lugar.En esta tesis doctoral se abordan dos difíciles retos: intentar proporcionar calidad de servicio extremo a extremo en la comunicación entre una red ad hoc y una red fija, y alargar la supervivencia de la red ad hoc para que dicha comunicación sea lo más estable y duradera posible.Para lograr alcanzar estos objetivos, se ha realizado primeramente un estudio exhaustivo tanto de los modelos de calidad de servicio como de los protocolos de encaminamiento existentes para redes ad hoc aisladas. Fruto de dicho estudio ha surgido una primera contribución que consiste en el diseño e implementación de un protocolo de encaminamiento para la mejora de la supervivencia en una red ad hoc aislada.A partir de esta base se ha podido abordar la diferenciación de servicios en redes ad hoc conectadas con redes fijas; como consecuencia de esta investigación se ha desarrollado una segunda contribución que consiste en el diseño y evaluación de un modelo de diferenciación de servicios que se basa en la cooperación para el mantenimiento de la calidad de servicio entre ambas redes.Finalmente, mediante una tercera contribución, se ha conseguido mejorar la supervivencia de una red ad hoc conectada a una red basada en infraestructura con el diseño e implementación de un protocolo de encaminamiento específicamente creado para tal efecto. Además, se ha demostrado que la incorporación de este protocolo de encaminamiento en una red ad hoc que utiliza un modelo de calidad de servicio basado en la interacción entre la red ad hoc y la red IP fija, no sólo alarga la supervivencia de la red ad hoc sino que además evita un aumento de la congestión y mejora la diferenciación de servicios entre ambas redes.Las simulaciones exhaustivas realizadas sirven para comparar todas estas contribuciones con otras propuestas anteriores, demostrando su efectividad y rendimiento.Las contribuciones presentadas en esta tesis doctoral tienen una singular importancia, pues hasta la fecha no se ha desarrollado ningún modelo de calidad de servicio que permita la interacción y favorezca la cooperación entre una red ad hoc y una red IP fija con el fin de proporcionar calidad de servicio extremo a extremo. Las contribuciones que se aportan demuestran que sí que es posible la diferenciación de servicios entre una red ad hoc y una red IP fija; además, prueban que resulta imprescindible la cooperación e integración de los modelos de calidad de servicio de ambas redes para lograrlo. Este trabajo resulta pionero en estos aspectos y sirve para abrir una nueva línea de investigación con el fin de promover la comunicación entre redes ad hoc y redes fijas. / The communication between wireless ad hoc networks and infrastructure-based networks is essential to extend Internet beyond its traditional scope, to remote inaccessible areas, making Web services available anytime, anywhere.In this PhD thesis two difficult challenges are tackled: to provide end-to-end quality of service in the communication between an ad-hoc and a wired network, and to extend the ad-hoc network survivability to achieve that this communication becomes as stable and lasting as possible.In order to attain these goals, we have firstly done an exhaustive study of the existing quality of service models as well as the routing protocols for isolated ad hoc networks. A first contribution has arisen from this study that is based on the design and implementation of a routing protocol for improving the survivability in an isolated ad hoc network.Under this basis research has been carried out into service differentiation in ad hoc networks connected to fixed networks; as a consequence of this research we have developed the second contribution of this thesis, that consists of the design and evaluation of a service differentiation model based on the cooperation for the quality of service provision between both networks.Finally, by means of a third contribution, we have managed to improve the network survivability of an ad hoc network connected to an infrastructure-based network with the design and implementation of a routing protocol specifically created for this purpose. In addition, we have proved that the incorporation of this routing protocol to an ad hoc network that uses a quality of service model based on the interaction between the ad hoc and the fixed IP network, does not only extend the ad hoc network survivability, but it also avoids congestion increase and improves the service differentiation between both networks.Extensive simulations have been carried out to compare all these contributions with already existing ones, proving their effectiveness and performance.The present contributions in this PhD thesis have a singular importance, since no quality of service model has been developed that enables the interaction and favours the cooperation between an ad-hoc and a fixed IP network with the aim of providing end-to-end quality of service. The contributions demonstrate that it is really possible to differentiate services between an ad hoc and a fixed IP network; moreover, they show that the cooperation and integration of the quality of service models in both networks is unvaluable in order to achieve it. This is a pioneering work in these aspects and it will be very useful to open a new research line with the aim of promoting the communication between ad hoc networks and fixed networks.

