Tesis por compendio / [ES] Al igual que la masa o la carga, el espín es una propiedad física fundamental que, típicamente, aparece en la descripción de los sistemas cuánticos. Más allá de sus importantes implicaciones teóricas, el creciente avance de la tecnología y el desarrollo de los dispositivos hacia escalas cada vez más pequeñas ha favorecido el surgimiento de multitud de aplicaciones que involucran al espín, entre las cuales se destaca la espintrónica; una nueva forma de electrónica en la que, además de la carga, también se explotan los grados de libertad otorgados por el espín del electrón. Por supuesto, el espín no es exclusivo de los electrones, está presente en todas las partículas elementales, y por ende, en los fotones. En este caso, y a diferencia de lo que ocurre con los electrones, existe una correspondencia clásica que relaciona el espín del fotón con los estados de polarización circular de la luz. Por lo tanto, en nano-óptica y en fotónica, los fenómenos basados en el espín se refieren, grosso modo, a aquellos que son fuertemente dependientes de la polarización circular de la luz. En este marco general, uno de los ejemplos más preponderantes se halla en la interacción espín-órbita. En su versión óptica establece que, bajo ciertas condiciones, es posible que exista una influencia mutua entre el estado de polarización (espín) y la propagación (órbita) de la luz. A pesar de su carácter ubicuo en todos los procesos ópticos básicos, sus efectos son muy débiles, y su manifestación se restringe a la nanoescala, lo cual dificulta su observación e identificación. En este mismo contexto, otro concepto heredado del formalismo cuántico que tiene análogo fotónico directo es la quiralidad óptica; una propiedad dinámica local que, de alguna manera, permite cuantificar escalarmente el espín de un campo óptico. Aparte de su controvertido significado físico y su estrecho vínculo con los sistemas plasmónicos y los metamateriales, como amplificadores de sus efectos, su principal característica fundamental es que, para los campos ópticos en el vacío, es una cantidad conservada. En esta tesis se ahonda teóricamente en los fundamentos básicos de estas características fotónicas. Específicamente, se demuestra analíticamente que la interacción espín-órbita es un fenómeno que surge natural y necesariamente en la nanoescala. Sobre esta base se expone un formalismo para extender la excitación unidireccional de campo cercano más allá de la aproximación dipolar, lo cual facilita su observación y mejora las propiedades de acoplo. Por otra parte, se analiza el concepto de la quiralidad óptica, originalmente definida en el vacío, y se generaliza a cualquier tipo de medio, incluyendo sistemas altamente dispersivos. Asimismo, se exploran diferentes configuraciones que permitan implementar las principales funcionalidades quirópticas (sensado y espectroscopía) en plataformas de fotónica integrada. Además de su potencial para aplicaciones, este estudio tiende un puente para abordar clásicamente propiedades y efectos que tradicionalmente son de tipo cuántico. / [CA] Igual que la massa o la càrrega, l'espín és una propietat física fonamental que, típicament, apareix en la descripció dels sistemes quàntics. Més enllà de les seves importants implicacions teòriques, el creixent avanç de la tecnologia i el desenvolupament dels dispositius cap a escales cada vegada més petites ha afavorit el sorgiment de multitud d'aplicacions que involucren l'espín, entre les quals es destaca l'espintrònica; una nova forma d'electrònica en què, a més de la càrrega, també s'exploten els graus de llibertat atorgats per l'espín de l'electró. Per descomptat, l'espín no és exclusiu dels electrons, és present en totes les partícules elementals, i per tant, en els fotons. En aquest cas, i a diferència del que passa amb els electrons, hi ha una correspondència clàssica que relaciona l'espín del fotó amb els estats de polarització circular de la llum. Per tant, en nano-òptica i en fotònica, els fenòmens basats en l'espín es refereixen, grosso modo, a aquells que són fortament dependents de la polarització circular de la llum. En aquest marc general, un dels exemples més preponderants es troba en la interacció espín-òrbita. En la seva versió òptica estableix que, sota certes condicions, és possible que hi hagi una influència mútua entre l'estat de polarització (espín) i la propagació (òrbita) de la llum. Malgrat el seu caràcter ubic en tots els processos òptics bàsics, els seus efectes són molt febles, i la seva manifestació es restringeix a la nanoescala, la qual cosa dificulta la seva observació i identificació. En aquest mateix context, un