Tesi per compendi de publicacions. La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu UPC / The objective of this thesis is the development of control strategies for distributed generation systems during voltage sags. The proposed control strategies present different options to improve the behavior of inverters during voltage unbalances and grid faults. Therefore, it could be possible to contribute to ride-through the perturbation and to avoid the disconnection of power suppliers during these contingencies. The scope of the proposed strategies covers a wide range of possibilities, from static voltage unbalance to dynamic voltage sags. The control algorithms are versatile and their usefulness is discussed in detail. The utility of these algorithms is focused on distributed generation in power networks with high penetration of renewables energy sources, mainly wind farms, located in remote zones and connected in weak grids. The proposed control strategies are: (i). Voltage support control of the maximum and minimum phase voltages within the limits for continuous operation. (ii). Control of positive and negative active and reactive powers to flexibilize the low-voltage ridethrough services, by injecting the maximum current of the inverter. (iii). On the use of effective power factor for reducing the voltage unbalance in static grid voltage perturbations. / El objetivo de esta tesis es el desarrollo de estrategias de control para sistemas de generación distribuida durante huecos de tensión. Las estrategias de control propuestas presentan diferentes alternativas para mejorar el comportamiento de los inversores durante desbalanceos y fallos de red. De esta forma, es posible contribuir a la superación de la perturbación y evitar la desconexión de los sistemas de potencia ante este tipo de contingencias. El ámbito de aplicación de las estrategias propuestas cubre un gran abanico de posibilidades, desde desbalanceos de tensión estáticos hasta huecos de tensión dinámicos. Los algoritmos de control son versátiles y su aplicabilidad es discutida en detalle. La utilidad de estos algoritmos está enfocada hacia sistemas de generación distribuida en redes eléctricas con gran integración de renovables, principalmente eólica, ubicados en zonas remotas y conectados a una red blanda. Las estrategias de control presentadas son (i). Control para el soporte de tensión máxima y mínima dentro de los límites para la operación continua. (ii). Control de potencias activa y reactiva de secuencia positiva y negativa para flexibilizar los servicios durante huecos de tensión, inyectando el máximo de corriente permitida por el inversor. (iii). Alternativas para la utilización del factor de potencia efectivo para reducir el desbalanceo en perturbaciones estáticas de tensión.

L’arquitectura del pati a la ciutat mediterrània ha estat testimoni ocult del procés històric de la pròpia ciutat. La transformació d’aquest element característic del teixit urbà ha suposat un lent procés produït en paral·lel a la mateixa evolució de la ciutat. La traça cultural i històrica del pati als edificis resulta clau per a comprendre el seu protagonisme en el procés de formació de la ciutat. El pati constitueix l’element bàsic generador de vida a la casa. Una casa que neix del clan familiar original, i evoluciona cap a la casa urbana veïnal. La mirada introspectiva “de dins afora” que ofereix l’estudi del pati, permet una nova comprensió entre diferents aspectes de configuració que es produeixen a l‘edifici, i entre aquest i la ciutat. El coneixement de la naturalesa de pati es fonamenta en distintes configuracions espacials, dins les quals es produeixen també nocions contraposades de l‘espai. El pati etimològic sorgeix de la seva concepció espacial original. El pati topos tracta de la seva relació amb la natura. El plàstic es genera a partir del seu propi procés projectual de formació. El sensorial obeeix al tipus d’ambient que s’hi dóna. La interacció d’aquests aspectes proporciona el verdader sentit vital del seu espai. O dit en altres paraules, la vida que es genera en el pati és la combinació inseparable d’aquestes quatre categories que el caracteritzen. La tesi centra la seva investigació en el pati a l’arquitectura de l’habitatge col·lectiu de la Barcelona contemporània. L’anàlisi es realitza a partir d’una variada selecció d’obres, determinades per uns criteris de interès arquitectònic i cultural, construïdes durant les dècades dels seixanta i setanta. Aquest període relativament curt però de gran canvi social, econòmic i cultural, és capaç de promoure unes noves actituds en la construcció del pati a la vivenda urbana. L’evolució morfològica del pati requereix prèviament d’un breu recorregut cronològic que exemplifiqui el seu procés històric a la ciutat comtal. L’aparició de Moviment Modern va suposar un punt de inflexió en la forma de concebre l’habitatge i la ciutat, i va assentar les bases per la futura transformació del pati a la ciutat tradicional. La investigació del pati a les diverses obres seleccionades s’estructura mitjançant una quadrícula tipològica segons el tipus d’edifici que configuren. El pati central format a cases urbanes aïllades “a quatre vents”. El seriat és el que s’estructura en edificacions de trames urbanes consolidades. El lineal es genera en edificis de blocs aïllats i entre-mitgeres. L’obert apareix configurat en diferents morfologies urbanes. De cada una d’aquestes tipologies se n’estudien quatre casos, resultant un total de 16 models d’estudi. Aquests s’analitzen en base a paràmetres objectius: context urbà i tipologia, estructura i construcció, funcionalitat i vida. En tots ells, l‘entitat del pati esdevé un element de primer ordre en la configuració de l’edifici. La reflexió final amb la que conclou la tesi ha de servir per a aportar una mica més de llum al paper del pati dins l’escena urbana contemporània. La naturalesa de l’arquitectura del pati a la vivenda col·lectiva reflecteix els fenòmens de concentració i dispersió urbans a la formació de la ciutat. La seva transformació obeeix a uns moviments oscil·lants de compressió i dilatació, que responen al dilema permanent entre verticalitat i horitzontalitat, i que es produeix en el creixement de la ciutat i en les seves diferents formes de vida. Aprofundir en la raó de ser del pati a la casa urbana representa obrir un nou marc per a poder entendre millor la nostra essència cultural i vital. / La arquitectura del patio en la ciudad mediterránea ha sido testimonio oculto del proceso histórico de la propia ciudad. La transformación de este elemento característico del tejido urbano supone un lento proceso como el de la misma evolución de la ciudad. La traza cultural e histórica del patio en los edificios resulta clave para comprender su protagonismo en el proceso de formación de la ciudad. El patio constituye el elemento básico generador de vida en la casa. Una casa que nace del clan familiar original y evoluciona hacia la casa urbana plurifamiliar. La mirada introspectiva “de dentro afuera” que ofrece el estudio del patio, permite una nueva comprensión entre diferentes aspectos de configuración que se producen en el edificio y la ciudad. El conocimiento de la naturaleza del patio se fundamenta en distintas configuraciones espaciales, en las cuales se producen también nociones contrapuestas del espacio. El patio etimológico surge de su concepción espacial original. El patio topos trata de su relación con la naturaleza. El plástico se genera a partir de su propio proceso proyectual de formación. El sensorial obedece al tipo de ambiente que se produce. La interacción de estos aspectos proporciona el verdadero sentido vital de su espacio. O dicho en otras palabras, la vida que se genera en el patio es la combinación inseparable de estas cuatro categorías que lo caracterizan. La tesis