Las comunicaciones multipunto ofrecen, tanto a usuarios como a proveedores, mayor eficiencia, permitiendo desarrollar e implantar nuevos servicios. Para poder desplegarlos adecuadamente sobre la redes de comunicaciones, es necesario contar con protocolos adecuados a todos los niveles.El soporte de conexiones multipunto, que es inmediato en muchas redes de ordenadores, por la existencia de un medio compartido, no lo es en una red ATM o en una red IP. En este tipo de redes, ofrecer una comunicación multipunto requiere de mecanismos complejos que coordinen y controlen la transmisión de información entre las fuentes y los receptores. Esta tesis doctoral estudia las comunicaciones punto a multipunto sobre las redes ATM e IP. En concreto, se diferencian dos objetivos: · Estudiar, analizar y proponer un control de flujo punto a multipunto en la categoría de servicio Available Bit Rate (ABR) en redes ATM.· Diseñar, analizar y simular un protocolo de transporte punto a multipunto fiable con control de congestión de tasa única para redes IP.El control de flujo de ABR fue diseñado para comunicaciones punto a punto. Para el caso multipunto, los conmutadores deben desarrollar mecanismos que limiten y agreguen el tráfico de realimentación. Se ha desarrollado un algoritmo de consolidación que asegura que la agregación de la información de realimentación se realiza de forma correcta, mejorando la convergencia de propuestas anteriores. Este mecanismo se ha modelado matemáticamente, y se ha validado mediante simulación.En cuanto a las comunicaciones multipunto en Internet, en este trabajo se ha desarrollado un protocolo de transporte punto a multipunto fiable, RCCMP, diseñado para ser escalable, fiable y con un control de congestión de tasa única que comparta el ancho de banda equitativamente con TCP.El control de congestión ha sido planteado como una parte esencial del protocolo, y no como ocurre en muchas propuestas, como un componente adicional que debe ser ajustado a un protocolo de transporte. En RCCMP se combinan los objetivos de regular la tasa de transmisión y de conseguir una comunicación fiable, con el fin de simplificar y limitar el número de confirmaciones negativas que se envían desde los receptores. Para la evaluación de las prestaciones de RCCMP, se ha implementado el protocolo en el simulador ns-2. Se ha modelado el caudal de este protocolo de transporte multipunto en función de la tasa de pérdidas y del tiempo de ida y vuelta. La principal contribución de nuestro modelo radica en la caracterización del caudal ante cambios de representante. También, se ha desarrollado un método de análisis para estimar el ancho de banda consumido por cualquier protocolo de transporte. La principal diferencia con otros trabajos es que éstos se centran únicamente en el coste de los procesos del control de errores.Para mejorar el rendimiento de RCCMP, se ha definido y simulado otro protocolo de transporte punto a multipunto fiable de tasa única, RVCMP, que incluye un control de congestión que emula al de la implementación TCP Vegas. / Multicast communications are profitable for service providers increasing intermediate node performance and reducing traffic in their networks. In the other side, multicast benefits also the users, who are able to enjoy collaborative applications and other multicast applications. IP and ATM network were designed to support point to point communications. The new multicast generation applications such multimedia conference, shared workspace, distance learning introduce new requirements in data transmission. There are at least two problems that differentiate between unicast and multicast control schemes in ATM networks with ABR service. First, there is the problem of feedback implosion. The volume of feedback traffic returning to the source increases proportional to the number of destinations. Second, there is the problem of consolidation noise. It can occur when feedback from some leaves is not always received in a timely fashion at the time when RM cells need to be returned by the branch point. One of the proposals to provide multicast communications is to extend unicast traffic management control methods. One of its practical realization schemes is the extension of Enhanced Proportional Rate Control Algorithm (EPRCA) for point to multipoint connections. That proposal suffers from consolidation noise, in order to solve this drawback, a new algorithm is proposed. An analytical approach is used to quantitatively evaluate their performance by using first-order fluid approximation method.About IP multicast communications, we propose a new protocol, called RCCMP (Reliable Congestion Controlled Multicast Protocol). It has been designed to be simple, scalable (NAK suppression), reliable and TCP-friendly. The congestion control is a central part of the protocol, where the feedback of the worse receiver is used to control a transmission window in a TCP-like fashion. The scalability issue is addressed with an exponential timer scheme that is also used to estimate the number of receivers involved in the communication. The protocol neither needs support from network elements nor maintains state information dependent of the number of receivers. This protocol has been developed in ns-2 (network simulator-2) for validating.We develop a simple analytic characterization of the steady-state send rate as a function of loss rate and round trip time (RTT). The main contribution is that our model captures the representative changes. Also, we provide a new approach to estimate the link usage of multicast reliable transport protocols. It can be used as a benchmark to evaluate their scalability. We have chosen, as a case study, a multicast reliable transport protocol called RCCMP. The link cost is due to data, retransmitted data, and characteristic packets of multicast protocols such as control packets: control packets for estimating the number of receivers involved in the session and for getting multicast reliability. For improving performance, we present RVCMP (Reliable Vegas Congestion controlled Multicast Protocol) that has been designed to be simple, scalable, reliable and TCP-friendly. The congestion control developed is a single-rate scheme where the feedback of the worst receiver is used to control a transmission window in a TCP Vegas-like fashion. The proposal takes the advantage from TCP Vegas of operating without inducing packet losses as a signal that there is congestion in the network to achieve a better performance. To evaluate the benefits of Vegas-like congestion control, the performance of RVCMP is compared to an analogous protocol that is based on a TCP Reno congestion control, RCCMP.