altre concepte heretat del formalisme quàntic que té anàleg fotònic directe és la quiralitat òptica; una propietat dinàmica local que, d'alguna manera, quantifica escalarment l'espín d'un camp òptic. A banda del seu controvertit significat físic i el seu estret vincle amb els sistemes plasmònics i els metamaterials, com amplificadors dels seus efectes, la seva principal característica fonamental és que, per als camps òptics en el buit, és una quantitat conservada. Des d'un enfocament teòric, aquesta tesi aprofundeix en els fonaments bàsics d'aquestes característiques fotòniques. Específicament, es demostra analíticament que la interacció espín-òrbita és un fenomen que sorgeix natural i necessàriament en la nanoescala. Sobre aquesta base s'exposa un formalisme per estendre l'efecte d'excitació unidireccional de camp pròxim més enllà de l'aproximació dipolar, la qual cosa facilita la seva observació i millora les propietats d'acoblo. D'altra banda, s'analitza el concepte de la quiralitat òptica, originalment definida en el buit, i es generalitza a qualsevol tipus de mitjà, incloent sistemes altament dispersius. Així mateix, s'exploren diferents configuracions que permetin implementar les principals funcionalitats quiròptiques (sensat i espectroscòpia) en plataformes de fotònica integrada. A més del seu potencial per a aplicacions, aquest estudi tendeix un pont per abordar clàssicament propietats i efectes tradicionalment quàntics. / [EN] Just like mass or charge, spin is a fundamental physical property that, typically, appears in the description of quantum systems. Beyond its important theoretical implications, the rapid advance of technology along with the relentless trend toward the development of devices at increasingly smaller scales have boosted the occurrence of a wide range of applications involving spin, among which is highlighted the spintronics; a novel form of electronics which, besides the charge, also exploits the degrees of freedom provided by the electron spin. Of course, the spin is not exclusive to electrons, but is actually present in all the elementary particles, and therefore in photons. In such a case, and unlike what happens with electrons, there exists a direct classical correspondence relating the spin of photons with the circular polarization states of light. Thus, in nano-optics and photonics, spin-dependent phenomena are broadly referred to as those that strongly rely upon the circular polarization of light. Within this general framework, one of the most preponderant examples is found in the spin-orbit interaction. In its optical version, it states that, under certain conditions, it is possible that there exists a mutual influence between the state of polarization (spin) and the propagation (orbit) of light. Despite its ubiquitous character in all basic optical processes, its effects are very weak, and its manifestation is restricted at the nanoscale, thereby hindering its observation and identification. In this same context, another concept somehow inherited from the quantum formalism with a direct photonic analogue is the optical chirality; a local dynamical property that, in a way, allows one to quantifying scalarly the spin of an optical field. Apart from its controversial physical meaning and its close relationship with plasmonic systems and metamaterials, often regarded as chiral enhancers, its main feature is that, for optical fields in the vacuum, it is a conserved quantity. From a theoretical standpoint, this thesis delves into the basics of these photonic traits. Specifically, it is analytically demonstrated that the spin-orbit interaction is indeed a phenomenon that naturally and necessarily emerges at the nanoscale. Building on this, it is addressed a formalism to extend the effect of near-field unidirectional excitation beyond the dipolar approximation, thus facilitating its observation and improving the coupling performance. On the other side, the optical chirality, originally put forward for electromagnetic fields in vacuum, is thoroughly analyzed and generalized to any arbitrary medium, including highly dispersive systems. Furthermore, different configurations for implementing the main chiroptical functionalities (sensing and spectroscopy) in integrated photonic platforms are explored. Besides its potential for applications, this study lays a bridge to classically approach features and effects which are traditionally quantum-like. / This work was supported by fundings from Ministerio de Economía y Competitividad of Spain (MINECO) under Contract No.TEC2014-51902-C2-1-R. and by ERC Starting Grant No. ERC-2016-STG-714151-PSINFONI. This work was also partially supported by funding from the European Commission Project THOR H2020-EU-829067. / Vázquez Lozano, JE. (2021). Spin-Dependent Optical Phenomena: Fundamentals and Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/166775 / Compendio