centra la investigación en el patio de la arquitectura de la vivienda colectiva de la Barcelona contemporánea. El análisis se realiza a partir de una variada selección de obras, determinadas por unos criterios de interés arquitectónico y cultural, construidas durante las décadas de los sesenta y setenta. Este período relativamente corto pero de pronunciado cambio social, económico y cultural, es capaz de promover unas nuevas actitudes para la construcción del patio en la vivienda urbana. La evolución morfológica del patio requiere previamente de un breve recorrido cronológico que ejemplifique su proceso histórico en la ciudad condal. La aparición del Movimiento Moderno supone un punto de inflexión en la forma de concebir la vivienda y la ciudad, que sienta las bases de la futura transformación del patio a la ciudad tradicional. La investigación del patio en las diversas obras seleccionadas se estructura mediante una cuadrícula tipológica según el tipo de edificio que configuran. El patio central formado en casas urbanas aisladas “a cuatro vientos”. El seriado es el que se estructura en edificaciones de tramas urbanas consolidadas. El lineal se genera en edificios de bloques aislados y entre medianeras. El abierto aparece configurado en diferentes morfologías urbanas. De cada una de estas tipologías se estudian cuatro casos resultando un total de 16 modelos de estudio. Estos se analizan en base a parámetros objetivos: contexto urbano y tipología, estructura y construcción, funcionalidad y vida. En todos ellos, la entidad del patio constituye un elemento de primer orden en la configuración del edificio. La reflexión final con la que concluye esta tesis sirve para vislumbrar mejor el papel del patio en la escena urbana contemporánea. La naturaleza de la arquitectura del patio en la vivienda colectiva refleja los fenómenos de concentración y dispersión urbanos de la formación de la ciudad. La transformación del patio obedece a unos movimientos oscilantes de compresión y dilatación, que responden al dilema permanente entre verticalidad y horizontalidad que se produce en el crecimiento de la ciudad y en sus diferentes formas de vida. Ahondar en la razón de ser del patio en la casa urbana representa abrir un marco nuevo para poder entender mejor nuestra esencia cultural y vital. / The architecture of the patio in the Mediterranean city has been hidden testimony of the historical process of the city. The transformation of this characteristic element of the urban frame is a slow process as the evolution of the same city. The cultural and historical trace of the courtyard in the city buildings is key to understanding their role in the formation of the city. The courtyard is the basic element of life generator in the house. A house that comes from the original family clan and evolving towards the tenement house. The introspective look "inside out" offered by the study of the courtyard allows a new understanding between different configuration issues that occur in the building and the city. Knowledge of the nature of the patio is based on different spatial configurations that also produced in opposite notions of space. The etymological patio arises from its original spatial conception. The topos patio reflects their relationship with nature. The plastic is created from its own design process. The Sensory reproduced the type of environment that is generated. The interaction of these aspects provides the vital real sense of the space. Or in other words, the life that is generated in the patio is the inseparable combination of these four categories that characterize it. The thesis research focuses on the patio of the architecture of collective housing of contemporary Barcelona. The analysis is performed from a wide selection of works, determined by criteria of architectural and cultural interest, built during the sixties and seventies. But this relatively short period of pronounced social, economic and cultural change, promotes new attitudes in the construction of the urban housing courtyard. The morphological evolution of the courtyard previously required a brief chronological overview that exemplifies the historical process in the city. The emergence of the Modern Movement represents a turning point in the way of thinking about housing and the city, which lays the foundation for the future transformation of the traditional city courtyard. The investigation of the courtyard in different selected works by a typological grid structure according to the type of building that shape. The central courtyard formed on isolated housing building. The serial is structured into buildings consolidated urban fabric. The linear is generated in isolated buildings blocks and between medians. The open is configured in different urban morphologies. In each of these types that studied four cases resulting in a total of 16 models study. These are analyzed based on objective parameters: urban context and typology, structure and construction, functionality and life. In all cases, the entity of the courtyard is a prime element in building architecture. The final reflection that concludes this thesis serves to better visualize the role of the patio in the contemporary urban scene. The nature of the architecture of the courtyard in collective housing reflects phenomena of concentration and dispersion urban in the formation of the city. The transformation of the courtyard of oscillating movements due to compression and expansion, is responding to the permanent dilemma between verticality and horizontality that produce in the growth of the city and its life forms. Delve into the rationale behind of the collective housing courtyard is opening a new framework to better understand our cultural and vital essence.

Radio Frequency Interference (RFI) is the most common problem for electronic measuring systems. The presence of those electromagnetic waves can harm the measurements taken from very sensitive instruments, like microwave radiometry or navigation systems. The accuracy and precision are compromised. A first step to mitigate those unwanted effects is to study the RFI properties. Different algorithms have been proposed to detect the interferences, but there is no method that works in all cases. The scope of this dissertation is the design, implementation and testing of different detection and mitigation methods in real-time. Performed surveys and characterization of RFI sources provide a great contribution to optimize the current mitigation techniques. In the mitigation area, two real-time hardware systems have been implemented: a wavelet denoise system to model the RFI and mitigate it, and a circuit to allow a navigation system to continue operational under the effects of a jammer. / El problema més comú en els sistemes electrònics de mesura són les interferències electromagnètiques. La presència d'aquests senyals pot danyar les mesures preses per instruments molt sensibles, com radiòmetres de microones o sistemes de navegació. L'exactitud i precisió es veuen compromeses. El primer pas per mitigar aquests efectes no desitjats és estudiar les propietats de les interferències electromagnètiques. Diversos algoritmes han estat proposats per detectar interferències, però no hi ha mètode que funcioni bé en tots els casos . Aquest treball comprèn el disseny, implementació i comprovació de diferents mètodes de detecció i mitigació en temps real. Els estudis i caracterització de les fonts d'interferències són una gran contribució per a optimitzar les tècniques de mitigació actuals. En el tema de mitigació, dos sistemes en temps real han estat implementats en hardware: un sistema que utilitza wavelets per modelar la interferència i mitigar-la, i un circuit que permet a un sistema de navegació continuar funcionant sota els efectes d'un interferidor comercial ( jammer ).

