Les connexions de banda ampla estan esdevinguent un servei essencial per a qualsevol llar. Estar connectat a més de 100Mbps, a 1Gbps, o a 10Gbps, és més un problema econòmic que no pas un de tecnològic. Aquesta Tesi té com a propòsit demostrar que l’usuari és la peça principal de les xarxes d’accés de fibra – en especial dels de Fibra Fins a la llar – tot desenvolupant un escenari de model tecno-econòmic de compartició de xarxa d’accés. Actualment, la xarxa està dominada pels desplegaments de Dalt cap a Baix fets per operadors de telecomunicacions que encara veuen en l’usuari el consumidor dels seus serveis. Tot i això, aquesta Tesi implementa un model de Baix cap a Dalt on l’usuari esdevé part de la xarxa d’accés. És més, es converteix en inversor de la xarxa de fibra i obté mes beneficis quants més usuaris agrega, derivant així en una xarxa compartida per la comunitat. El paper de l'Estat , els municipis i els operadors privats són analitzats com a possibles factors que poden ajudar o dificultar les iniciatives d'usuari. / Broadband connections are becoming an essential service of any home. To be connected at more than 100Mbps, to 1Gbps, or to 10Gbps, is more an economical problem, rather than a technological one. The dissertation purpose is to proof that users are the key piece of the fiber access networks – especially of Fiber to the Home – by developing a techno-economic sharing access network scenario model. Currently, the network is dominated by Top-down deployments made by telecom operators that still see in the user the consumer of their services. However, this dissertation implements a Bottom-up approach, and the user becomes a stakeholder of the access network. Moreover, he turns into one investor of the fiber work, and gets more benefits by adding more users, thus deriving into a community-shared network model. The role of State, Municipalities, and private operators are analyzed as possible factors that may help or hinder those user initiatives.