[ES] En la última década, la plataforma de silicio ha emergido como la plataforma por excelencia para desarrollar circuitos fotónicos integrados debido a su versatilidad, la posibilidad de miniaturización y de una producción de bajo coste y a gran escala compatible con los sistemas CMOS ("complementary metal-oxide semiconductor"). La conversión de señales eléctricas a alta velocidad en señales ópticas es una función crítica hoy en día tanto para el procesamiento de datos como en el ámbito de las telecomunicaciones. La forma más eficaz de implementar actualementeuna ,modulación electro-óptica ultra-rápida se basa en el efecto Pockels que, de hecho,se encuentra en el corazón de los moduladores comerciales basados en niobato de litio y polímeros. Sin embargo, la implementación de esta funcionalidad se ve impedida en la plataforma de silicio debido a la simetría de inversión de la red cristalina del silicio. En este contexto, el silicio deformado surgió hace más de un decenio como una solución revolucionaria para romper esa centrosimetría y, de ese modo, hacer emerger no-linealidades de segundo orden en el propio silicio. Sin embargo, y a pesar de los alentadores resultados iniciales, estudios posteriores cuestionaron el origen de las respuestas obtenidas, achacando dichos resultados principalmente al efecto de dispersión de plasma. De hecho, más tarde se puso de manifiesto la presencia de varios factores limitantes y, más recientemente, se estimó que el valor del coeficiente χ(2) debía encontrarse en torno a varios pm/V. El trabajo desarrollado en esta tesis tiene como objetivo contribuir a impulsar el campo de silicio deformado mediante la investigación y el abordaje de dichos factores limitantes para, de esta fora, conseguir un efecto Pockels eficiente. Además, las características de captura de carga libre observadas en las estructuras de silicio deformado se han explotado para desarrollar un dispositivo fotónico no volátil. / [CA] En l'última dècada, la plataforma de silici ha emergit com la plataforma per excelència per a desenvolupar circuits fotònics integrats a causa de la seua versatilitat i la possibilitat de miniaturització i d'una producció de baix cost i a gran escala compatible amb els sistemes CMOS ("complementary metall-oxide semiconductor"). La conversió de senyals elèctrics a alta velocitat en senyals òptics és una funció crítica hui dia tant per al processament de dades com en l'àmbit de les telecomunicacions. La forma més eficaç d'implementar una modulació electro-òptica ultra-ràpida actualemente es basa en l'efecte *Pockels, que de fet,es troba en el cor dels moduladors comercials basats en el niobato de liti i polímers. No obstant això, la implementació d'aquesta funcionalitat es veu impedida en la plataforma de silici degut a la simetria d'inversió de la xarxa cristal·lina del silici. En aquest context, el silici deformat va sorgir fa més d'un decenni com una solució revolucionària per a trencar aqueixa centrosimetría i, d'aqueixa manera, fer emergir no-linealitats de segon ordre en el propi silici. No obstant això, malgrat els encoratjadors resultats inicials, estudis posteriors van qüestionar l'origen de la resposta obtinguda, atribuint-la principalment a aquest efecte de dispersió de plasma. De fet, més tard es va posar en relleu la presència de diversos factors limitants i, més recentment, es va estimar un valor de χ(2) en el rang de diversos pm/V. El treball desenvolupat en aquesta tesi té com a objectiu contribuir a impulsar el camp de silici deformat mitjançant la investigació i l'abordatge d'aquests factors limitants per a aconseguir un efecte Pockels eficient. A més, les característiques de captura de càrrega lliure observades en les estructures de silici deformat s'han explotat per a desenvolupar un dispositiu fotònic no volàtil. / [EN] In the last decade, silicon has emerged as the platform of choice for developing photonic integrated circuits due to its versatility, small footprint and the possibility of a low cost, large-scale CMOS compatible production. The conversion of high-speed electrical signals into optical digital data is a critical function for modern data communication technology. The most effective way for enabling ultra-fast electro-optical modulation is currently based on the Pockels effect, which is the basis of commercial modulators based on lithium niobate and polymers. However, the implementation of such