In Wireless Sensor Networks (WSN), the ability of sensor nodes to know its position is an enabler for a wide variety of applications for monitoring, control, and automation. Often, sensor data is meaningful only if its position can be determined. Many WSN are deployed indoors or in areas where Global Navigation Satellite System (GNSS) signal coverage is not available, and thus GNSS positioning cannot be guaranteed. In these scenarios, WSN may be relied upon to achieve a satisfactory degree of positioning accuracy. Typically, batteries power sensor nodes in WSN. These batteries are costly to replace. Therefore, power consumption is an important aspect, being performance and lifetime of WSN strongly relying on the ability to reduce it. It is crucial to design effective strategies to maximize battery lifetime. Optimization of power consumption can be made at different layers. For example, at the physical layer, power control and resource optimization may play an important role, as well as at higher layers through network topology and MAC protocols. The objective of this Thesis is to study the optimization of resources in WSN that are employed for positioning purposes, with the ultimate goal being the minimization of power consumption. We focus on anchor-based positioning, where a subset of the WSN nodes know their location (anchors) and send ranging signals to nodes with unknown position (targets) to assist them in estimating it through distance-related measurements. Two well known of such measurements are received signal strength (RSS) and time of arrival (TOA), in which this Thesis focuses. In order to minimize power consumption while providing a certain quality of positioning service, in this dissertation we research on the problems of power control and node selection. Aiming at a distributed implementation of the proposed techniques, we resort to the tools of non-cooperative game theory. First, transmit power allocation is addressed for RSS based ranging. Using game theory formulation, we develop a potential game leading to an iterated best response algorithm with sure convergence. As a performance metric, we introduce the geometric dilution of precision (GDOP), which is shown to help achieving a suitable geometry of the selected anchor nodes. The proposed scheme and relative distributed algorithms provide good equilibrium performance in both static and dynamic scenarios. Moreover, we present a distributed, low complexity implementation and analyze it in terms of computational complexity. Results show that performance close to that of exhaustive search is possible. We then address the transmit power allocation problem for TOA based ranging, also resorting to a game theoretic formulation. In this setup, and also considering GDOP as performance metric, a supermodular game formulation is proposed, along with a distributed algorithm with guaranteed convergence to a unique solution, based on iterated best response. We analyze the proposed algorithm in terms of the price of anarchy (PoA), that is, compared to a centralized optimum solution, and shown to have a moderate performance loss. Finally, this dissertation addresses the effect of different MAC protocols and topologies in the positioning performance. In this direction, we study the performance of mesh and cluster-tree topologies defined in WSN standards. Different topologies place different constraints in network connectivity, having a substantial impact on the performance of positioning algorithms. While mesh topology allows high connectivity with large energy consumption, cluster-tree topologies are more energy efficient but suffer from reduced connectivity and poor positioning performance. In order to improve the performance of cluster-tree topologies, we propose a cluster formation algorithm. It significantly improves connectivity with anchor nodes, achieving vastly improved positioning performance. / En les xarxes de sensors sense fils (WSN), l'habilitat dels nodes sensors per conèixer la seva posició facilita una gran varietat d'aplicacions per la monitorització, el control i l'automatització. Així, les dades que proporciona un sensor tenen sentit només si la posició pot ésser determinada. Moltes WSN són desplegades en interiors o en àrees on la senyal de sistemes globals de navegació per satèl.lit (GNSS) no té prou cobertura, i per tant, el posicionament basat en GNSS no pot ésser garantitzat. En aquests escenaris, les WSN poden proporcionar una bona precisió en posicionament. Normalment, en WSN els nodes són alimentats amb bateries. Aquestes bateries són difícils de reemplaçar. Per tant, el consum de potència és un aspecte important i és crucial dissenyar estratègies efectives per maximitzar el temps de vida de la bateria. L'optimització del consum de potència pot ser fet a diferents capes del protocol. Per exemple, en la capa física, el control de potència i l'optimització dels recursos juguen un rol important, igualment que la topologia de xarxa i els protocols MAC en les capes més altes. L'objectiu d'aquesta tesi és estudiar l¿optimització de recursos en WSN que s'utilitzen per fer posicionament, amb el propòsit de minimitzar el consum de potència. Ens focalitzem en el posicionament basat en àncora, en el qual un conjunt de nodes coneixen la seva localització (nodes àncora) i envien missatges als nodes que no saben la seva posició per ajudar-los a estimar les seves coordenades amb mesures de distància. Dues classes de mesures són la potència de la senyal rebuda (RSS) i el temps d'arribada (TOA) en les quals aquesta tesi està focalitzada. Per minimitzar el consum de potència mentre que es proporciona suficient qualitat en el posicionament, en aquesta tesi estudiem els problemes de control de potència i selecció de nodes. Tenint en compte una implementació distribuïda de les tècniques proposades, utilitzem eïnes de teoria de jocs no cooperatius. Primer, l'assignació de potència transmesa és abordada pel càlcul de la distància amb RSS. Utilitzant la teoria de jocs, desenvolupem un joc potencial que convergeix amb un algoritme iteratiu basat en millor resposta (best response). Com a mètrica d'error, introduïm la dilució de la precisió geomètrica (GDOP) que mostra quant d'apropiada és la geometria dels nodes àncora seleccionats. L'esquema proposat i els algoritmes distribuïts proporcionen una bona resolució de l'equilibri en l'escenari estàtic i dinàmic. Altrament, presentem una implementació distribuïda i analitzem la seva complexitat computacional. Els resultats obtinguts són similars als obtinguts amb un algoritme de cerca exhaustiva. El problema d'assignació de la potència transmesa en el càlcul de la distància basat en TOA, també és tractat amb teoria de jocs. En aquest cas, considerant el GDOP com a mètrica d'error, proposem un joc supermodular juntament amb un algoritme distribuït basat en millor resposta amb convergència garantida cap a una única solució. Analitzem la solució proposada amb el preu de l'anarquia (PoA), és a dir, es compara la nostra solució amb una solució òptima centralitzada mostrant que les pèrdues són moderades. Finalment, aquesta tesi tracta l'efecte que causen diferents protocols MAC i topologies en el posicionament. En aquesta direcció, estudiem les topologies de malla i arbre formant clusters (cluster-tree) que estan definides als estàndards de les WSN. La diferència entre les topologies crea diferents restriccions en la connectivitat de la xarxa, afectant els resultats de posicionament. La topologia de malla permet una elevada connectivitat entre els nodes amb gran consum d'energia, mentre que les topologies d'arbre són més energèticament eficients però amb baixa connectivitat entre els nodes i baix rendiment pel posicionament. Per millorar la qualitat del posicionament en les topologies d'arbre, proposem un algoritme de formació de clústers.