The growth in user demand for higher mobile data rates is driving Mobile Network Operators (MNOs) and network infrastructure vendors towards the adoption of innovative solutions in areas that span from physical layer techniques (e.g., carrier aggregation, massive MIMO, etc.) to the Radio Access Network and the Evolved Packet Core, amongst other. In terms of network capacity, out of a millionfold increase since 1957, the use of wider spectrum (25x increase), the division of spectrum into smaller resources (5x), and the introduction of advanced modulation and coding schemes (5x) have played a less significant role than the improvements in system capacity due to cell size reduction (1600x). This justifies the academic and industrial interest in short-range, low-power cellular base stations, such as small cells. The shift from traditional macrocell-based deployments towards heterogeneous cellular networks raises the need for new architectural and procedural frameworks capable of providing a seamless integration of massive deployments of small cells into the existing cellular network infrastructure. This is particularly challenging for large-scale, all-wireless networks of small cells (NoS), where connectivity amongst base stations is provided via a wireless multi-hop backhaul. Networks of small cells are a cost-effective solution for improving network coverage and capacity in high user-density scenarios, such as transportation hubs, sports venues, convention centres, dense urban areas, shopping malls, corporate premises, university campuses, theme parks, etc. This Ph.D. Thesis provides an answer to the following research question: What is the architectural and procedural framework needed to support efficient traffic and mobility management mechanisms in massive deployments of all-wireless 3GPP Long-Term Evolution networks of small cells? In order to do so, we address three key research challenges in NoS. First, we present a 3GPP network architecture capable of supporting large-scale, all-wireless NoS deployments in the Evolved Packet System. This involves delegating core network functions onto new functional entities in the network of small cells, as well as adapting Transport Network Layer functionalities to the characteristics of a NoS in order to support key cellular services. Secondly, we address the issue of local location management, i.e., determining the approximate location of a mobile terminal in the NoS upon arrival of an incoming connection from the core network. This entails the design, implementation, and evaluation of efficient paging and Tracking Area Update mechanisms that can keep track of mobile terminals in the complex scenario of an all-wireless NoS whilst mitigating the impact on signalling traffic throughout the local NoS domain and towards the core network. Finally, we deal with the issue of traffic management in large-scale networks of small cells. On the one hand, we propose new 3GPP network procedures to support direct unicast communication between LTE terminals camped on the same NoS with minimal involvement from functional entities in the Evolved Packet Core. On the other hand, we define a set of extensions to the standard 3GPP Multicast/Broadcast Multimedia Service (MBMS) in order to improve the quality of experience of multicast/broadcast traffic services in high user-density scenarios. / El crecimiento de la demanda de tasas de transmisión más altas está empujando a los operadores de redes móviles y a los fabricantes de equipos de red a la adopción de soluciones innovadoras en áreas que se extienden desde técnicas avanzadas de capa física (agregación de portadoras, esquemas MIMO masivos, etc.) hasta la red de acceso radio y troncal, entre otras. Desde 1957 la capacidad de las redes celulares se ha multiplicado por un millón. La utilización de mayor espectro radioeléctrico (incremento en factor 25), la división de dicho espectro en recursos más pequeños (factor 5) y la introducción de esquemas avanzados de modulación y codificación (factor 5) han desempeñado un papel menos significativo que las mejoras en la capacidad del sistema debidas a la reducción del tamaño de las celdas (factor 1600). Este hecho justifica el interés del mundo académico y de la industria en estaciones base de corto alcance y baja potencia, conocidas comúnmente como small cells. La transición de despliegues tradicionales de redes celulares basados en macroceldas hacia redes heterogéneas pone de manifiesto la necesidad de adoptar esquemas arquitecturales y de procedimientos capaces de proporcionar una integración transparente de despliegues masivos de small cells en la actual infraestructura de red celular. Este aspecto es particularmente complejo en el caso de despliegues a gran escala de redes inalámbricas de small cells (NoS, en sus siglas en inglés), donde la conectividad entre estaciones base se proporciona a través de una conexión troncal inalámbrica multi-salto. En general, las redes de small cells son una solución eficiente para mejorar la cobertura y la capacidad de la red celular en entornos de alta densidad de usuarios, como núcleos de transporte, sedes de eventos deportivos, palacios de congresos, áreas urbanas densas, centros comerciales, edificios corporativos, campus universitarios, parques temáticos, etc. El objetivo de esta Tesis de Doctorado es proporcionar una respuesta a la siguiente pregunta de investigación: ¿Cuál es el esquema arquitectural y de procedimientos de red necesario para soportar mecanismos eficientes de gestión de tráfico y movilidad en despliegues masivos de redes inalámbricas de small cells LTE? Para responder a esta pregunta nos centramos en tres desafíos clave en NoS. En primer lugar, presentamos una arquitectura de red 3GPP capaz de soportar despliegues a gran escala de redes inalámbricas de small cells en el Evolved Packet System, esto es, el sistema global de comunicaciones celulares LTE. Esto implica delegar funciones de red troncal en nuevas entidades funcionales desplegadas en la red de small cells, así como adaptar funcionalidades de la red de transporte a las características de una NoS para soportar servicios celulares clave. En segundo lugar, nos centramos en el problema de la gestión de movilidad local, es decir, determinar la localización aproximada de un terminal móvil en la NoS a la llegada de una solicitud de conexión desde la red troncal. Esto incluye el diseño, la implementación y la evaluación de mecanismos eficientes de paging y Tracking Area Update capaces de monitorizar terminales móviles en el complejo escenario de redes de small cells inalámbricas que, a la vez, mitiguen el impacto sobre el tráfico de señalización en el dominio local de la NoS y hacia la red troncal. Finalmente, estudiamos el problema de gestión de tráfico en despliegues a gran escala de redes inalámbricas de small cells. Por un lado, proponemos nuevos procedimientos de red 3GPP para soportar comunicaciones unicast directas entre terminales LTE registrados en la misma NoS con mínima intervención por parte de entidades funcionales en la red troncal. Por otro lado, definimos un conjunto de extensiones para mejorar la calidad de la experiencia del servicio estándar 3GPP de transmisión multicast/broadcast de tráfico multimedia (MBMS, en sus siglas en inglés) en entornos de alta densidad de usuarios.

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.

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.

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.

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

El present treball, culmina un període de recerca que va començar amb l’observació i mesura dels rendiments dels primers vehicles elèctrics del mercat contemporani i de les tècniques d’optimització energètica aeroespacial. Aquesta tesi recull i recopila les conclusions de tesis i projectes de final de carrera dirigides pel Dr. Ricard Bosch, esdevenint un graó més de la cadena cap al vehicle elèctric que ell mateix persegueix des de fa 30 anys.. L’estudi se centra al territori català per limitacions de desplaçaments i de contactes industrials, analitzant les capacitats de formació, les tècniques, les industrials tot i que els mercats potencials són mundials. Durant l’estudi, els experiments realitzats sobre propulsions elèctriques s’han realitzat en plataformes privades pel que se’n manté la confidencialitat del producte final, no necessariament terrestre. Finalment es dibuixen les opcions que donarien continuïtat a la tesi i les oportunitats de negoci més factibles dins del territori català. / This work culminates a period of research which began with the observation and performance measurement of the first modern electric vehicles together with the aerospace energy optimization techniques. The thesis collects and compiles the findings of theses and final projects directed by Dr. Ricard Bosch, becoming one more step in his evolution chain towards the electric vehicle. The study focuses on the Catalan territory, due to travelling expenses and industry contacts, analyzing its skills, training, techniques, industry and the potential global markets. During the study, experiments were performed on electric propulsion platforms for private companies so the confidentiality of the final product is kept, and are not necessarily ground vehicles. Finally, this document outline the options that would give continuity to the thesis and the most feasible business opportunities within the Catalan territory.

