Uno de los problemas más complejos en redes de computadores es el de proporcionar garantías de calidad y confiabilidad a las comunicaciones de datos entre entidades que se encuentran en dominios distintos. Esto se debe a un amplio conjunto de razones -- las cuales serán analizadas en detalle en esta tesis -- pero de manera muy breve podemos destacar: i) la limitada flexibilidad que presenta el modelo actual de encaminamiento inter-dominio en materia de ingeniería de tráfico; ii) la naturaleza distribuida y potencialmente antagónica de las políticas de encaminamiento, las cuales son administradas individualmente y sin coordinación por cada dominio en Internet; y iii) las carencias del protocolo de encaminamiento inter-dominio utilizado en Internet, denominado BGP (Border Gateway Protocol).El objetivo de esta tesis, es precisamente el estudio y propuesta de soluciones que permitan mejorar drásticamente la calidad y confiabilidad de las comunicaciones de datos en redes conformadas por múltiples dominios.Una de las principales herramientas para lograr este fin, es tomar el control de las decisiones de encaminamiento y las posibles acciones de ingeniería de tráfico llevadas a cabo en cada dominio. Por este motivo, esta tesis explora distintas estrategias de como controlar en forma precisa y eficiente, tanto el encaminamiento como las decisiones de ingeniería de tráfico en Internet. En la actualidad este control reside principalmente en BGP, el cual como indicamos anteriormente, es uno de los principales responsables de las limitantes existentes. El paso natural sería reemplazar a BGP, pero su despliegue actual y su reconocida operatividad en muchos otros aspectos, resultan claros indicadores de que su sustitución (ó su posible evolución) será probablemente gradual. En este escenario, esta tesis propone analizar y contribuir con nuevas estrategias en materia de control de encaminamiento e ingeniería de tráfico inter-dominio en tres marcos temporales distintos: i) en la actualidad en redes IP; ii) en un futuro cercano en redes IP/MPLS (MultiProtocol Label Switching); y iii) a largo plazo en redes ópticas, modelando así una evolución progresiva y realista, facilitando el reemplazo gradual de BGP.Más concretamente, este trabajo analiza y contribuye mediante: - La propuesta de estrategias incrementales basadas en el Control Inteligente de Rutas (Intelligent Route Control, IRC) para redes IP en la actualidad. Las estrategias propuestas en este caso son de carácter incremental en el sentido de que interaccionan con BGP, solucionando varias de las carencias que éste presenta sin llegar a proponer aún su reemplazo. - La propuesta de estrategias concurrentes basadas en extender el concepto del PCE (Path Computation Element) proveniente del IETF (Internet Engineering Task Force) para redes IP/MPLS en un futuro cercano. Las estrategias propuestas en este caso son de carácter concurrente en el sentido de que no interaccionan con BGP y pueden ser desplegadas en forma paralela. En este caso, BGP continúa controlando el encaminamiento y las acciones de ingeniería de tráfico inter-dominio del tráfico IP, pero el control del tráfico IP/MPLS se efectúa en forma independiente de BGP mediante los PCEs.- La propuesta de estrategias que reemplazan completamente a BGP basadas en la incorporación de un nuevo agente de control, al cual denominamos IDRA (Inter-Domain Routing Agent). Estos agentes proporcionan un plano de control dedicado, físicamente independiente del plano de datos, y con gran capacidad computacional para las futuras redes ópticas multi-dominio.Los resultados expuestos aquí validan la efectividad de las estrategias propuestas, las cuales mejoran significativamente tanto la concepción como la performance de las actuales soluciones en el área de Control Inteligente de Rutas, del esperado PCE en un futuro cercano, y de las propuestas existentes para extender BGP al área de redes ópticas. / One of the most complex problems in computer networks is how to provide guaranteed performance and reliability to the communications carried out between nodes located in different domains. This is due to several reasons -- which will be analyzed in detail in this thesis -- but in brief, this is mostly due to: i) the limited capabilities of the current inter-domain routing model in terms of Traffic Engineering (TE); ii) the distributed and potentially conflicting nature of policy-based routing, where routing policies are managed independently and without coordination among domains; and iii) the clear limitations of the inter-domain routing protocol, namely, the Border Gateway Protocol (BGP). The goal of this thesis is precisely to study and propose solutions allowing to drastically improve the performance and reliability of inter-domain communications. One of the most important tools to achieve this goal, is to control the routing and TE decisions performed by routing domains. Therefore, this thesis explores different strategies on how to control such decisions in a highly efficient and accurate way. At present, this control mostly resides in BGP, but as mentioned above, BGP is in fact one of the main causes of the existing limitations. The natural next-step would be to replace BGP, but the large installed base at present together with its recognized effectiveness in other aspects, are clear indicators that its replacement (or its possible evolution) will probably be gradually put into practice.In this framework, this thesis proposes to to study and contribute with novel strategies to control the routing and TE decisions of domains in three different time frames: i) at present in IP multi-domain networks; ii) in the near-future in IP/MPLS (MultiProtocol Label Switching) multi- domain networks; and iii) in the future optical Internet, modeling in this way a realistic and progressive evolution, facilitating the gradual replacement of BGP.More specifically, the contributions in this thesis can be summarized as follows. - We start by proposing incremental strategies based on Intelligent Route Control (IRC) solutions for IP networks. The strategies proposed in this case are incremental in the sense that they interact with BGP, and tackle several of its well-known limitations. - Then, we propose a set of concurrent route control strategies for MPLS networks, based on broadening the concept of the Path Computation Element (PCE) coming from the IETF (Internet Engineering Task Force). Our strategies are concurrent in the sense that they do not interact directly with BGP, and they can be deployed in parallel. In this case, BGP still controlls the routing and TE actions concerning regular IP-based traffic, but not how IP/MPLS paths are routed and controlled. These are handled independently by the PCEs.- We end with the proposal of a set of route control strategies for multi-domain optical networks, where BGP has been completely replaced. These strategies are supported by the introduction of a new route control element, which we named Inter-Domain Routing Agent (IDRA). These IDRAs provide a dedicated control plane, i.e., physically independent from the data plane, and with high computational capacity for future optical networks.The results obtained validate the effectiveness of the strategies proposed here, and confirm that our proposals significantly improve both the conception and performance of the current IRC solutions, the expected PCE in the near-future, as well as the existing proposals about the optical extension of BGP.