The dissertation is focused on a multimedia lab for different applications, projects, text, video, audio, etc. Focused on the use of different user categories, as can be seen from reading the thesis. Design structures that can be effective, the program codes, program languages, and tools used to design and schedule used are proposed. You can output video synchronized time according to local time. We have investigated all kinds of references to avoid mistakes and has been possible objectives. Unfortunately the server we used to create this program is dead, your motherboard is not working and we have to wait to start again on another PC. A research study has given us some results on the state of local television in Catalonia implying that 70% were no longer active in 2014 or 2015 as they are in daily local station TV show, but what they do is posting videos of events on the internet as a video on demand and this is not a regular daily issue, forcing to use the computer or Smartphone to see that video, and this is not our goal. Our primary goal is for local TV studios can issue a daily schedule like any regular TV channel using the internet fiber optic network with 300Mbs. No need for an internet service provider or rely on an external server with videos in its database. Our solution gives the possibility that local broadcasters are self-reliant. We have given a complete solution that works and that is a low economic cost to local television, giving a procedure for sending programs in video format quality and high definition, and also how a Smart TV in our home can receive the daily program through a system of appropriate devices and connections making a request for the IP address used by the local TV studio to send the entire program. Knowing that this is operationally and economically and considering that Francisco Javier Villasevil is president of the federation of local television in Catalonia, when it comes to light and get together with municipalities that closed their local televisions, this may be the resumption of I wanted something that was lost, and allow student journalists, image and sound to work as interns to have a prosperous future careers. / La tesis doctoral está enfocada en un laboratorio multimedia para diversos usos, proyectos, textos, vídeos, audio, etc., enfocada para el uso de diferentes categorías de usuario, tal y como se puede ver en la lectura de la tesis. Se proponen las estructuras de diseño que pueden ser efectivas, los códigos de programa, los lenguajes de programa utilizados y las herramientas de diseño y programación utilizadas. Se pueden emitir videos sincronizados por tiempo en función de la hora local. Se han investigado toda clase de referencias para no cometer errores y ha sido posible realizar los objetivos. Por desgracia el servidor que hemos utilizado para crear este programa ha muerto, su placa base no funciona y tenemos que esperar comenzar de nuevo en otro PC. Un estudio de investigación nos ha dado unos resultados sobre la situación de las televisiones locales de Cataluña dando a entender que un 70% ya no estaban activas en 2014 ni lo están en 2015 como emisora de programa diario local de televisión, sino que lo que hacen es publicar vídeos de eventos en internet como un vídeo en demanda y esto no es una emisión regular diaria, lo que obliga a usar el ordenador o el Smartphone para ver ese vídeo, y esto no es nuestro objetivo. Nuestro objetivo primordial es que los estudios de televisión locales puedan emitir una programación diaria como cualquier canal regular de televisión usando la red internet con fibra óptica de 300Mbs. Sin necesidad de utilizar un proveedor de servicio por internet ni depender de un servidor externo con vídeos en su base de datos. Nuestra solución da la posibilidad de que las televisiones locales sean autodependientes. Hemos dado una completa solución que funciona y que supone un bajo coste económico para la Televisión local, dando un procedimiento para enviar programas en formatos de vídeo de calidad y alta definición, y también cómo un Smart TV de nuestro hogar puede recibir el programa diario a través de un sistema de dispositivos y conexiones adecuadas haciendo una petición de la dirección IP que usa el estudio de televisión local para enviar todo el programa. Sabiendo que esto es funcional y económico y teniendo en cuenta que Francisco Javier Villasevil es presidente de la federación de televisiones locales de Cataluña, cuando esto salga a la luz y los reunamos con los ayuntamientos que cerraron sus televisiones locales, esto puede ser el reinicio de algo querido que se perdió, y permitir que estudiantes de periodismo, imagen y sonido puedan trabajar como becarios para disponer de un próspero futuro laboral.

Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i Universität Stuttgart, Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) / Manned missions carried out in the last decades were either close to Earth or short missions. In contrast, Space Agencies future plans include manned exploration missions to asteroids, the Moon and finally Mars. The expected mission durations rise significantly and the greater distance from Earth makes a resupply or rescue mission almost impossible. These future plans make it necessary to develop a new Environmental Control and Life Support System (ECLSS), which ensures the survival of the astronauts for such missions. These frame conditions will impose a high degree of closure and a high reliability for the ECLSS. In this thesis, firstly, the different ECLSS technology/component options are presented, and its suitability for a long duration human spaceflight is analyzed. From all technologies the most promising, regenerative systems for atmosphere, water and waste management are selected in order to examine them as part of a complete ECLSS. Different approaches to evaluate the reliability of complex systems are analyzed. Since the failure of a component within the system does not necessarily lead a failure of the entire ECLSS, as the system is able to compensate for some failures, the Stochastic Dynamic Discrete Simulation (SDDS) method is selected. To carry out an SDDS, a robust and adaptable ECLSS model simulation is required. A new software is developed, based on the simulation tool Environment for Life-Support Systems Simulation and Analysis (ELISSA) from the Institute of Space Systems - University of Stuttgart. As a result of a stochastic simulation a list of failure times is obtained, which can be treated using the Maximum Likelihood Estimation (for parametric models) or the Kaplan-Meier method (for non-parametric models), to define the reliability of the system. The input data required to apply the SDDS are the reliabilities of each possible component of the ECLSS. The reliability of each component is defined by the failure rate or its parts. It can be seen, that the use of redundancies (spare parts) is essential for long duration missions, as the reliability of the system without them after 60 days is lower than 50%. The analysis of all components, including their spare parts, is carried out with the Multi-Opbjective Optimization Problem to achieve a high reliability with the lowest possible mass. Both methodologies, SDDS and MOOP have been implemented creating the user-friendly new software RELISSA. Finally, as an example, RELISSA is used to analyze a manned Mars mission. With this analysis, technologies currently in use (on board ISS) are compared with new technologies (currently under development), with the potential to reduce the system mass. The results clearly show that the new technologies can significantly reduce the mass of the system, for results of similar reliability. With these results, the need of development efforts of ECLSS technologies for manned missions beyond Low Earth Orbit is corroborated. / Les missions tripulades realitzades en les últimes dècades, van ser missions properes a la Terra o de curta durada. Per contra, els plans futurs de les Agències Espacials inclouen missions d'exploració tripulades a asteroides, la Lluna o Mart. La durada esperada d'aquestes missions s'incrementa significament i la major distància de la Terra fa que una missió d’abastiment o rescat sigui pràcticament impossible. Aquests futurs plans fan necessari el desenvolupament d'un nou Sistema de Control Ambiental i Suport a la Vida (ECLSS - Environmental Control and Life Support System), que asseguri la supervivència dels astronautes per a aquestes missions . Aquestes condicions imposen un alt nivell de tancament del sistema i una alta fiabilitat per al ECLSS. En aquesta tesi, es presenten les diferents opcions tecnològiques, components i s’analitza la seva viabilitat per a missions tripulades de llarga durada. De totes les tecnologies, se seleccionen els sistemes regeneratius més prometedors per a la gestió de l’atmosfera, l'aigua i els residus, per tal d'analitzar-los com a part de l'ECLSS. S'analitzen diferents mètodes per tal d'avaluar la fiabilitat de sistemes complexos . Com que la fallada d'un component del sistema no implica necessàriament una fallada de tot l'ECLSS, ja que el sistema és capaç de compensar algunes fallades, se selecciona el mètode de simulació dinàmica- estocàstica (SDDS - Stochastic Dynamic Discrete Simulation). Per a dur a terme l'SDDS, es necessita un model de simulació ECLSS robust i adaptable. Es desenvolupa un nou software, basat en l'eina de Simulació de l'Institut de Sistemes Espacials - Universitat de Stuttgart, Environm ent for Life-Support Systems Simulation and Analysis (ELISSA). Com a resultat de la simulació estocàstica, s'obté una llista de temps de fallada, a partir de la qual, amb el mètode de Màxima Versemblança (per a models paramètrics ) o de Kaplan-Meier (per a models no paramètrics ) es defineix la fiabilitat del sistema. Les dades d'entrada necessàries per aplicar l'SDDS són les fiabilitats de cada un dels possibles com ponents de l'ECLSS. La fiabilitat de cada component es defineix a partir de la taxa de fallada de les seves parts. Es pot observar que l'ús de redundàncies (peces de recanvi) és essencial per a missions de llarga durada, ja que la fiabilitat del sistema sense recanvis disminueix més del 50% passats 60 dies. L'anàlisi de tots els components, incloent-hi les peces de recanvi, es realitza a partir del problema d'optimització d'objectius múltiples (MOOP - Multi-Opbjective Optimization Problem ), per tal d'obtenir una altra fiabilitat amb la menor massa possible. Les dues metodologies , SDDS i MOOP, s'han implementat creant un nou software, user-friendly, RELISSA. Finalment, com exemple, s'ha utilitzar RELISSA per analitzar una missió tripulada a Mart. Amb aquesta anàlisi es comparen tecnologies actualment en ús (a l'Estació Espacial Internacional) i noves tecnologies (actualment en desenvolupament) amb el potencial de reduir la massa del sistema. Els resultats mostren clarament que les noves tecnologies poden reduir significament la massa dels sistema, per a resultats similars de fiabilitat. Amb aquests resultats, es corrobora la necessitat de dedicar esforços de desenvolupament en tecnologies ECLSS per a missions tripulades més enllà de l'òrbita baixa terrestre (LEO - Low Earth Orbit).