Aquesta tesi ha estat destacada amb la menció de PREMI EXTRAORDINARI DE DOCTORAT en l'àmbit de MATEMÀTIQUESCurs 1997 - 98 / A la present tesi ens hem ocupat fonamentalment de l'estudi matemàtic dels esquemes per a compartir secrets en les seves vessants de l'estudi de la taxa d'informació i de l'estudi dels esquemes segurs enfront l'acció de mentiders. Com a tema complementari hem estudiat la qüestió de l'arrel cúbica a l'anell dels enters mòdul m. Tots dos temes s'enquadren dins de la Criptologia.Pel que fa l'estudi dels esquemes per a compartir secrets, els nostres objectius han estat la caracterització de les estructures ideals i la fitació de la taxa d'informació òptima per a certes famílies d'estructures d'accés. La primera família estudiada ha estat la de les estructures definides per pesos i llindar. Hem trobat que totes es poden expressar mitjançant pesos i llindar naturals. Hem obtingut una caracterització completa de les de rang 2, és a dir, les que estan determinades per un graf que hem anomenat k-graf. Hem dissenyat un algorisme que les identifica a partir dels graus de cadascun dels vèrtexs i determina els pesos i llindar mínims. A partir de l'estructura d'aquests grafs hem determinat una fita inferior de la taxa d'informació òptima que és de l'ordre de 1/log n (amb n el número de participants), millorant la fita 1/2^{n/2} trobada amb l'únic esquema proposat fins ara per a aquestes estructures, degut a Shamir. A partir d'aquests resultats i mitjançant l'ús del dual d'una estructura hem extés els resultats anteriors a una nova família d'estructures. L'estudi general de les estructures definides per pesos i llindar de rang superior s'ha concentrat en trobar fites superiors i inferiors, especialment per les estructures definides per dos pesos. La segona família que hem estudiat és la de les estructures bipartites. Per les estructures bipartites, hem aconseguit caracteritzar totalment les que són ideals. Aquestes són la família d'estructures de quasi-llindar. Aquesta caracterització de les estructures ideals fa que les estructures de quasi-llindar juguin un paper dins de les estructures bipartites anàleg al paper que juguen els grafs multipartits complets dins de les estructures definides per grafs. Així és equivalent dir que una estructura bipartita és ideal a dir que és de quasi-llindar o a dir que és pot definir amb un esquema d'espai vectorial o a dir que la seva taxa d'informació òptima és més gran que 2/3. Per les estructures bipartites descrivim tècniques típiques de recobriment per tal de trobar fites inferiors de la taxa d'informació. Determinem un algorisme que permet trobar una fita superior de la taxa d'informació. Justifiquem que aquestes fites són ajustades.La següent família d'estructures que hem estudiat ha estat la de les estructures homogènies, obtenint resultats en la fitació inferior de la taxa d'informació. Hem proposat dues construccions d'esquemes per a compartir secrets per estructures homogènies basats en les tècniques de recobriments. Per avaluar les taxes d'informació hem definit el concepte de k-grau d'un participant en una estructura homogènia. Aquest paràmetre és la clau de tot l'estudi de les fites, de les comparacions entre elles i amb les conegudes fins ara. El resultat de la comparació indica que la segona d'elles ens dóna un esquema amb una taxa d'informació millor que la primera, però a canvi la primera utilitza un conjunt de secrets de mesura més realista. La comparació amb les proposades anteriorment mostra que les nostres són millors en la majoria dels casos. L'estudi de les fites superiors per les estructures homogènies l'hem encetat amb les de rang 3, trobant una primera fita superior per una subfamília d'estructures que és del mateix ordre que la fita inferior obtinguda per les nostres construccions. Pels esquemes segurs enfront l'acció de mentiders hem generalitzat els conceptes de seguretat per estructures de llindar al cas d'una estructura qualsevol, tant pel cas en el qual els mentiders no coneixen el secret, com pel cas que sí el coneixen. Hem trobat una fita superior de la taxa d'informació òptima per un esquema en el que una coalició de mentiders és detectada amb una certa probabilitat. Després d'aquest estudi general, hem proposat un esquema per a compartir secrets per a una estructura d'accés de tipus vectorial que detecta l'acció de coalicions de mentiders, que no coneixen el secret, amb una certa probabilitat. La taxa d'informació d'aquest esquema és 1/2, la qual és asímptòticament òptima. Per una estructura de llindar hem proposat un esquema que detecta l'acció de coalicions de mentiders (que sí que coneixen el secret) amb una certa probabilitat. Finalment hem trobat el primer esquema per a una estructura qualsevol que detecta l'acció de coalicions de mentiders (que no coneixen el secret) amb una certa probabilitat.Pel que fa a l'arrel cúbica en el conjunt dels enters mòdul m, hem estudiat l'existència i número d'arrels. Hem generalitzat dos mètodes, dels més potents, pel càlcul de l'arrel quadrada per arrel cúbiques. Aquests són el mètode de Peralta basat en l'ús d'un anell auxiliar i el mètode de Tonelli-Shanks basat en l'ús de subgrups de Sylow. S'ha adjuntat algun comentari per les aplicacions criptogràfiques de les arrels cúbiques. / This thesis is mainly devoted to the study of information rate of secret sharing schemes as well as secret sharing schemes secures against the action of cheaters. As a complement we have studied the problem of cube roots in Z_m.In the first part of our work we study some access structures in a combinatorial way and the boundness of the optimal information rate. We begin with weighted threshold access structures. We state that any of them can be defined with positive integer weights and threshold. We characterize all the rank 2 weighted threshold access structures as a k-graphs, finding minimum integer weights and threshold. We bound the optimal information rate using the complete multipartite covering technique. We extend the above results on characterization and computation of minimum weights and threshold to dual structures after proving the fact that the dual of a weighted threshold structure is a weighted threshold structure. The second family of structures that we studied is the bipartite access structures. We characterize completely the bipartite access structures that can be realized by an ideal secret sharing scheme. We prove that in a