Les imatges de teledetecció de la superfície oceànica proporcionen una vista sinòptica de la complexa geometria de la circulació oceànica, dominada per la variabilitat de mesoescala. Estructures com filaments i vòrtex són presents en els diferents escalars advectats pel flux oceànic. L’origen més probable d’aquestes estructures és el caràcter turbulent dels corrents, aquestes estructures són persistents amb el temps i compatibles amb la dinàmica mesoscalar oceànica. A escales espacials de quilòmetres o més, la turbulència és principalment 2D, i una complexa geometria, plena de filaments i remolins de mides diferents, emergeix en les imatges superficials de teledetecció de concentració de clorofil·la-a, salinitat superficial, així com en altres escalars més coneguts com són la temperatura superficial i la topografia dinàmica. L’objectiu d’aquesta tesi és explorar i aplicar metodologies de mapatge que permeten millorar la qualitat de mapes de teledetecció oceànica en general, i en particular de la salinitat superficial del mar (SSS). Les diferents metodologies emprades en aquesta tesi han estat aplicades amb l’objectiu específic de millorar els mapes de teledetecció de salinitat superficial del mar proveïts per la missió SMOS de l’Agència Espaial Europea. SMOS és el primer satèl·lit capaç de mesurar la humitat del sol i salinitat oceànica des de l’espai a escala global. La primera part d’aquesta tesi se centra a analitzar les característiques dels productes de nivell 2 (L2) de salinitat de SMOS i produir mapes de nivell 3 (L3) de salinitat utilitzant aproximacions clàssiques: millora del filtratge, mitjana ponderada i Interpolació Òptima. En el curs de la nostra recerca obtenim un conjunt de recomanacions de com processar les dades de SMOS començant des del nivell L2. Aquesta tesi també presenta una nova tècnica de fusió de dades que permet explotar les estructures turbulentes comunes entre diferents variables oceàniques, representant un pas endavant en la cadena de processat per generar mapes de nivell 4 (L4). Aquesta tècnica de fusió es basa teòricament en les propietats geomètriques dels traçadors advectats per la dinàmica oceànica (Turiel et al., 2005a). Degut a l’efecte de forta cissalla als fluits turbulents, l’estructura espacial d’un traçador oceànic hereta algunes propietats del flux subjacent, i en particular el seu arranjament geomètric. Com a conseqüència, les diferents variables oceàniques mostren propietats d’escala similars a la cascada d’energia turbulenta (Seuront and Schmitt, 2005; Nieves et al., 2007; Nieves and Turiel, 2009; Isern-Fontanet et al., 2007). El mètode de fusió agafa un senyal de menor qualitat (afectat per soroll, forats de dades i/o de resolució més baixa) i en millora la seva qualitat. A més d’això, el mètode de fusió és capaç d’extrapolar les dades de forma geofísicament coherent. Aquesta millora del senyal s’aconsegueix utilitzant una altra variable oceànica adquirida amb major qualitat, cobertura espacial més gran i/o millor resolució. Un punt clau d’aquesta aproximació és la suposició de l’existència d’una estructura multifractal de les imatges de teledetecció oceànica (Lovejoy et al., 2001b), i que les línies de singularitat de les diferents variables de l’oceà coincideixen. Sota aquestes premises, els gradients de les dues variables a fusionar estan relacionats per una matriu suau. Com a primera i simple aproximació, s’assumeix que aquesta matriu és proporcional a la identitat; això porta a un esquema de regressió lineal local. Aquesta tesi mostra que aquesta aproximació senzilla permet reduir l’error i millorar la cobertura del producte de nivell 4 resultant. D’altra banda, s’obté informació sobre la relació estadística entre les dues variables fusionades, ja que la dependència funcional entre elles es determina per cada punt de la imatge. / Remote sensing imagery of the ocean surface provides a synoptic view of the complex geometry of ocean circulation, which is dominated by mesoscale variability. The signature of filaments and vortices is present in different ocean scalars advected by the oceanic flow. The most probable origin of the observed structures is the turbulent character of ocean currents, and those signatures are persistent over time scales compatible with ocean mesoscale dynamics. At spatial scales of kilometers or more, turbulence is mainly 2D, and a complex geometry, full of filaments and eddies of different sizes, emerges in remote sensing images of surface chlorophyll-a concentration and surface salinity, as well as in other scalars acquired with higher quality such as surface temperature and absolute dynamic topography. The aim of this thesis is to explore and apply mapping methodologies to improve the quality of remote sensing maps in general, but focusing in the case of remotely sensed sea surface salinity (SSS) data. The different methodologies studied in this thesis have been applied with the specific goal of improving surface salinity maps generated from data acquired by the European Space Agency's mission SMOS, the first satellite able to measure soil moisture and ocean salinity from space at a global scale. The first part of this thesis will introduce the characteristics of the operational SMOS Level 2 (L2) SSS products and the classical approaches to produce the best possible SSS maps at Level 3 (L3), namely data filtering, weighted average and Optimal Interpolation. In the course of our research we will obtain a set of recommendations about how to process SMOS data starting from L2 data. A fusion technique designed to exploit the common turbulent signatures between different ocean variables is also explored in this thesis, in what represents a step forward from L3 to Level 4 (L4). This fusion technique is theoretically based on the geometrical properties of advected tracers. Due to the effect of the strong shear in turbulent flows, the spatial structure of tracers inherit some properties of the underlying flow and, in particular, its geometrical arrangement. As a consequence, different ocean variables exhibit scaling properties, similar to the turbulent energy cascade. The fusion method takes a signal affected by noise, data gaps and/or low resolution, and improves it in a geophysically meaningful way. This signal improvement is achieved by using an appropriate data, which is another ocean variable acquired with higher quality, greater spatial coverage and/or finer resolution. A key point in this approach is the assumption of the existence of a multifractal structure in ocean images, and that singularity lines of the different ocean variables coincide. Under these assumptions, the horizontal gradients of both variables, signal and template, can be related by a smooth matrix. The first, simplest approach to exploit such an hypothesis assumes that the relating matrix is proportional to the identity, leading to a local regression scheme. As shown in the thesis, this simple approach allows reducing the error and improving the coverage of the resulting Level 4 product; Moreover, information about the statistical relationship between the two fields is obtained since the functional dependence between signal and template is determined at each point.