This dissertation deals with the proper design of efficient feedback strategies for Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) communication systems. MIMO systems outperform single antenna systems in terms of achievable throughput and are more resilient to noise and interference, which are becoming the limiting factors in the current and future communications. Apart from the clear performance advantages, MIMO systems introduce an additional complexity factor, since they require knowledge of the propagation channel in order to be able to adapt the transmission to the propagation channel’s characteristics and achieve optimum performance. This channel knowledge, also known as Channel State Information (CSI), is estimated at the receiver and sent to the transmitter through a limited feedback link. In this dissertation, first, the minimum channel information necessary at the transmitter for the optimum precoding design is identified. This minimum information for the optimum design of the system corresponds to the channel Gram matrix. It is essential for the design of optimized systems to avoid the transmission of redundant feedback information. Following this idea, a quantization algorithm that exploits the differential geometry of the set of Gram matrices and the correlation in time present in most propagation channels is developed in order to greatly improve the feedback performance. This scheme is applied first to single-user MIMO communications, then to some particular multiuser scenarios, and finally it is extended to general multiuser broadcast communications. To conclude, the feedback link sizing is studied. An analysis of the tradeoff between size of the forward link and size of the feedback link isformulated and the radio resource allocation problem, in terms of transmission energy, time, and bandwidth of the forward and feedback links is presented. / En un mundo cada vez más interconectado, donde hay una clara tendencia hacia un mayor número de comunicaciones inalámbricas simultáneas (comunicaciones M2M: Machine to Machine, redes de sensores, etc.) y en el que las necesidades de capacidad de transmisión de los enlaces de comunicaciones aumentan de manera vertiginosa (audio, video, contenidos multimedia, alta definición, etc.) el problema de la interferencia se convierte en uno de los factores limitadores de los enlaces junto con los desvanecimientos del nivel de señal y las pérdidas de propagación. Por este motivo los sistemas que emplean múltiples antenas tanto en la transmisión como en la recepción (los llamados sistemas MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) se presentan como una de las soluciones más interesantes para satisfacer los crecientes requisitos de capacidad y comportamiento relativo a interferencias. Los sistemas MIMO permiten obtener un mejor rendimiento en términos de tasa de transmisión de información y a su vez son más robustos frente a ruido e interferencias en el canal. Esto significa que pueden usarse para aumentar la capacidad de los enlaces de comunicaciones actuales o para reducir drásticamente el consumo energético manteniendo las mismas prestaciones. Por otro lado, además de estas claras ventajas, los sistemas MIMO introducen un punto de complejidad adicional puesto que para aprovechar al máximo las posibilidades de estos sistemas es necesario tener conocimiento de la información de estado del canal (CSI: Channel State Information) tanto en el transmisor como en el receptor. Esta CSI se obtiene mediante estimación de canal en el receptor y posteriormente se envía al transmisor a través de un canal de realimentación. Esta tesis trata sobre el diseño del canal de realimentación para la transmisión de CSI, que es un elemento fundamental de los sistemas de comunicaciones del presente y del futuro. Las técnicas de transmisión que consideran activamente el efecto de la interferencia y el ruido requieren adaptarse al canal y, para ello, la realimentación de CSI es necesaria. En esta tesis se identifica, en primer lugar, la mínima información sobre el estado del canal necesaria para implementar un diseño óptimo en el transmisor, con el fin de evitar transmitir información redundante y obtener así un sistema más eficiente. Esta información es la matriz de Gram del canal MIMO. Seguidamente, se desarrolla un algoritmo de cuantificación adaptado a la geometría diferencial del conjunto que contiene la información a cuantificar y que además aprovecha la correlación temporal existente en los canales de propagación inalámbricos. Este algoritmo se implementa y evalúa primero en comunicaciones MIMO punto a punto entre dos usuarios, después se implementa para algunos casos particulares con múltiples usuarios, y finalmente se amplía para el caso general de sistemas broadcast multi-usuario. Adicionalmente, esta tesis también estudia y optimiza el dimensionamiento del canal de realimentación en función de la cantidad de recursos radio disponibles, en términos de ancho de banda, tiempo y potencia de transmisión. Para ello presenta el problema de la distribución óptima de dichos recursos radio entre el enlace de transmisión de datos y el enlace de realimentación para transmisión de información sobre estado del canal como un problema de optimización.