bipartite access structure it is equivalent ideal structure, vector space structure and optimal information rate of the structure less than 2/3. Both upper and lower bounds on the optimal information rate of bipartite access structures are given. We also start the general study of multipartite access structure.Using results on bipartite structures we study the information rate of secret sharing schemes whose access structure is defined by two weights and a threshold of arbitrary rank. Some upper and lower bounds are found. Case on more than two weights is considered too.The last family of access structure that we have studied is the homogeneous access structure. We describe two constructions of secret sharing schemes for a such a general class of structures. The first one has a worst information rate than the second one, but on the other hand the size of the secret set is more moderate than the first one. We describe the comparison between our lower bounds on the optimal information rate and on the optimal average information rate as well as comparison with known upper bounds. The results are that our second one are better than the first one and that our bounds are better than the known bound almost for every structure.We have started a study of the upper bounds on the optimal information rate for rank 3 homogenous access structures. We describe a structure that its upper bound is not so far than the lower bound obtained with our second construction.Concerning to the extended capabilities we have studied the schemes secures against the action of cheaters. We have generalized the concepts of secure scheme and robust scheme to any access structure, that several authors have already defined only for threshold structures. We found that for a secure scheme the optimal information rate is upper bounded and we find the bound. We construct a 1/q-secure scheme (for q secrets) asymptotically optimal for a vector space access structure. We compare this scheme with the scheme of Ogata and Kurosawa. Our second scheme is robust realizing a (r,n) threshold structure with probability <= (2r-3)/(q-r). The information rate is 1/3. Finally we propose the first 1/q-secure scheme for any access structure.We have generalized two of the fastest algorithms to take square roots to cube roots in Z_p. The first one is Peralta's algorithm, a probabilistic algorithm based on some properties of a ring. The non probabilistic part of the algorithm runs in log^3 p. The second one is Tonelli-Shanks' algorithm, a probabilistic method based on group theory which runs in log^4 p.

Actualment estem entrant a una nova era de la informació amb gran demanda de sistemes de comunicació sense fils. Nous serveis com dades i video requereixen transmissions fiables d'alta velocitat, fins i tot en escenaris d'alta mobilitat. A més a més, la dificultat d'assignar el limitat espectre radioelèctric juntament amb la necessitat d'incrementar el temps de vida de les bateries dels terminals mòbils, requereix el diseny de transceptors que usin la potència i l'ampla de banda disponibles de manera eficient. Les comunicacions multiportadora basades en OFDM són capaces de satisfer la majoria d'aquests requeriments. Però, entre altres reptes, reduir la sensibilitat a la amplificació no-lineal és un factor clau durant el diseny. En aquesta tesi doctoral s'analitza la sensibilitat dels sistemes multiportadora basats en OFDM a l'amplificació no-lineal i es consideren formes eficients per superar aquest problema. La tesi s'enfoca principalment al problema de reduir les fluctuacions de l'envolupant del senyal transmès. En aquest sentit es presenta també un estudi de les mètriques de l'envolupant del senyal, PAPR i CM. A més a més, basant-nos en l'anàlisis presentat es proposen noves tècniques per sistemes OFDM i MC-SS. Per MC-SS, també es tracta el diseny d'una tècnica de postprocessament en forma de detector multiusuari per canals no-lineals. / Actualmente estamos entrando en una nueva era de la información donde se da una gran demanda de sistemas de comunicación inalámbricos. Nuevos servicios como datos y vídeo requieren transmisiones fiables de alta velocidad, incluso en escenarios de alta movilidad. Además, la dificultad de asignar el limitado espectro radioeléctrico junto con la necesidad de incrementar el tiempo de vida de las baterías de los terminales móviles, requiere el diseño de transceptores que usen eficientemente la potencia y el ancho de banda disponibles. Las comunicaciones multiportadora basadas en OFDM son capaces de satisfacer la mayoría de dichos requerimientos. Sin embargo, entre otros retos, reducir su sensibilidad a la amplificación no-lineal es un factor clave durante el diseño. En esta tesis se analiza la sensibilidad de los sistemas multiportadora basados en OFDM a la amplificación no-lineal y se consideran formas eficientes para superar dicho problema. La tesis se enfoca principalmente al problema de reducir las fluctuaciones de la envolvente. En este sentido también se presenta un estudio de las métricas de la señal, PAPR y CM. Además, basándonos en el análisis presentado se proponen nuevas técnicas para OFDM y MC-SS. Para MC-SS, también se trata el diseño de un detector multiusuario para canales no-lineales. / We are now facing a new information age with high demand of wireless communication systems. New services such as data and video require achieving reliable high-speed transmissions even in high mobility scenarios. Moreover, the difficulty to allocate so many wireless communication systems in the limited frequency band in addition to the demand for long battery life requires designing spectrum and power efficient transceivers. Multicarrier communications based on OFDM are known to fulfill most of the requirements of such systems. However, among other challenges, reducing the sensitivity to nonlinear amplification has become a design key. In this thesis the sensitivity of OFDM-based multicarrier systems to nonlinear amplification is analyzed and efficient ways to overcome this problem are considered. The focus is mainly on the problem of reducing the envelope fluctuations. Therefore, a study of the signal metrics, namely PAPR and CM, is also presented. From the presented analysis, several new techniques for OFDM and MC-SS are proposed. For MC-SS, the design of a post-processing technique in the form of a multiuser detector for nonlinearly distorted MC-SS symbols is also addressed.