La tecnología microelectrónica esta entrando a formar parte de la vida cotidiana. Así, además del ordenador PC, tanto en los vehículos, como en las viviendas es difícil encontrar equipos o subsistemas eléctricos que no incluyan algún tipo de circuito integrado para su control.Aspectos como la automatización de viviendas y edificios se empieza a considerar una cuestión clave para la industria informática. Los cuales se basan en buses de campo. Estos precisan de sensores que le informen del estado de la vivienda, industria, vehículo... que se desea controlar, y actuadores que permitan modificar dicho estado.Sin embargo, los sensores y actuadores son, en general, sistemas analógicos, con salidas difícilmente estandarizables si no se les incluye una electrónica que acondicione la señal, la convierta en digital, y la adapte a dicho estándar.La respuesta a esta necesidad la han dado los microsistemas, que permiten incluir en una oblea de silicio sensores, actuadores y la electrónica de control necesaria dando lugar a los llamados sensores y actuadores inteligentes.Sin embargo, la fabricación de estos microsistemas suele precisar de procesos tecnológicos complejos y costosos, que requieren de etapas que normalmente no se realizan en los procesos CMOS estándar. Esto puede implicar la necesidad de realizar el sensor/actuador en una oblea distinta de la del circuito, por problemas de compatibilidad entre procesos.Esta tesis también se enmarca dentro de este campo, y busca el diseño de un circuito de interfaz para sensores capacitivos micromecanizados en silicio.Teniendo en cuenta la posible utilización posterior, se ha impuesto que el diseño debe ser compatible con una tecnología CMOS de bajo coste. Esto lleva a realizar el diseño en tecnologías concebidas inicialmente para la implementación de circuitos digitales.La salida del interfaz debe ser digital, para poder ser conectado fácilmente a un bus digital. Por este motivo, se ha realizado un estudio de las posibles metodologías de conversión.Por último, se ha buscado un diseño siguiendo una metodología Top-Down, acorde con las utilizadas en las tecnologías digitales. Esto simplifica el proceso de diseño cuando se hacen sistemas mixtos, ya que se pueden realizar los diferentes pasos en paralelo.A la hora de escribir esta tesis también se ha seguido este esquema, organizando los capítulos en el mismo orden.Medida de Microsensores Capacitivos: Describe el problema de la medida, haciendo hincapié en los problemas que se pueden encontrar con un microsensor capacitivo. También realiza el estudio de un microsensor concreto, un acelerómetro xyz para el automovil.Diseño Funcional: En este capítulo se estudian las posibles opciones para el diseño de la interfaz. Y posteriormente se analiza la estabilidad del sistema sensor-interfaz.Diseño Estructural: A partir de las decisiones tomadas en el diseño funcional, se baja al nivel de bloques y se estudia que componentes y dispositivos son más adecuados para el diseño a partir de la modelización y simulaciones realizadas.Diseño Físico: Se explica todo el proceso seguido para el diseño de las máscaras de la interfaz. Para ello se presenta una explicación más detallada de aquellos dispositivos que por sus características son más dependientes de las condiciones de las máscaras.Test: Este último capítulo presenta la metodología seguida para la caracterización de los circuitos, así como los resultados obtenidos

Wind power generation has become one of the most important energy sources. Currently, due to the advances achieved in power electronics and vertical-axis small wind-turbines, the urban integration of wind-energy has increased considerably. In this work, three three-phase rectifiers are proposed to inject the energy from a permanent magnet synchronous generator to a microgrid DC-bus. By means of sliding mode control these architectures are modeled as a three-phase Loss Free Resistor allowing the power factor correction in each phase and obtaining a modular and redundant implementation. However, due to the cost of the microgrids implementation, a boost inverter is proposed to obtain the most basic configuration for grid-connection. Using the boost inverter a sinusoidal output waveform can be obtained for input voltages lower than mains voltage. Finally, the DC voltage and the DC-link capacitor can be adjusted in order to optimize the global efficiency. / Wind power generation has become one of the most important energy sources. Currently, due to the advances achieved in power electronics and vertical-axis small wind-turbines, the urban integration of wind-energy has increased considerably. In this work, three three-phase rectifiers are proposed to inject the energy from a permanent magnet synchronous generator to a microgrid DC-bus. By means of sliding mode control these architectures are modeled as a three-phase Loss Free Resistor allowing the power factor correction in each phase and obtaining a modular and redundant implementation. However, due to the cost of the microgrids implementation, a boost inverter is proposed to obtain the most basic configuration for grid-connection. Using the boost inverter a sinusoidal output waveform can be obtained for input voltages lower than mains voltage. Finally, the DC voltage and the DC-link capacitor can be adjusted in order to optimize the global efficiency.