functionality is prevented in the silicon platform due to the inversion symmetry of the silicon lattice. In this context, strained silicon emerged more than a decade ago as a revolutionary solution for breaking that centrosymmetry and, thus, allowing Pockels effect in the silicon material itself. However, despite the encouraging results from initial findings, following studies questioned the origin of the measured electro-optic response. In fact, the presence of several limiting factors was also later highlighted and a rather low strain induced χ(2) in the range of several pm/V was more recently estimated. The work developed on this thesis aims at contributing to push forward the strained silicon field by investigating and tackling such limiting factors to enable an efficient Pockels effect. Furthermore, the trapping properties observed in strained silicon structures have been exploited to develop a non-volatile photonic device. / Olivares Sánchez-Mellado, I. (2021). Development of Photonic Devices Based on the Strained Silicon Technology [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/167055

[ES] El papel de la Música como elemento de expresión e inducción emocional ha cobrado recientemente importancia en el entorno de la interactividad y los Videojuegos. Los efectos que tiene la música sobre la experiencia emocional del jugador han sido el eje vertebrador de esta investigación que, con el objetivo de crear una experiencia adaptada a la individualidad de cada persona, propone la utilización de la medición fisiológica como elemento activo en la selección musical del videojuego. En base a la revisión de experiencias previas existentes en la literatura científica, este trabajo incluye el diseño y desarrollo de un prototipo de Sistema Musical Interactivo (SMI) basado en la medición de Respuesta Galvánica de la Piel (GSR) como detonante de las variaciones de la música, con el que poder observar la viabilidad de la propuesta con cualquier videojuego existente. La experimentación con este sistema ha sido apoyada también por la creación de varias composiciones musicales con funcionalidad interactiva que ha tenido en cuenta, además, la incorporación de elementos musicales con demostrada efectividad en la respuesta emocional. Así ha sido posible observar distintos aspectos de la respuesta emocional de los jugadores y sugerir algunas formas de aplicación de la medición fisiológica como medio para generar una experiencia de juego individualizada. / [CA] El paper de la Música com a element d'expressió i inducció emocional ha cobrat recentment importància al voltant de la interactivitat i els Videojocs. Els efectes que té la música sobre l'experiència emocional del jugador han sigut l'eix vertebrador d'esta investigació que, amb l'objectiu de crear una experiència adaptada a la individualitat de cada persona, proposa la utilització del mesurament fisiològic com a element actiu en la selecció musical del videojoc. Sobre la base de la revisió d'experiències prèvies existents en la literatura científica, este treball inclou el disseny i desenvolupament d'un prototip de Sistema Musical Interactiu (SMI) basat en el mesurament de Resposta Galvànica de la Pell (GSR) com a detonant de les variacions de la música, amb el qual poder observar la viabilitat de la proposta amb qualsevol videojoc existent. L'experimentació amb este sistema ha sigut secundada també per la creació de diverses composicions musicals amb funcionalitat interactiva que ha tingut en compte, a més, la incorporació d'elements musicals amb demostrada efectivitat en la resposta emocional. Aixina, ha sigut possible observar diferents aspectes de la resposta emocional dels jugadors i suggerir algunes formes d'aplicació del mesurament fisiològic com a medi per a generar una experiència de joc individualitzada. / [EN] The role of Music as an element of expression and emotional induction has recently gained importance in the environment of interactivity and Videogames. The effects that music has on the emotional experience of the player have been the backbone of this research that, with the aim of creating an experience adapted to the individuality of each person, proposes the use of physiological measurement as an active element in the selection musical video game. Based on the review of previous experiences in the scientific literature, this work includes the design and development of a prototype of an Interactive Musical System (SMI) based on the measurement of Galvanic Response of the Skin (GSR) as a trigger for the variations of music, with which to observe the viability of the proposal with any existing video game. Experimentation with this system has also been supported by the creation of various musical compositions with interactive functionality that has also taken into account the incorporation of musical elements with proven effectiveness in emotional response. In this way, it has been possible to observe different aspects of the emotional response of the players and to suggest some forms of application of the physiological measurement as a means to generate an individualized gaming experience. / Guerra Recas, L. (2021). Personalización subjetiva en los sistemas de música interactiva en los videojuegos. En busca de una experiencia de juego a la medida del individuo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172545