El Laboratori d'Altes Energies de La Salle és un membre d'un grup acreditat per la Generalitat. Aquest grup està format per part del Departament d'Estructura i Constituents de la Matèria de la Facultat de Física de la Universitat de Barcelona, part del departament d'Electrònica de la mateixa Facultat i pel grup de La Salle. Tots ells estan involucrats en el disseny d'un subdetector en l'experiment de LHCb del CERN: el SPD (Scintillator Pad Detector). El SPD és part del Calorímetre de LHCb. Aquest sistema proporciona possibles hadrons d'alta energia, electrons i fotons pel primer nivell de trigger. El SPD està format per una làmina centellejeadora de plàstic, dividida en 600 cel.les de diferent tamany per obtenir una millor granularitat aprop del feix. Les partícules carregades que travessin el centellejador generaran una ionització del mateix, a diferència dels fotons que no la ionitzaran. Aquesta ionització, generarà un pols de llum que serà recollit per una WLS que està enrotllada dins de les cel.les centellejadores. La llum serà transmesa al sistema de lectura mitjançant fibres clares. Per reducció de costos, aquestes 6000 cel.les estan dividides en grups, usant MAPMT (fotomultiplicadors multiànode) de 64 canals per rebre la informació en el sistema de lectura. El senyal de sortida dels fotomultilplicadors és irregular degut al baix nivell de fotoestadística, uns 20-30 fotoelectrons per MIP, i degut també a la resposta de la fibra WLS, que té un temps de baixada lent. Degut a tot això, el processat del senyal, es realitza primer durant la integració de la càrrega total i finalment per la correcció de la cua que conté el senyal provinent del PMT. Aquesta Tesi està enfocada en el sistema de lectura de l'electrònica del VFE del SPD. Aquest, està format per un ASIC (dissenyat pel grup de la UB) encarregat d'integrar el senyal, compensar el senyal restant i comparar el nivell d'energia obtingut amb un llindar programable (fa la distinció entre electrons i fotons), una FPGA que programa aquests llindars i compensacions de cada ASIC i fa el mapeig de cada canal rebut en el detector i finalment usa serialitzadors LVDS per enviar la informació de sortida al trigger de primer nivell. En el disseny d'aquest tipus d'electrònica s'haurà de tenir en compte, per un costat, restriccions de tipus mecànic: l'espai disponible per l'electrònica és limitat i escàs, i per un altre costat, el nivell de radiació que deurà suportar és considerable i s'haurà de comprobar que tots els components superin un cert test de radiació, i finalment, també s'haurà de tenir en compte la distància que separa els VFE dels racks on la informació és enviada i el tipus de senyal amb el que es treballa en aquest tipus d'experiments: mixta i de poc rang. / El Laboratorio de Altas Energías de la Salle es un miembro de un grupo acreditado por La Generalitat. Este grupo está formado por parte del departamento de Estructura i Constituents de la Matèria de la Facultad de Física de la Universidad de Barcelona, parte del departamento de Electrónica de la misma Facultad y el grupo de La Salle. Todos ellos están involucrados en el diseño de un subdetector en el experimento de LHCb del CERN: El SPD (Scintillator Pad Detector). El SPD es parte del Calorímetro de LHCb. Este sistema proporciona posibles hadrones de alta energía, electrones y fotones para el primer nivel de trigger.El SPD está diseñado para distinguir entre electrones y fotones para el trigger de primer nivel. Este detector está formado por una lámina centelleadora de plástico, dividida en 6000 celdas de diferente tamaño para obtener una mejor granularidad cerca del haz. Las partículas cargadas que atraviesen el centelleador generarán una ionización del mismo, a diferencia de los fotones que no la generarán. Esta ionización generará, a su vez, un pulso de luz que será recogido por una WLS que está enrollada dentro de las celdas centelleadoras. La luz será transmitida al sistema de lectura mediante fibras claras. Para reducción de costes, estas 6000 celdas están divididas en grupos, utilizando un MAPMT (fotomultiplicadores multiánodo) de 64 canales para recibir la información en el sistema de lectura. La señal de salida de los fotomultiplicadores es irregular debido al bajo nivel de fotoestadística, unos 20-30 fotoelectrones por MIP, y debido también a la respuesta de la fibra WLS, que tiene un tiempo de bajada lento. Debido a todo esto, el procesado de la señal, se realiza primero mediante la integración de la carga total y finalmente por la substracción de la señal restante fuera del período de integración. Esta Tesis está enfocada en el sistema de lectura de la electrónica del VFE del SPD. Éste, está formado por un ASIC (diseñado por el grupo de la UB) encargado de integrar la señal, compensar la señal restante y comparar el nivel de energía obtenido con un umbral programable (que distingue entre electrones y fotones), y una FPGA que programa estos umbrales y compensaciones de cada ASIC, y mapea cada uno de los canales recibidos en el detector y finalmente usa serializadores LVDS para enviar la información de salida al trigger de primer nivel. En el diseño de este tipo de electrónica se deberá tener en cuenta, por un lado, restricciones del tipo mecánico: el espacio disponible para la electrónica en sí, es limitado y escaso, por otro lado, el nivel de radiación que deberá soportar es considerable y se tendrá que comprobar que todos los componentes usado superen un cierto test de radiación, y