Las topologías de circuitos inversores multinivel pueden trabajar a tensiones y potencias mayores que las alcanzadas por convertidores convencionales de dos niveles. Además, la conversión multinivel reduce la distorsión armónica de las variables de salida y en algunos casos, a pesar del aumento de elementos de conmutación, también reduce las pérdidas de conversión al incrementarse el número de niveles. La reducción de distorsión alcanzada por el número de niveles puede aprovecharse para reducir las pérdidas de conmutación disminuyendo la frecuencia de las señales portadoras. Para reducir aún más esta frecuencia sin degradar el espectro, nosotros controlamos las pendientes de las portadoras triangulares. Primero se han desarrollado dos modelos analíticos para predecir el espectro del voltage de salida, dependiendo de: el índice de modulación MA, la razón de distribución de voltaje K de las fuentes de alimentación , y las cuatro pendientes de las portadoras{r1, r2, r3, r4}. El primer modelo considera el Muestreo Natural y se basa en Series Dobles de Fourier (SDF) mientras que el segundo modelo, utiliza la Serie Sencilla de Fourier (SSF) introduciendo el concepto de Muestreo Pseudo-Natural, una aproximación digital de la modulación natural. Ambos modelos son programados en Matlab, verificados con Pspice y validados con un prototipo experimental que contiene un modulador digital implementado con DSP.La concordancia entre las modulaciones natural y pseudo-natural, asi como entre sus respectivos modelos, es aprovechada por un algorítmo genético (AG) donde la THD es la función costo a reducir. Después de varios ensayos y de sintonizar el AG, se genera una matriz que contiene conjuntos de portadoras optimizadas dentro un rango específico de las variables {MA,K} y es probada con un segundo prototipo en lazo cerrado. Un lazo lento digital modifica las portadoras creadas por un dsPIC en modulaciones PWM; estas son demoduladas y sus amplitudes corregidas por un lazo de acción anticipada. Estas portadoras se comparan con una referencia sinusoidal que a su vez es modificada por variables de estado, generando finalmente la modulación multinivel en lazo cerrado. Los resultados finales demuestran la fiabilidad de la reducción de armónicos usando la programación de las pendientes de las portadoras. Palabras claves: inversor multinivel, PWM, distorsión armónica, modelo espectral, pendiente de portadora, conjunto de portadoras, distribución de niveles, Serie Doble de Fourier, Serie Simple de Fourier, muestreo natural, muestreo regular, muestreo pseudo-natural , Algoritmos Genéticos. / Multilevel inverter (MI) topologies can work at higher voltage and higher power than conventional two-level converters. In addition, multilevel conversion reduces the output variables harmonic distortion and, sometimes, in spite of the devices-count increment, the conversion losses can also decrease by increasing the number of levels. The harmonic distortion reduction achieved by increasing the number of levels, can be used to further reducing the switching losses by decreasing the inverter carrier frequencies. To reduce even more the switching frequency without degrading output spectrum, we control the triangular carrier waveforms slopes. First, to achieve this target, two analytical models have been created in order to predict the inverter output voltage spectrum, depending on diverse parameters: the amplitude modulation index MA, the voltage distribution K of the inverter input sources, and the four carrier slopes {r1, r2, r3, r4}. The first model considers Natural Sampling and is based on Double Fourier Series (DFS) whereas the second model based on Simple Fourier Series (SFS), introduces the concept of Pseudo-Natural Sampling, as a digital approximation of the natural modulation. Both models are programmed in Matlab, verified with Pspice simulations and validated with a first experimental prototype with a DSP digital modulator.The good agreement between natural and pseudo-natural modulations, as well as their respective DFS and SFS models, is exploited by a Genetic Algorithm (GA) application where THD is the cost function to minimize. After testing and properly tuning the GA, a framework matrix containing the optimized carriers set for a specific range of variables {MA,K} is generated and then, tested with a second, closed-loop prototype. A slow digital loop modifies the carrier slopes created by dsPIC microcontroller as PWM modulations, whose amplitude, once demodulated, are affected by a feed-forward loop. These carriers, compared with a sinusoidal reference, state-feedback modified, generate finally the closed-loop multilevel modulation. The final results demonstrates the feasibility of harmonic reduction by means of carrier slopes programming. Keywords: multilevel inverter, PWM, harmonic distortion, spectral modeling, carrier slope, carriers set, level distribution, Double Fourier Series, Simple Fourier Series, natural sampling, regular sampling, pseudo-natural sampling, Genetic Algorithms.

Els últims anys s’han realitzat un gran nombre d’instal•lacions fotovoltaiques convencionals, formades per un camp solar connectat a la xarxa mitjançant un inversor. Encara que inicialment la construcció d’aquestes instal•lacions estava subvencionada pels estats, actualment, aquestes subvencions s’estan eliminant. Un important desafiament és millorar i ampliar aquestes instal•lacions al mínim cost. Aquesta millora pretendrà augmentar la quantitat d’energia generada i/o augmentar la seva qualitat, reduint la aleatorietat de la producció, o fins i tot, podent participar a la gestió del sistema elèctric, millorant la seva integració a la xarxa. Presentem un dispositiu adaptador, que anomenarem Smart Panel Device (SPD), que permet la introducció de fonts, càrregues i elements d’emmagatzematge a sistemes fotovoltaics. El seu port de sortida es connecta al punt comú on s’uneixen el camp solar i l’inversor, sense pertorbar el punt de treball existent, que hauria de ser el punt de màxima potencia (MPP) del camp solar. El port d’entrada es connecta al nou element que es vol introduir. Aquest dispositiu, basat en un convertidor commutat controlat per funcionar com a font de potencia, te una corba potencia-tensió en el port de sortida, que no pertorba el punt de treball previ, i és compatible amb un inversor MPPT. El SPD s'ha aplicat a l’ampliació de sistemes fotovoltaics, afegint-hi fonts i bateries. Amb això es pot reduir l’aleatorietat de la producció y, fins i tot, implementar regulació primària i secundaria. El SPD també permet realitzar càrregues actives regeneratives, connectar fonts sense punt de màxima potencia a la xarxa utilitzant inversors MPPT, i, també, implementar microxarxes. També presentem una eina que ha estat molt útil per la implementació del SPD, així com per moltes altres aplicacions: el comparador amb histèresis analògic integrat en un microcontrolador. / En los últimos años se han realizado un gran número de instalaciones fotovoltaicas convencionales, formadas por un campo solar conectado a la red mediante un inversor. Aunque inicialmente la construcción de estas instalaciones estaba subvencionada por los estados, actualmente, estas subvenciones se han eliminado. Un importante desafío es mejorar y ampliar estas instalaciones al mínimo coste. Esta mejora pretenderá aumentar la cantidad de energía generada y/o aumentar su calidad, reduciendo la aleatoriedad de la producción, o incluso pudiendo participar