[ES] El interés en desarrollar biosensores de alta sensibilidad para identificar y cuantificar una amplia gama de moléculas ha aumentado notablemente durante las últimas décadas en numerosos campos de aplicación. Entre ellos probablemente el más demandado sea el diagnóstico médico, el cual ha sido impulsado por el descubrimiento de nuevos biomarcadores de enfermedades, tales como los miRNAs. No obstante, la mayoría de las técnicas existentes para realizar la detección requieren el uso de marcadores debido a la falta de sensibilidad para detectar analitos en bajas concentraciones. Las estructuras ópticas basadas en campo evanescente, donde la luz es usada para transformar interacciones bioquímicas en variaciones de las señales ópticas, constituyen una interesante alternativa para el desarrollo de este tipo de biosensores sin la necesidad de utilizar marcadores (label-free). Concretamente las estructuras fotónicas integradas en tecnología Silicon On Insulator exhiben alta sensibilidad, bajo límite de detección y alto nivel de multiplexación en aplicaciones de detección, especialmente cuando se utilizan materiales y procesos basados en silicio y compatibles con CMOS. En esta Tesis Doctoral se muestra el desarrollo de un biosensor fotónico integrado label-free para la detección de oligonucleótidos, y más concretamente biomarcadores de cáncer miRNAs. Este biosensor está basado en la combinación de estructuras de band gap fotónico y la inmovilización de sondas de tipo molecular beacon sobre su superficie. La combinación de sendos elementos de transducción y bioreconomiento ha proporcionado una elevada sensibilidad en la detección de oligonucleótidos manteniendo un footprint por debajo de 100 µm2. El uso de este biosensor fotónico ha permitido también estudiar experimentalmente una novedosa técnica de amplificación de detección. Esta técnica explota el cambio conformacional sufrido por la sonda molecular beacon tras la hibridación con su oligonucleótido complementario, permitiendo alejar una partícula/molécula de la superficie del sensor, lo cual podría ser utilizado para amplificar la respuesta de detección del sensor. Finalmente se propone una estrategia de regeneración en línea de los biosensores nanofotónicos desarrollados mediante una estrategia química basada en el uso de formamida. Esta estrategia no solo permite ahorrar tiempo sino que también reduce la variación entre las medidas obtenidas en experimentos diferentes, siendo especialmente útil cuando se testean niveles similares de analito. / [CA] L'interés en desenvolupar biosensors d'alta sensibilitat per a identificar i quantificar una àmplia gamma de molècules ha augmentat notablement durant les últimes dècades en nombrosos camps d'aplicació. Entre ells probablement el més demandat siga el diagnòstic mèdic, el qual ha sigut impulsat pel descobriment de nous biomarcadors de malalties, com ara els miRNAs. No obstant això, la majoria de les tècniques existents per a realitzar la detecció requereixen l'ús de marcadors a causa de la falta de sensibilitat per a detectar anàlits en baixes concentracions. Les estructures òptiques basades en camp evanescent, on la llum és usada per a transformar interaccions bioquímiques en variacions dels senyals òptics, constitueixen una interessant alternativa per al desenvolupament d'aquesta tipus de biosensors sense la necessitat d'utilitzar marcadors (label-free). Concretament les estructures fotòniques integrades en tecnologia Silicon On Insulator exhibeixen alta sensibilitat, baix límit de detecció i alt nivell de multiplexació en aplicacions de detecció, especialment quan s'utilitzen materials i processos basats en silici i compatibles amb CMOS. En aquesta Tesi Doctoral es mostra el desenvolupament d'un biosensor fotònic integrat label-free per a la detecció d'oligonucleòtids, i més concretament biomarcadors de càncer miRNAs. Aquest biosensor està basat en la combinació d'estructures de band gap fotònic i la immobilització