finalmente, también se deberá tener en cuenta la distancia que separa los VFE de los racks dónde la información es enviada y el tipo de señal con el que se trabaja en este tipo de experimentos: mixta y de poco rango. / Laboratory in La Salle is a member of a Credited Research Group by La Generatitat. This group is formed by a part of the ECM department, a part of the Electronics department at UB (University of Barcelona) and La Salle's group. Together, they are involved in the design of a subdetector at LHCb Experiment at CERN: the SPD (Scintillator Pad Detector). The SPD is a part of LHCb Calorimeter. That system provides high energy hadrons, electron and photons candidates for the first level trigger. The SPD is designed to distinguish electrons and photons for this first level trigger. This detector is a plastic scintillator layer, divided in about 6000 cells of different size to obtain better granularity near the beam. Charged particles will produce, and photons will not, ionisation on the scintillator. This ionisation generates a light pulse that is collected by a Wavelength Shifting (WLS) fibre that is twisted inside the scintillator cell. The light is transmitted through a clear fibre to the readout system. For cost reduction, these 6000 cells are divided in groups using a MAPMT of 64 channels for receiving information in the readout system. The signal outing the SPD PMTs is rather unpredictable as a result of the low number of photostatistics, 20-30 photoelectrons per MIP, and the due to the response of the WLS fibre, which has low decay time. Then, the signal processing must be performed by first integrating the total charge and later subtracting to avoid pile-up. This PhD is focused on the VFE (Very Front End) of SPD Readout system. It is performed by a specific ASIC (designed by the UB group) which integrates the signal, makes the pile-up compensation, and compares the level obtained to a programmable threshold (distinguishing electrons and photons), an FPGA which programs the ASIC thresholds, pile-up subtraction and mapping the channels in the detector and finally LVDS serializers, in order to send information to the first level trigger system. Not only mechanical constraints had to be taken into account in the design of the card as a result of the little space for the readout electronics but also, on one hand, the radiation quote expected in the environment and on the other hand, the distance between the VFE electronics and the racks were information is sent and the signal range that this kind of experiments usually have.

Els paradigmes cel·lulars, com les xarxes neuronals cel·lulars (CNN, en anglès) i els autòmats cel·lulars (CA, en anglès), són una eina excel·lent de càlcul, al ser equivalents a una màquina universal de Turing. La introducció de la màquina universal CNN (CNN-UM, en anglès) ha permès desenvolupar hardware, el nucli computacional del qual funciona segons la filosofia cel·lular; aquest hardware ha trobat aplicació en diversos camps al llarg de la darrera dècada. Malgrat això, encara hi ha moltes preguntes a obertes sobre com definir els algoritmes d'una CNN-UM i com estudiar la dinàmica dels autòmats cel·lulars. En aquesta tesis es tracten els dos problemes: primer, es demostra que es possible acotar l'espai dels algoritmes per a la CNN-UM i explorar-lo gràcies a les tècniques genètiques; i segon, s'expliquen els fonaments de l'estudi dels CA per mitjà de la dinàmica no lineal (segons la definició de Chua) i s'il·lustra com aquesta tècnica ha permès trobar resultats innovadors. / Los paradigmas celulares, como las redes neuronales celulares (CNN, eninglés) y los autómatas celulares (CA, en inglés), son una excelenteherramienta de cálculo, al ser equivalentes a una maquina universal deTuring. La introducción de la maquina universal CNN (CNN-UM, eninglés) ha permitido desarrollar hardware cuyo núcleo computacionalfunciona según la filosofía celular; dicho hardware ha encontradoaplicación en varios campos a lo largo de la ultima década. Sinembargo, hay aun muchas preguntas abiertas sobre como definir losalgoritmos de una CNN-UM y como estudiar la dinámica de los autómatascelular. En esta tesis se tratan ambos problemas: primero se demuestraque es posible acotar el espacio de los algoritmos para la CNN-UM yexplorarlo gracias a técnicas genéticas; segundo, se explican losfundamentos del estudio de los CA por medio de la dinámica no lineal(según la definición de Chua) y se ilustra como esta técnica hapermitido encontrar resultados novedosos. / Cellular paradigms, like Cellular Neural Networks (CNNs) and Cellular Automata (CA) are an excellent tool to perform computation, since they are equivalent to a Universal Turing machine. The introduction of the Cellular Neural Network - Universal Machine (CNN-UM) allowed us to develop hardware whose computational core works according to the principles of cellular paradigms; such a hardware has found application in a number of fields throughout the last decade. Nevertheless, there are still many open questions about how to define algorithms for a CNN-UM, and how to study the dynamics of Cellular Automata. In this dissertation both problems are tackled: first, we prove that it is possible to bound the space of all algorithms of CNN-UM and explore it through genetic techniques; second, we explain the fundamentals of the nonlinear perspective of CA (according to Chua's definition), and we illustrate how this technique has allowed us to find novel results.