en la gestión del sistema eléctrico, mejorando su integración en la red. Presentamos un dispositivo adaptador, que denominaremos Smart Panel Device (SPD), que permite la introducción de fuentes, cargas y elementos de almacenamiento a sistemas fotovoltaicos. Su puerto de salida se conecta en el punto común donde se unen el campo solar y el inversor, sin perturbar el punto de trabajo existente, que debería ser el punto de máxima potencia (MPP) del campo solar. El puerto de entrada se conecta al nuevo elemento que se quiere introducir. Este dispositivo, basado en un convertidor conmutado controlado para funcionar como fuente o sumidero de potencia, tiene una curva potencia-tensión en el puerto de salida, que no perturba el punto de trabajo previo, y es compatible con un inversor MPPT. El SPD se ha aplicado en la ampliación de sistemas fotovoltaicos, añadiendo fuentes y baterías. Con lo que se puede reducir la aleatoriedad de la producción y hasta implementar regulación primaria y secundaria. El SPD también permite realizar cargas activas regenerativas, conectar fuentes sin punto de máxima potencia a la red usando inversores MPPT, y también implementar microrredes. Asimismo, presentamos una herramienta que ha sido muy útil para la implementación del SPD, así como para multitud de aplicaciones: el comparador con histéresis analógico integrado en un microcontrolador. / A large number of simple photovoltaic grid-tie systems, consisting of a small solar field with an MPPT inverter, have been built these recent years. Although the construction of such facilities was originally sponsored by state governments, currently these subsidies have been removed in many countries. Nowadays, a major research challenge is how to improve the production yield and quality of such facilities at minimum cost. This improvement seeks to increase the amount of electricity generated improving the level of grid-cooperation, by reducing the randomness of production, or even participate in the grid management, enhancing its integration into the electrical grid. In this context, an adaptor device, called Smart Panel Device (SPD) is presented in this document. This device allows the introduction of additional sources, loads and storage elements to existing photovoltaic systems. Its output port is connected to the node where the solar field and the MPPT inverter are connected together without disturbing the actual working point, the panel maximum power point (MPP). The input port is connected to the new element to be introduced. This device, based on a switching converter controlled to behave as a power source or sink, has an output port power-voltage curve, which is compatible with an MPPT inverter. The SPD suitability has been verified expanding photovoltaic systems adding batteries and various source types. Thus, the production randomness can be reduced and even primary and secondary regulation can be implemented. The SPD can also be used developing regenerative electronic loads, connecting sources without maximum power point to the grid with MPPT inverters, and suitable as a microgrid building block. Finally, we present a technique to implement a built-in analog hysteretical comparator in a microntroller. It has been proved to be very useful for the SPD implementation, and many other applications.

This PhD dissertation is focused on the use of the opportunity signals from the Global Navigation Satellite Systems (GNSS), that scatter-off the Earth's surface for perform ocean mesoscale altimetry (the so called GNSS-R technique). Specially, this work analyses the capabilities of the interferometric approach (iGNSS-R) originally proposed for PARIS IoD (which will be implemented on GEROS-ISS), comparing its performance with the one obtained by the conventional approach (cGNSS-R). The main content of this PhD dissertation includes: A comprehensive analysis of the GNSS-R cross-correlation waveform properties, analyzing the impact that the observation geometry and system parameters have on the GNSS-R observables, where parameters such as the receiver bandwidth, observation geometry, sea state, and thermal and speckle noises are analyzed. A detailed derivation of the statistics for both the voltage and power cross-correlations (for both conventional and interferometric processing cases) validated all of them with both simulated and real data from ground-based airborne, and spaceborne experiments. Study of the performance model of the altimetry precision based on the Cramer-Rao Bound statistical estimator theory. This study has been carried out for a wide variety of parameters concerning the overall observation system, including instrument, on-board and on-ground processing aspects, for both the conventional and interferometric GNSS-R techniques. Analysis of experimental data from the Typhoon Investigation using GNSS-R Interferometric Signals (TIGRIS) experiment. This analysis has been used to determine and establish the boundaries and capabilities of GNSS-R towards remote sensing of typhoons. In this part, aspects such as the mitigation of the direct cross-talk contamination, GNSS multipath contamination, and preliminary results (including a novel observable) are presented. / Este PhD se centra en el uso de la señales GNSS (Global Navigation Satellite Systems) como señales de oportunidad, para realizar altimetría. Es lo que se conoce como GNSS-R (Global Navigation Satellite Systems-Reflectometry). Especialmente este trabajo analiza las principales propiedades del método interferométrico (iGNSS-R) inicialmente propuesto para PARIS-IoD, y que será implementado en GEROS-ISS. comparándolo con el método convencional (cGNSS-R). A continuación se enumeran los principales puntos abordados en esta tesis doctoral: Se ha realizado un exhaustivo y detallado análisis de las propiedades de las waveforms, evaluando la influencia de la geometría (altitud, ángulo de incidencia, estado del mar, etc), y de los principales parámetros a nivel de instrumento sobre las waveforms. Así mismo se ha analizado el impacto del ancho de banda del receptor, y del ruido térmico y speckle. Por otra parte, se han derivado las estadísticas (matrices de covarianzas) tanto para las waveforms complejas, como para las waveforms de potencia, considerando el método convencional, y el interferométrico. Las diferentes estadísticas o matrices de covarianzas han sido validadas usando datos reales procedentes de diferentes experimentos y datos simulados, para diferentes escenarios (.espacio, aerotransportado, ground-base). Dichas matrices de covarianza, posteriormente han sido usadas para calcular la precisión altimétrica, basada en el uso de estimadores estadísticos, como es el Cramer-Rad Bound. Dicho estudio ha sido realizado considerando un amplio número de parámetros, tanto para el método convencional como para el interferométrico, comparando el performance de ambas técnicas, y realizando una primera estimación de la precisión altimétrica que se obtendría para una misión espacial como PARIS-IoD. Por último se han analizado datos de la campaña experimental TIGRIS (Typhoon Investigation using GNSS-R Interferometric Signal). con dicho analisis se han estudio la capacidad de la técnica GNSS-R para monitorizar y detectar huracanes. Este análisis incluye aspectos como la mitigación de la contaminación procendente de la señal directa, y del multipath ocasionado por las diferentes señales GNSS. Al mismo tiempo durante este análisis un nuevo observable se ha propuesto.