de sondes de tipus molecular beacon sobre la seua superfície. La combinació d'ambdós elements de transducció i bioreconeixement ha proporcionat una elevada sensibilitat en la detecció d'oligonucleòtids mantenint un footprint per davall de 100 µm². L'ús d'aquest biosensor fotònic ha permés també estudiar experimentalment una nova tècnica d'amplificació de detecció. Aquesta tècnica explota el canvi conformacional patit per la sonda molecular beacon després de la hibridació amb el seu oligonucleòtid complementari, permetent allunyar una partícula/molècula de la superfície del sensor, la qual cosa podria ser utilitzada per amplificar la resposta de detecció del sensor. Finalment es proposa una estratègia de regeneració en línia dels biosensors nanofotònics desenvolupats mitjançant una estratègia química basada en l'ús de formamida. Aquesta estratègia no sols permet estalviar temps sinó que també redueix la variació entre les mesures obtingudes en experiments diferents, sent especialment útil quan es testen nivells similars d'anàlit. / [EN] The interest in developing highly sensitive biosensors to identify and quantify a wide range of molecules has remarkably been increasing during the last decades in numerous application fields. Among them, medical diagnosis is probably the most demanded, which has been driven by the discovery of new biomarkers of diseases, such as miRNAs. However, most of the existing techniques to perform the detection require the use of labels due to the lack of sensitivity to detect analytes at low concentrations. Evanescent-wave optical structures, where light is used to transduce biochemical interactions into variations of the optical signals, are an interesting alternative for the development of this type of biosensors allowing a label-free detection. Specifically, the planar integrated photonic structures based on Silicon On Insulator technology exhibit an extremely high sensitivity, a low detection limit and a high level of multiplexing in detection applications, especially when using materials and processes based on silicon and being CMOS compatible. This PhD Thesis is focused on the development of label-free integrated photonic biosensors for the detection of oligonucleotides, and more specifically miRNA cancer biomarkers. This biosensor is based on the combination of photonic band gap structures and the immobilization of molecular beacon probes on its surface. The combination of both transduction and biorecognition elements has provided a very high sensitivity towards the detection of target oligonucleotides while keeping a sensor footprint below 100 µm2. The use of this photonic biosensor also allowed the experimental study of a novel detection amplification technique. This technique exploits the conformational change suffered by the molecular beacon probe after hybridization with its complementary oligonucleotide, allowing the displacement of a particle/molecule away from the sensor surface, what might be used for amplifying the sensor's detection response. Finally, an online regeneration strategy for nanophotonic biosensors developed through a chemical strategy based on the use of formamide is proposed. This strategy not only saves time but also reduces the variation between measurements obtained in different experiments, being especially useful when testing similar levels of analyte. / Ruiz Tórtola, Á. (2021). Desarrollo de biosensores nanofotónicos de alta sensibilidad para la detección de biomarcadores microRNA en aplicaciones de diagnóstico médico [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172631

Tesis por compendio / [ES] La focalización de ultrasonidos tiene muchas aplicaciones en una gran variedad de áreas tanto científicas como industriales. Los ultrasonidos focalizados son una de las herramientas principales usada por médicos en todo el mundo para obtener imágenes biomédicas de diferentes tipos de tejidos y órganos de manera no invasiva. En las últimas décadas, el uso de ultrasonidos focalizados de alta intensidad (HIFU, por sus siglas en inglés) ha surgido como una de las técnicas principales para el tratamiento de cáncer mediante la ablación térmica de tumores de manera no invasiva. Además, los ultrasonidos focalizados están emergiendo en los últimos años como uno de los métodos más prometedores para el tratamiento de las enfermedades cerebrales, con la aparición de nuevas técnicas disruptivas como la apertura reversible de la barrera hematoencefálica o la neuromodulación. En entornos industriales, los ultrasonidos son ampliamente utilizados como uno de los métodos principales para la evaluación no destructiva de materiales y