Al llarg de la història, la visualització d’imatges s’ha estès a pràcticament qualsevol àmbit: pintura, fotografia, medicina o educació, són alguns exemples que il•lustren la importància de la imatge en les diferents societats. Estudis previs han demostrat que la visualització d’imatges té conseqüències en l’àmbit psicològic i emocional de l’usuari. Majoritàriament aquests estudis han enfocat els seus esforços a aprofundir com les imatges poden influir emocions i en la seva mesura. Amb el nostre treball pretenem avançar un pas més. La imatge per si mateixa té una mancança d’importància ja que és l’usuari qui la veu, interpreta i associa un significat. En el moment de la visualització, depenem de factors que influeixen en la generació de les emocions com ara el mitjà on es veu la imatge, la tipologia de la mateixa, l’usuari o l’ambient en el qual es realitza tot aquest procés, tots ells factors que haguessin d’haver-se tingut en compte a l’inici del procés: el moment del disseny de la imatge. De manera empírica hem obtingut dades que demostren com l’usuari, la imatge i el mitjà influeixen en el procés de generar una emoció. Les diferències obtingudes ens han de servir com a premisses en el disseny de continguts, de manera que siguem capaços de personalitzar cada element de l’estudi (usuari, imatge i mitjà) per maximitzar l’empatia de la informació visual, en concret per al nostre cas, el món de la imatge arquitectònica. / A lo largo de la historia, la visualización de imágenes se ha extendido a prácticamente cualquier ámbito: pintura, fotografía, medicina o educación, son algunos ejemplos que ilustran la importancia de la imagen en las distintas sociedades. Estudios previos han demostrado que la visualización de imágenes tiene consecuencias en el ámbito psicológico y emocional del usuario. Mayoritariamente estos estudios han enfocado sus esfuerzos en ahondar cómo las imágenes son capaces de influir emociones y en su medición. Con nuestro trabajo pretendemos avanzar un paso más. Una imagen por si sola carece de importancia ya que es el usuario quien la ve, interpreta y asocia a un significado. En el momento de la visualización, dependemos de factores que influyen en la creación de las emociones: el medio en el que se visualiza la imagen, la tipología de la misma, el usuario, el ambiente en el que se realiza dicho proceso, etc., y que debieran haberse tenido en cuenta en el inicio del proceso: el momento del diseño de la imagen. De manera empírica hemos obtenido datos que demuestran cómo el usuario, la imagen y el medio influyen en el proceso de generar una emoción. Las diferencias obtenidas nos deben servir como premisas en el diseño de contenidos de manera que seamos capaces de personalizar cada elemento del estudio (usuario, imagen y medio) para maximizar la empatía de la información visual, en concreto para nuestro caso, en el mundo de la imagen arquitectónica. / Throughout history, imagery visualization has extended practically to all fields: painting, photography, medicine or education, are some of the examples that illustrate the importance of imagery in different societies. Previous studies have demonstrated that imagery visualization has implications in the user’s psychological and emotional ambit. Mostly, these studies have focused their efforts in how and to what extent imagery is capable of influencing emotions. In our work, we pretend to go one step further. An image by itself lacks importance without the user who sees, interprets and associates a meaning. When viewing, we are dependent on factors that influence the emotional creation: the environment in which the image is visualized, the typology, the user, the surroundings where this process occurs, etc. and should have been taken into account at the beginning of the process: the moment when designing the image. In the empirical way, the data we have obtained, demonstrate how the user, imagery and environment influence the process of generating an emotion. The differences obtained must serve as premises in the designing of the contents so that we are capable of personalizing every element of the study (user, imagery and environment) in order to maximize the empathy of the visual information, in our case, architectural imagery.