In this Ph. D. dissertation the electromagnetic bias in GNSS-R (Global Navigation Satellite Systems Reflectometry) altimetry has been studied. GNSS-R altimetry is a new type of system that uses navigation signals as signals of opportunity for Earth observation. The electromagnetic bias has been a topic of research for several decades in conventional radar altimetry, typically at C and Ku bands, and pointing in the nadir direction, but it is a new subject in altimetry GNSS-R. Previous studies on the electromagnetic bias have been first reviewed: the Weakly Non-Linear theory (WNL), the Modulation Transfer Function (MTF), and a combination of both models. After a brief study of both the WNL and the MTF, a combined method is selected, simulated and validated at Ku and C bands, and then extrapolated at L band, the band of the GNSS signals. Then, the EM bias is studied in the time domain and it is characterized using statistical descriptors. Finally, the impact of natural phenomena such as rain, waves and currents in the electromagnetic bias is calculated. In conclusion, this dissertation has demonstrated that the electromagnetic bias is not only a function of the wind speed (or waves), but also a function of both the incidence and azimuth angles. The study in the time domain has been shown that it exhibits a non-linear behavior. Moreover, heavy rains decrease the electromagnetic bias, as they damp the waves, while sea currents in the opposite direction of the wind speed increase the electromagnetic bias, because they increase the surface "roughness", while currents with the same direction of the wind, reduce it / En esta tesis doctoral se estudia el sesgo electromagnético en altimetría GNSS-R (Global Navigation Satellite Systems Reflectometry). La altimetría GNSS-R es un nuevo tipo de sistema que utiliza las señales de navegación como señales de oportunidad para la observación de la tierra. El sesgo electromagnético ha sido un tema de investigación durante varias décadas en altimetría radar convencional utilizando típicamente las bandas C y Ku, y apuntando en la dirección nadir, pero es un tema novedoso en altimetría GNSS-R. En primer lugar se revisan los estudios previos sobre el sesgo electromagnético: la Weakly Non-Linear theory (WNL), la Modulation Transfer Function (MTF), y modelos combinados de ambos. Después de un breve estudio tanto de la WNL como de la MTF, se selecciona un modelo combinado, se simula, y valida en las bandas C y Ku, y luego es extrapolado a la banda L, la banda de las señales de los GNSS. En segundo lugar, se estudia el sesgo electromagnético en el dominio del tiempo y es caracterizado utilizando descriptores estadísticos. Por último, se calcula el impacto de los fenómenos naturales como la lluvia, el oleaje y las corrientes en el sesgo electromagnético . En conclusión, esta tesis doctoral ha demostrado que el sesgo electromagnético no es sólo una función de la velocidad del viento (o del oleaje), sino que también es una función tanto del ángulo de incidencia, como del ángulo de acimut. El estudio en el dominio del tiempo ha demostrado que tiene un comportamiento no lineal. Por otra parte, las fuertes lluvias disminuyen el sesgo electromagnético, pues amortiguan las olas, mientras que las corrientes con dirección opuesta al viento aumentan el sesgo electromagnético, pues aumentan la "rugosidad" superficial, mientras que la corriente tiene la misma dirección de la velocidad del viento, lo reduce.

The context of this thesis is the design of CMOS low power RFIC's suitable for direct conversion architectures. Our starting point is the analysis of the characteristics of the integrated passive components (inductors and mainly transformers) from a circuit designer perspective. Then, the achieved understanding of these components is exploited in order to optimize the performance of some of the building blocks of a RF front-end. This thesis is divided in three main chapters. Chapter 1 is dedicated to the analysis of integrated transformers. It starts with a revision of the state of the art of the integrated inductors in order to set up the basis for the analysis of the monolithic transformers. Due to their influence on the component quality factor, a special insight is dedicated to the analysis of the eddy currents. Then, we introduce the integrated transformers and revise the topologies used in their implementation and their characteristics and electrical equivalent models. However, it is important to remark that the goal of this thesis is not the modeling of the component. Instead, we will use EM simulators to reproduce their behavior and point out some physical mechanisms present in integrated transformers that have not been properly considered in the equivalent electrical models presented in the literature so far. In particular, we will study eddy currents in integrated transformers and will demonstrate their dependence on the operating mode of the transformer as well as on the loads connected to the primary and the secondary. As we will see this phenomenon has a direct influence on the component model as well as on the component optimization. Thus, different optimization procedures should be applied to minimize the component losses depending on the application. Finally, this chapter finishes with the design of a double balanced mixed that uses two differential transformers to increase the isolation between ports. It is demonstrated that a differential driving minimizes the effects of the parasitic capacitances and increases noticeably this isolation. It is also shown that the etching of the silicon underneath of the integrated transformers that reduces these parasitic capacitances also increases this isolation (even if a single-ended excitation is applied). Chapter 2 investigates the design of oscillators having low phase noise and large tunning range. After identifying the quality factor of the integrated inductors as one of the main factors limiting the oscillator phase noise, a novel transformer-based (parallel) resonator is introduced. This new topology overcomes the performance of the common inductor-based resonators in terms of tuning range and effective quality factor. A detailed description of the resonator is then performed in order understand its potentially and limitations. Thus, its properties are firstly studied from an electrical circuit perspective using the equivalent models discussed in the previous chapter. Then, it is realized the analysis in the EM domain in order to compare its performance with the standard inductor-based resonator. Once again, eddy currents are identified as the main factor limiting the effective quality factor of the transformer-based resonator. Thanks to the already achieved understanding of integrated transformers, the layout optimization method proposed by López-Villegas [35] for integrated inductors can be extended to the optimization of the transformer (when working in common-mode). The extension of the parallel design to N-resonators is also shortly discussed. Finally, the proposed resonator is used in a low phase-noise 1.7 GHz CMOS VCO.Chapter 3 presents a new topology of quadrature oscillator based on the differential coupling at the second harmonic of two differential oscillators. As in the previous design, an integrated transformer plays a relevant role in this circuit being used to establish the coupling between oscillators. In order to obtain a basic understanding of the phenomena involved in the generation of quadrature signals using the proposed method and set up the design procedure several concepts must be revised. In particular, the theory on forced (or injected) and coupled oscillators is discussed and applied to the proposed quadrature oscillator. Finally, to show the feasibility and potentiality of this methodology, different designs in integrated and hybrid implementations are presented.