It would be unaffordable if the WDM-PON technologies were directly applied for massive deployment. Hence, the potential WDM-PON is to be integrated and improved in order to adapt it for NGPON and the future 5G. The UDWDM-PON can be considered as an ultimate solution for the next-generation access network capable of providing unlimited bandwidth for each user, thanks to the coherent detection. Plenty of scientists have believed that it is crucial to increase the operating speed and maximum reach of WDM-PON, while it has no sense if people achieve them without a ordable cost. In order to apply them cost-effciently, the system should require colorless ONUs and bidirectional systems. It is desired that the whole system use modulators on a low bias consumption, even limit the number of amplifiers. However, for bidirectional transmission the backscattering effects would limit the performance if we want to reuse the carrier from OLT. So, we should design a method to separate the wavelength between upstream and downstream. The traditional UDWDM-PON uses 2 laser at ONU, in this thesis, the single-DFB based ONUs are presented with integrated devices. What is the most plausible configuration? The photonic devices such as RSOA, DEML, FML with advanced configurations are presented in this thesis with different applications. The proposed thesis includes these parts: key devices for WDM-PON and the chirp parameters of these integrated photonic devices are measured, the polarization independent RSOA with different applications is also included, demonstration of dual output DEML with bidirectional coherent UDWDM-PON transmission, mitigating residual AM of DEML for phase modulation, and fast tuning for the UDWDM channel via FML are described. / Por sus altos requerimientos técnicos, sería inasumible aplicar las tecnologías WDM-PON directamente para el despliegue masivo de Fiber-to-the-Home de nueva generación. Por lo tanto, el potencial se WDM-PON se debe integrar y mejorar con el fin de adaptarlo para NGPON y el futuro 5G. Hoy dia, operadores, usuarios y científicos, ven crucial augmentar la velocitat de funcionament y el alcance de las redes de acceso PON, si bien no tiene sentido conseguirlo con un coste inasequible. El UDWDM-PON puede considerarse como una solución definitiva para la red de acceso de próxima generación, capaz de proporcionar ancho de banda ilimitado para cada usuario, gracias a la detección coherente, por lo que en esta tesis se aborda su realización con un coste e integración prácticos. Con el fin de aplicarlos de manera rentable, el sistema debería exigir a las ONU que sean idénticas, si láseres preseleccionados o incoloros, y ser bidireccionales. Se desea que el conjunto de moduladores del sistema tengan en un bajo consumo, e incluso limitar el número de amplificadores. Sin embargo, para la transmisión bidireccional los efectos de retrodispersión limitarían el rendimiento si queremos volver a utilizar la portadora generada en la OLT. Por lo tanto, debemos diseñar un método para separar la longitud de onda en las transmisiones de bajada y de retorno del usuario a la central. El tradicional UDWDM-PON utiliza 2 láseres en la ONU; en esta tesis, las ONUs usan dispositivos integrados basados en un sólo DFB. ¿Cuál es la configuración más plausible? Los dispositivos fotónicos como RSOA, DEML, FML con configuraciones avanzadas se presentan en esta tesis con diferentes aplicaciones, que resuelven distintos problemas técnicos. La tesis incluye las siguientes partes: análisis y medida de dispositivos fotónicos clave para WDM-PON con modulación de fase, la independencia a la polarización de RSOA con diferentes aplicaciones, demostración de DEML con doble salida para transmisión bidireccional coherente UDWDM-PON, mitigación de AM residual de DEML para la modulación de fase, y la sintonía rápida de canal de UDWDM a través de FML.

La hidrologia històrica quantitativa és una branca emergent de les ciències de la Terra que es basa en l’ús d’informació històrica (és a dir, informació produïda per les persones: documents, imatges, limnimarques) per a reconstruir el cabal pic de riuades antigues. Aquesta ciència multidisciplinària (molt propera, en concepte, a la paleohidrologia) utilitza mètodes d’historiografia, hidràulica, hidrologia, meteorologia, climatologia, estadística i, fins i tot, de les ciències socials, i té moltes aplicacions útils, no només en la planificació del risc d’inundacions, sinó també en la recerca hidrològica bàsica. Malgrat tot plegat, la hidrologia històrica quantitativa no s’ha convertit, de moment, en una eina d’ús general a Catalunya i a la conca de l’Ebre. Aquesta tesi desenvolupa algunes de les grans possibilitats de la hidrologia històrica quantitativa tot aplicant-la en diversos casos d’estudi en diferents conques de Catalunya i la conca de l’Ebre. La conclusió final és que l’ús de la hidrologia històrica millora la prevenció i la gestió del risc de riuades, tant en conques aforades com no aforades de la zona estudiada. / Era idrologia istorica quantitativa ei ua branca emergenta des sciéncies dera Tèrra que se base en emplec d’informacion istorica (ei a díder, informacion produsida pes persones: documents, imatges, limnimarques) entà rebastir eth cabau pic d'aiguats ancians. Aguesta sciéncia multidisciplinària (fòrça propèra, en concèpte, ara paleoidrologia) emplegue metòdes d’istoriografia, idraulica, idrologia, meteorologia, climatologia, estadistica e, autaplan, des sciéncies sociaus, e a fòrça aplicacions utiles, non sonque ena planificacion deth risc d’inondacions, mès tanben ena recèrca idrologica basica. Maugrat tot aquerò, era idrologia istorica quantitativa non s’a convertit, de moment, en un utís d’emplec generau en Catalonha e ena conca der Ebre. Aguesta tèsi desvolòpe bères ues des granes possibilitats dera idrologia istorica quantitativa en tot aplicar-la en diuèrsi casi d’estudi enes diferentes conques de Catalonha e dera conca der Ebre. Era conclusion finau ie qu’er emplec dera idrologia istorica melhore era prevencion e era gestion deth risc d’inondacions, tant en conques aforades coma no aforades dera zòna estudiada. / La hidrología histórica cuantitativa es una rama emergente de las ciencias de la Tierra que se basa en el uso de información histórica (es decir, información producida por las personas: documentos, imágenes, limnimarques) para reconstruir el caudal pico de riadas antiguas. Esta ciencia multidisciplinaria (muy próxima, en concepto, a la paleohidrología) utiliza métodos de historiografía, hidráulica, hidrología, meteorología, climatología, estadística e, incluso, de las ciencias sociales, y tiene muchas aplicaciones útiles, no sólo en la planificación del riesgo de inundaciones, sino también en la investigación hidrológica básica. A pesar de todo ello, la hidrología histórica cuantitativa no se ha convertido, de momento, en una herramienta de uso general en Cataluña y en la cuenca del Ebro. Esta tesis desarrolla algunas de las grandes posibilidades de la hidrología histórica cuantitativa aplicándola en varios casos de estudio en diferentes cuencas de Cataluña y la cuenca del Ebro. La conclusión final es que el uso de la hidrología histórica mejora la prevención y la gestión del riesgo de inundaciones, tanto en cuencas aforadas como no aforadas de la zona estudiada. / Quantitative historical hydrology is an emerging branch of Earth sciences that is based on the use of historical information (that is, man-made pieces of information: documents, pictures, flood marks) to reconstruct the peak flows of long-past floods. This multidisciplinary science (which is very close in concept to paleohydrology) uses methods from historiography, hydraulics, hydrology, meteorology, climatology, statistics, and even social sciences, and is full of possible useful applications, not only in flood risk management but also in basic hydrological research. However, quantitative historical hydrology is not being generally used in Catalonia or the Ebro River basin so far. This thesis develops some of the huge possibilities of quantitative historical hydrology by applying it to several study cases in different catchments in Catalonia and the Ebro River basin. The final conclusion is that the use of historical hydrology improves flood risk prevention and management, both in gauged and ungauged catchments within the studied area.