[ES] La presente tesis doctoral tiene como objetivo principal el estudio, desarrollo, diseño y fabricación de nuevos componentes pasivos de microondas, tales como filtros y multiplexores que operen en las bandas de alta frecuencia de los actuales y futuros satélites de telecomunicación (bandas Ku, K y Ka) entre 12 y 40 GHz. Dichos componentes deben ser capaces de ofrecer tanto respuestas clásicas sencillas como avanzadas (elípticas), y presentar una capacidad de resintonización (tanto en términos de frecuencia central como de ancho de banda). Estos componentes darán solución a las necesidades actuales de los sistemas de comunicaciones espaciales, que requieren de mayores tasas de transmisión de datos (señales de mayor ancho de banda), así como de mayor flexibilidad en las frecuencias de operación, para ofrecer con un mismo dispositivo distintos servicios y prestaciones. Para ello, se proponen tanto modificaciones a las estructuras de filtros clásicos de microondas actuales, como la introducción de nuevas estructuras. Asimismo, también se investigará el uso de los tornillos de ajuste post-fabricación de los filtros como tornillos de sintonía metálicos, así como la posible introducción de tornillos de sintonía realizados con distintos materiales dieléctricos. Se pretende, de esta forma, mejorar las respuestas de los dispositivos actuales; reduciendo su tamaño y costes de producción (debido a la relajación de las tolerancias de fabricación), abaratando de esta forma la fabricación y futura operación de los mismos. Aprovechando estos nuevos dispositivos, se abordará también el diseño, fabricación y medida de componentes más complejos, como pueden ser los los diplexores de canal o los conmutadores con respuesta selectiva en frecuencia, todos ellos necesarios en los sistemas de comunicaciones espaciales y en íntima relación con los filtros previamente mencionados. Por último, el desarrollo de todos estos nuevos dispositivos vendrá acompañado de una metodología de diseño basado en el uso del Mapeo Espacial Agresivo (Aggressive Space Mapping, ASM) especialmente adaptado a los filtros en guía de onda. / [CA] La present tesis doctoral té com a objectiu el estudi, desenvolupament, diseny i fabricació de nous components pasius de microones, tals com els filtres i multiplexors que operen en les bandes d'alta freqüencia dels actuals i futurs satèl.lits de telecomunicació (bandes Ku, K i Ka) entre 12 i 40 GHz, Aquests components han de ser capaços d'oferir tant, respostes clàsiques sencilles com avançades (eliptiques), i que a més a més presenten una capacitat de resintonització (tant en termes de freqüència central com d'amplada de banda). Aquestos nous components pasius donaràn solució a les necesitats dels actuals sistemes espacials, que requereixen de majors taxes de transmissió de dades (senyals de major amplada de banda), així com de major flexibilitat en les frequencies de operació, per oferir en un mateix dispositiu distints serveis i prestacions. Per aquesta raó, es proposen tant modificacions a les estructures del filtres clàsics de microones actuals, com la introducció de noves estructures. Així mateix, també s'investigarà l'us dels tornells d'ajustament post-fabricació dels filtres com a tornells de sintonía metàl.lica i la introducció de tornells de sintonía realitzats amb diferents materials dielèctrics Es pretén, d'aquesta forma, la millora de les respostes del dispositius actuals; reduint la envergadura i els costos de producció (gràcies a la relaxació de les toleràncies de fabricació), abaratint d'aquesta forma la fabricació i futura operació dels filtres mateixos. Aprofitant aquestos nous dispositius es treballarà també en el disseny, fabricaçió i mesura de components més complexes, com poden ser els multiplexors de canal i els commutadors amb resposta selectiva en freqüencia, tots ells necessaris en els sistemes de comunicacions espacials i en íntima relació amb els filtres abans esmenats. Per analitzar, el desenvolupament de tots aquestos dispositius vindrà acompanyat d'una metodologia de disseny basada en l'us del Mapatge Espacial Agressiu (Aggressive Space Mapping, ASM), especialment adaptat als filtres en guia d'ona. / [EN] The main objective of this doctoral thesis is the study, development, design and manufacture of new passive microwave components in waveguide technology, such as filters and multiplexers, that operate in the high frequency bands of current and future telecommunication satellite payloads between 12 and 40 GHz (Ku, K and Ka bands). The new solutions developed must other both classic and advanced (elliptical) responses, as well as the possibility of being reconfigured both in terms of center frequency and bandwidth. The motivation for this research is to address the current and future needs of space communication systems which require higher data rate transmission (that is larger bandwidths), as well as flexibility with respect to the operating frequency to dynamic adaptation to possible changes in user demands. In this context, we propose in this thesis alternative microwave filter structures in metallic waveguide, as well as novel solutions. We explore different approaches to adjust the filter performance, using both traditional metallic tuning screws as well as tuning elements made with dierent dielectric materials. We also advance the state-of-the-art by developing more performing Space Mapping procedures for the design, optimization and tuning of the filter structures that we propose. The objective is to improve the response of the devices and reduce, at the same time, their manufacturing time and costs. As a fundamental element of our work, in addition to theoretical developments, we also apply the findings of our research to the design, manufacture and measurement of a number of more complex components, such as diplexers and integrated switches and filters. They are practical devices to demonstrate the ability of the novel filters that we propose to satisfy the requirements of current and future advanced satellite payloads. / Ossorio García, J. (2021). Development of New Tunable Passive Microwave Components in Waveguide Technology [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/166100 / TESIS