Aquesta tesi aborda el reconeixement automàtic d'emocions espontànies basat en l'anàlisi del senyal de veu. Es realitza dins del Grup de recerca de Tecnologies Mèdia d’Enginyeria i Arquitectura La Salle, tenint el seu origen en un moment en el qual existeixen obertes diverses línies de recerca relacionades amb la síntesi afectiva però cap d’elles relacionada amb la seva anàlisi. La motivació és millorar la interacció persona-màquina aportant un mòdul d'anàlisi en l'entrada dels sistemes que permeti, posteriorment, generar una resposta adequada a través dels mòduls de síntesis en la sortida dels mateixos. El focus d'atenció se situa en l'expressivitat afectiva, intentant dotar d'habilitats d'intel•ligència emocional a sistemes d'intel•ligència artificial amb l'objectiu d'aconseguir que la interacció persona-màquina s'assembli, en la major mesura possible, a la comunicació humana. En primer lloc es realitza una anàlisi preliminar basada en locucions gravades en condicions ideals. L'expressivitat vocal en aquest cas és actuada i els enregistraments responen a un guió previ que determina a priori l'etiqueta que descriu el contingut afectiu de les mateixes. Si bé aquest no és el paradigma de la interacció en un entorn realista, aquest primer pas serveix per provar les primeres aproximacions a la parametrització dels corpus, els mètodes de selecció de paràmetres i la seva utilitat en l'optimització dels procediments, així com la viabilitat de considerar el sistema de reconeixement afectiu com un exercici de classificació categòrica. Així mateix, permet comparar els resultats obtinguts en aquest escenari amb els que s'obtenen posteriorment en l'escenari realista. Si bé pot considerar-se que la utilitat d'un marc de treball com l'aquí proposat manca d'interès més enllà de l’exercici de comprovació citat, en aquesta tesi es proposa un sistema basat en aquest plantejament la finalitat del qual és la validació automàtica d'un corpus de veu expressiva destinat a síntesi, ja que en síntesi sí és necessari que el corpus estigui gravat en condicions òptimes posat perquè serà emprat per a la generació de noves locucions. En segon lloc la tesi aprofundeix en l'anàlisi del corpus FAU Aibo, un corpus multilocutor de veu expressiva espontània gravat en alemany a partir d'interaccions naturals d'un grup de nens i nenes amb un robot dotat d'un micròfon. En aquest cas el plantejament és completament diferent a l'anterior partint de la definició del propi corpus, en el qual les locucions no responen a un guió previ i les etiquetes afectives s'assignen posteriorment a partir de l'avaluació subjectiva de les mateixes. Així mateix, el grau d'expressivitat emocional d'aquestes locucions és inferior al de les gravades per un actor o una actriu perquè que són espontànies i les emocions, atès que es generen de forma natural, no responen necessàriament a una definició prototípica. Tot això sense considerar que les condicions d'enregistrament no són les mateixes que les que s'obtindrien en un estudi d'enregistrament professional. En aquest escenari els resultats són molt diferents als obtinguts en l'escenari anterior raó per la qual es fa necessari un estudi més detallat. En aquest sentit es plantegen dues parametritzacions, una a nivell acústic i una altra a nivell lingüístic, ja que la segona podria no veure's tan afectada pels elements que poden degradar la primera, tals com a soroll o altres artefactes. Es proposen diferents sistemes de classificació de complexitat variable malgrat que, sovint, els sistemes més senzills produeixen resultats adequats. També es proposen diferents agrupacions de paràmetres intentant aconseguir un conjunt de dades el més petit possible que sigui capaç de dur a terme un reconeixement afectiu automàtic de forma eficaç. Els resultats obtinguts en l'anàlisi de les expressions espontànies posen de manifest la complexitat del problema tractat i es corresponen amb valors inferiors als obtinguts a partir de corpus gravats en condicions ideals. No obstant això, els esquemes proposats aconsegueixen obtenir resultats que superen els publicats a data d’avui en estudis realitzats en condicions anàlogues i obren, per tant, la porta a recerques futures en aquest àmbit. / Esta tesis aborda el reconocimiento automático de emociones espontáneas basado en el análisis de la señal de voz. Se realiza dentro del Grup de recerca de Tecnologies Mèdia de Enginyeria i Arquitectura La Salle, teniendo su origen en un momento en el que existen abiertas varias líneas de investigación relacionadas con la síntesis afectiva pero ninguna relacionada con su análisis. La motivación es mejorar la interacción persona-máquina aportando un módulo de análisis en la entrada de los sistemas que permita, posteriormente, generar una respuesta adecuada a través de los módulos de síntesis en la salida de los mismos. El centro de atención se sitúa en la expresividad afectiva, intentando dotar de habilidades de inteligencia emocional a sistemas de inteligencia artificial con el objetivo de lograr que la interacción persona-máquina se asemeje, en la mayor medida posible, a la comunicación humana. En primer lugar se realiza un análisis preliminar basado en locuciones grabadas en condiciones ideales. La expresividad vocal en este caso es actuada y las grabaciones responden a un guion previo que determina a priori la etiqueta que describe el contenido afectivo de las mismas. Si bien este no es el paradigma de la interacción en un entorno realista, este primer paso sirve para probar las primeras aproximaciones a la parametrización de los corpus, los métodos de selección de parámetros y su utilidad en la optimización de los procedimientos, así como la viabilidad de considerar el sistema de reconocimiento afectivo como un ejercicio de clasificación categórica. Asimismo, permite comparar los resultados obtenidos en este escenario con los que se obtienen posteriormente en el escenario realista. Si bien pudiera considerarse que la utilidad de un marco de trabajo como el aquí propuesto carece de