This thesis aims to dissert about air transport network design taking into consideration the current needs about efficiency in a very competitive industry. The main focus for this work is the airline's point of view and for this reason is going to be common to talk about profitability. A methodology is proposed to analyse current networks and to introduce modifications. First, an analytical approach is proposed with the aim to understand better the interaction of key parameters in network design at strategical level. Analyitical models demonstrate to be very useful because with a few parameters it is possible to decide if point to point or hub and spoke configuration suits better for an airline, given a set of supply conditions. Furthermore, the performance of networks with stopover configuration is tested, basically because for long routes with low demand this newtorks work well, how it was demonstrated by public transport systems. The differenciation of this research, compared against previous studies, is to include the performance of new entrant airlines in the industry. This aspect is carried out evaluating accurately the impact of fixed costs in the evaluation of cost operators. Despite airlines tend to consider aircraft ownership costs and labor costs as variable ones, they are not. They had an important impact in profit and loss account. A bad utilitzation factor of airplane or crew staff is very undesirable for operator and it can consider do not operate new routes if the resources are not well used. Secondly, analytical models are powerful but it is not possible to evaluate accurately the daily operational aspects for real networks with real flight schedules because these models take into consideration average values of some parameters. For this reason, this thesis develops a Tabu search algorithm to carry out airline network planning, based on linear models of each different planning problem. To do this contribution, these models are developed before for linear programming and they are solved with a combination of complete enumeration algorithm and exhaustive search algorithm. Both algorithms provide exact solution or global optimum for any problem statement. Later, Tabu search algorithm improves performance of searching with lower computational cost. The main conclusion is that Tabu developed is a better tool for airline planning than exact techniques because of lower times of computation. This performs better for large networks that, finally, are real networks. However, exact techniques could be interesting for small airlines that can be start-ups. Third, one of main reasons to develop a quantification of costs for managing airlines is due to the problem of complexity in networks. With the growth of air transportation and congestion at airports, primary or reactionary delays become higher day after day. Reactiveness of network depends of configuration and planning. Airlines manages it with extra reources, one way is allocating buffer times in flight schedule and other is having aircrafts at ground at main bases to enter in service and recover flight plans. Airline network design, planning and efficient algorithms are key assets to provide robustness for airlines. Finally, driving airlines in high competitive environments are difficult. Running low costs is the main decision for managers. However, analysing the problem from theory game point of view, allows finding key reasons to support this argument. First, a Stakelberg model is defined for two competing airlines. This model demonstrates that a war on frequencies or fares damages both competitors. Furthermore, a Cournot model it is shown and it proposes a navigation fee attending to correct utilization of capacity. Both models are a theoretical framework but demonstrate consistency and encourage further investigations. / El diseño de redes de transporte aéreo es un factor clave de eficiencia en una industria altamente competitiva. A pesar de que la rentabilidad es de suma importancia, el sistema considera la experiencia del usuario y los beneficios sociales para obtener un óptimo global. Un enfoque analítico permite derivar principios de diseño de redes de transporte aéreo: la tesis muestra cómo unas pocas variables y sus interacciones explican los factores clave del diseño de la red a nivel estratégico. Los servicios punto-a-punto muestran supremacía en las redes simples y para demandas altas y compensadas, una configuración con escalas es adecuada para rutas lejanas con poca demanda, y las operaciones hub and spoke mejoran las dos estrategias anteriores para redes grandes, cuando la demanda es baja o cuando las frecuencias son altas, pero son más sensibles a la propagación de demoras. El enfoque analítico permite prever el comportamiento de nuevas compañías aéreas entrando en el sector. El modelo incluye costes fijos de propiedad del avión y laborales (al contrario de las hipótesis habituales de la industria, que trabaja con costes variables), puesto que tienen un impacto importante en la cuenta de resultados. Una vez se han derivado guías de diseño, la tesis formula un planteamiento más realista del diseño de redes de transporte aéreo basado en programación matemática lineal, que se resuelve con una combinación del Algoritmo de Enumeración Completa y el Algoritmo de Búsqueda Exhaustiva (ambos proporcionan la solución exacta o un óptimo global para cualquier planteamiento del problema). El modelo incluye asignación de flotas, rutas de aeronaves y programación de tripulaciones. Mientras que los algoritmos exactos son apropiados para aerolíneas pequeñas, los problemas más grandes necesitan Búsqueda Tabú. El crecimiento del transporte aéreo y la congestión en los aeropuertos (a veces propiciada por las operaciones hub&spoke) pueden afectar las demoras con un efecto de bola de nieve o látigo; sin embargo el análisis de la complejidad de la red aérea puede incrementar la resiliencia de las operaciones. Un buen diseño de la red aérea, una buena planificación y unos algoritmos eficientes, son aspectos clave para proporcionar fiabilidad a las aerolíneas y así reducir los recursos inactivos asociados a “colchones de tiempo” (en los horarios de los vuelos) y/o en aviones “de reserva” en la plataforma para recuperar planes de vuelo. El “acolchado” mejora la percepción de la calidad por parte del pasajero, pero con un control activo del horario de vuelos puede conseguirse la misma percepción con costes menores. El entorno competitivo de las aerolíneas se analiza con teoría de juegos: un modelo de Stakelberg para dos aerolíneas competidoras muestra que una guerra de frecuencias o tarifas es perjudicial para ambas aerolíneas. Un modelo Cournot propone una tasa de navegación y de congestión según la correcta utilización de la capacidad. Vuelos (de la misma alianza) a lo largo del mundo con escalas en los hubs principales se proponen como investigación futura