interés más allá del mero ejercicio de comprobación citado, en esta tesis se propone un sistema basado en este planteamiento cuya finalidad es la validación automática de un corpus de voz expresiva destinado a síntesis, ya que en síntesis sí es necesario que el corpus esté grabado en condiciones óptimas puesto que será empleado para la generación de nuevas locuciones. En segundo lugar la tesis profundiza en el análisis del corpus FAU Aibo, un corpus multilocutor de voz expresiva espontánea grabado en alemán a partir de interacciones naturales de un grupo de niños y niñas con un robot dotado de un micrófono. En este caso el planteamiento es completamente distinto al anterior partiendo de la definición del propio corpus, en el que las locuciones no responden a un guion previo y las etiquetas afectivas se asignan posteriormente a partir de la evaluación subjetiva de las mismas. Asimismo, el grado de expresividad emocional de estas locuciones es inferior al de las grabadas por un actor o una actriz en tanto que son espontáneas y las emociones, dado que se generan de forma natural, no responden necesariamente a una definición prototípica. Todo ello sin considerar que las condiciones de grabación no son las mismas que las que se obtendrían en un estudio de grabación profesional. En este escenario los resultados son muy diferentes a los obtenidos en el escenario anterior por lo que se requiere un estudio más detallado. En este sentido se plantean dos parametrizaciones, una a nivel acústico y otra a nivel lingüístico, ya que la segunda podría no verse tan afectada por los elementos que pueden degradar la primera, tales como ruido u otros artefactos. Se proponen distintos sistemas de clasificación de complejidad variable a pesar de que, a menudo, los sistemas más sencillos producen resultados buenos. También se proponen distintas agrupaciones de parámetros intentando conseguir un conjunto de datos lo más pequeño posible que sea capaz de llevar a cabo un reconocimiento afectivo automático de forma eficaz. Los resultados obtenidos en el análisis de las expresiones espontáneas ponen de manifiesto la complejidad del problema tratado y se corresponden con valores inferiores a los obtenidos a partir de corpus grabados en condiciones ideales. Sin embargo, los esquemas propuestos logran obtener resultados que superan los publicados hasta la fecha en estudios realizados en condiciones análogas y abren, por lo tanto, la puerta a investigaciones futuras en este ámbito. / The topic of this thesis is about automatic spontaneous emotion recognition from the analysis of the speech signal. It is carried out in the Grup de recerca de Tecnologies Mèdia of Enginyeria i Arquitectura La Salle, and it was started when several research lines related to the synthesis of emotions were in progress but no one related to its analysis. The motivation is to improve human-machine interaction by developing an analysis module to be adapted as an input to the devices able to generate an appropriate answer at the output through their synthesis modules. The highlight is the expression of emotion, trying to give emotional intelligence skills to systems of artificial intelligence. The main goal is to make human-machine interaction more similar to human communication. First, we carried out a preliminary analysis of utterances recorded under ideal conditions. Vocal expression was, in this case, acted and the recordings followed a script which determined the descriptive label of their emotional content. Although this was not the paradigm of interaction in a realistic scenario, this previous step was useful to test the first approaches to parameterisation of corpora, feature selection methods and their utility optimizing the proposed procedures, and to determine whether the consideration of the emotion recognition problem as a categorical classification exercise is viable. Moreover, it allowed the comparison of the results in this scenario with the results obtained in the realistic environment. This framework can be useful in other contexts, additionally to this comparison utility. In this thesis we propose a system based on it with the goal of validating automatically an expressive speech corpus for synthesis. In the synthesis field, corpora must be recorded under real conditions to create new speech utterances. Second, we present an analysis of the FAU Aibo corpus, a multispeaker corpus of emotional spontaneous speech recorded in German from the interaction of a group of children with a robot with a microphone. In this case the approach was different because of the definition of the corpus. The recordings of the FAU Aibo corpus did not follow a script and the emotion category labels were assigned after a subjective evaluation process. Moreover, the emotional content of these recordings was lower than in those recorded by actors because of their spontaneity and emotions were not prototypical because they were generated naturally, not following a script. Furthermore, recording conditions were not the same that in a professional recording studio. In this scenario, results were very different to those obtained in the previous one. For this reason a more accurate analysis was required. In this sense we used two parameterisations, adding linguistic parameters to the acoustic information because the first one could be more robust to noise or some other artefacts than the second one. We considered several classifiers of different complexity although, often, simple systems get the better results. Moreover, we defined several sets of features trying to get a reduced set of data able to work efficiently in the automatic emotion recognition task. Results related to the analysis of the spontaneous emotions confirmed the complexity of the problem and revealed lower values than those associated to the corpus recorded under ideal conditions. However, the schemas got better results than those published so far in works carried out under similar conditions. This opens a door to future research in this area.