Mobile broadband subscriptions and data traffic have increasingly grown in the past years with the deployment of the 3G and 4G technologies and the massive use of mobile devices. In this sense, LTE-A has been presented as the next step in wireless communications where higher data rates are targeted and fully packet switched services are held. The ultimate goal of 4G and the forthcoming 5G technology is to increase the Quality of Experience (QoE) of users. In this context, several challenges open up to face the increased bandwidth demands in both uplink (UL) and downlink (DL). To this end, LTE-A has proposed the use of Carrier Aggregation (CA) which allows the simultaneous data transmission in separate fragments of spectrum. The improvements brought by CA in the DL can be almost straightforward appreciable, since the evolved Node B (eNB) is in charge of transmissions, and power availability is not typically an issue. Conversely, the UL presents many open challenges to introduce aggregated transmissions, since it relies on the user terminal for transmission procedures. Lower transmission power and increased interference variability turn the UL more complex than the DL. For this reason, this Ph.D. thesis provides a contribution to the field of CA for UL mobile systems. The novelties here presented address the main limitations the UL encounters when introducing CA; new methods and strategies are proposed with the final aim of enhancing the UL communications with the use of increased bandwidth transmissions, and reducing the unbalanced data rate between the UL and DL. Throughout an exhaustive literature review, the main research opportunities to successfully implement CA in the UL were identified. In particular, three main blocks can be recognized. First, the need for introducing intelligent Radio Resource Management procedures that provide the user with increased QoE, specially in the cell edge, where users are more likely to be power limited, and CA is typically discarded. Consequently, the first part of this dissertation places emphasis on topics related to scheduling and the power limitations to face the increased bandwidth. In this sense, mechanisms that tackle the throughput improvement are proposed and scheduling schemes that specifically assess the gain or deterioration of CA are designed. Indeed, these strategies strongly rely on an accurate Channel State Information (CSI); it is of utmost importance to possess precise CSI to effectively support these assessments. In this line, the second part deals with the imperfect CSI where the efficient use of reference signals provides a high value. Channel prediction techniques have been proposed with the use of the splines method. However, the increased variability of interferences and the high delay in measurements still impairs the CSI accuracy. In this manner, interference management methods are introduced to support the CSI acquisition process. Finally, since CA constitutes the most transverse topic of the new features added to the 4G standard, the last block of research focuses on the opportunities that emerge with the use of CA in the context of heterogeneous networks, and new system designs are addressed. It is proposed to use dual connectivity in the form of decoupled uplink and downlink connections in a CA context, where aggregated carriers may have different coverage footprints. An analysis of two different cell association cases that arise has been driven. Stochastic geometry is used to study the system analytically, propagation conditions in the different tiers and frequencies are considered and the different association cases are compared to a classical downlink received power association rule. Conclusions show that decoupling the uplink provides the system with outstanding gains, however, being connected to the cell that receives the highest received power may not always be profitable, since issues like interferences or load conditions shall be also considered. / El número de usuarios móviles y el tráfico de datos generado han aumentado en los últimos años con el despliegue de redes 3G y 4G y el uso masivo de dispositivos móviles. De este modo, LTE-A surge como el siguiente escalón de las comunicaciones móviles, dónde se apunta a mayores velocidades de transmisión y los servicios se basan en la conmutación de paquetes. El objetivo principal de las redes 4G y de la inminente red 5G es mejorar la experiencia del usuario. En este contexto, se presentan nuevos retos para hacer frente a las demandas de incrementar el ancho de banda en ambos enlaces: ascendente (UL) y descendente (DL). Por ello, LTE-A propone el uso de portadoras agregadas (Carrier Aggregation (CA)), tecnología que permite la transmisión simultánea en dos fragmentos del espectro. Las mejoras que aporta CA en el DL son casi inmediatas dado que las transmisiones corren a cargo de la base, la cual no sufre la falta de potencia. Al contrario, el UL presenta más retos para introducir CA, ya que es el terminal quién se encarga de la transmisión. La baja disponibilidad de potencia y la alta variabilidad de la interferencia lo convierten en un entorno mucho más complejo. Por ello, esta disertación presenta una contribución al campo de CA en el UL de comunicaciones móviles. Las novedades presentadas tratan las principales limitaciones para incorporar CA; se proponen nuevos métodos y estrategias con el objetivo de mejorar las comunicaciones en el UL mediante el uso de CA; todo ello, para reducir el desajuste que existe entre la velocidad de transmisión del UL y DL. Mediante una extensa revisión de la literatura, se han detectado las principales líneas de investigación y potenciales mejoras para incorporar CA exitosamente. Se han identificado tres grandes bloques de investigación. Primero, la necesidad de introducir estrategias de gestión de recursos inteligentes, que proporcionen al usuario una mejora de la experiencia, especialmente en el límite de la celda. Es allí donde los usuarios tienen una mayor probabilidad de estar limitados en potencia, razón por la que se les aparta de CA. Consecuentemente, la primera parte de esta tesis pone énfasis en la asignación de recursos y las limitaciones en potencia por parte del usuario para hacer frente a un incremento del ancho de banda. Se proponen mecanismos que mejoran la velocidad de transmisión evaluando las ganancias o pérdidas de incorporar CA a la transmisión. Para apoyar el funcionamiento de estas estrategias de asignación, y asegurar su máximo rendimiento, es necesario un método que proporcione un conocimiento preciso y fidedigno del estado del canal (Channel State Information (CSI)). De este modo, la segunda parte de la investigación lidia con el CSI, donde el uso eficiente de las señales de referencia es de gran importancia. Se proponen técnicas de predicción de señal mediante el uso de Splines; sin embargo, la alta variabilidad de las interferencias y el gran retardo entre dos muestras de CSI perjudican la precisión. Por ello, se introducen métodos de gestión de interferencias que apoyan el proceso de adquisición del CSI. Finalmente, dado que CA es una de las funciones más transversales de las introducidas por el estándar 4G, la última parte de investigación se centra en las oportunidades que surgen con su uso en las redes heterogéneas. Se propone el uso de la conectividad dual, desacoplando el UL del DL junto con CA, donde el área de cobertura de las portadoras puede ser diferente. Se analizan dos escenarios de asociación posibles. Con el uso de geometría estocástica se estudia analíticamente el sistema, considerando diferentes condiciones de propagación en los distintos tipos de celda y frecuencias; los escenarios de asociación se comparan a uno tradicional, en el cual los usuarios se asocian en función de la potencia recibida de las bases. Las conclusiones destacan que el desacoplo aporta mejoras en el UL. Sin embargo, temas como interferencias o carga deben también considerar