estructuras, debido a que las ondas acústicas pueden penetrar en los objetos a distancias donde la luz no puede debido a la elevada absorción y dispersión. En este sentido, diseñar estructuras capaces de focalizar ultrasonidos es de una gran relevancia tanto para la comunidad científica como para los sectores médicos e industriales. Esta tesis presenta nuevos diseños de lentes acústicas capaces de controlar los parámetros principales del haz de ultrasonidos focalizados, proporcionando diferentes tipos de perfiles de focalización adecuados para una gran variedad de aplicaciones y escenarios. En particular, se han diseñado y adaptado al campo de los ultrasonidos las lentes de Fresnel (Fresnel Zone Plates, FZPs), ampliamente utilizadas en el campo de la óptica. Se ha presentado una nueva técnica de modulación espacio-temporal capaz de controlar la posición del foco de ultrasonidos tanto en espacio como en tiempo, aumentando así la versatilidad de este tipo de dispositivos. También se ha demostrado el funcionamiento en el campo de la acústica de nuevos diseños basados en aplicar secuencias binarias a una lente de Fresnel convencional, como las secuencias fractales de Cantor o las secuencias de M-bonacci generalizadas, capaces de modificar las propiedades de focalización de las lentes, incluyendo el número, posición y forma de los focos acústicos. Además, se introduce un nuevo diseño de lentes esféricas rellenas de líquido capaces de generar jets ultrasónicos, con mucho potencial en aplicaciones de imagen de alta resolución en campo cercano. Se ha demostrado que, cambiando el líquido interno de la lente o ajustando el ratio de mezcla entre dos líquidos, se pueden controlar los parámetros principales del jet. Los diseños propuestos en la tesis han sido validados tanto empleando simulaciones numéricas como realizando medidas experimentales, allanando el camino para el uso de este tipo de estructuras en aplicaciones de focalización de ultrasonidos. / [CA] La focalització d'ultrasons té moltes aplicacions en moltes àrees científiques i industrials. Els ultrasons focalitzats són una de les eines principals utilitzada per metges a tot el món per obtenir imatges biomèdiques de diferents tipus de teixits i òrgans de manera no invasiva. En les últimes dècades, els ultrasons focalitzats d'alta intensitat (HIFU, per les seues sigles en anglès) han aparegut com una de les tècniques principals per al tractament de càncer mitjançant l'ablació de tumors de manera no invasiva. A més, els ultrasons focalitzats estan emergint en els últims anys com un dels mètodes més prometedors per al tractament de les malalties cerebrals, amb l'aparició de noves tècniques disruptives com l'obertura reversible de la barrera hematoencefàlica o la neuromodulació. En entorns industrials, els ultrasons són àmpliament utilitzats com un dels mètodes principals per a l'avaluació no destructiva de materials i estructures, pel fet que les ones acústiques poden penetrar en els objectes a distàncies on la llum no pot a causa de l'elevada absorció i dispersió. En aquest sentit, dissenyar estructures capaces de focalitzar ultrasons és d'una gran rellevància tant per a la comunitat científica com per als sectors mèdics i industrials. Aquesta tesi presenta nous dissenys de lents acústiques capaços de controlar els paràmetres principals del feix d'ultrasons focalitzats, proporcionant diferents tipus de perfils de focalització adequats per a una gran varietat d'aplicacions i escenaris. En particular, s'han dissenyat i adaptat al camp dels ultrasons les lents de Fresnel (Fresnel Zone Plates, FZPs), àmpliament utilitzades en el camp de l'òptica. S'ha presentat una nova tècnica de modulació espai-temporal capaç de controlar la posició del focus d'ultrasons tant en espai com en temps, augmentant així la versatilitat d'aquest tipus de dispositius. També s'ha demostrat el funcionament en el camp de l'acústica de nous dissenys basats en aplicar seqüències binàries a una lent de Fresnel convencional, com les seqüències fractals de Cantor o les seqüències de M-bonacci generalitzades, capaces de modificar les propietats de focalització de les lents, incloent el nombre, posició i forma dels focus acústics. A més, s'introdueix un nou disseny de lents esfèriques plenes de líquid capaces de generar jets ultrasònics, amb molt potencial en aplicacions d'imatge d'alta resolució en camp proper. S'ha demostrat que, canviant el líquid intern de la lent o ajustant la ràtio de barreja entre dos líquids, es poden controlar els paràmetres principals del jet. Els dissenys proposats en la tesi han estat validats tant emprant simulacions numèriques com realitzant mesures experimentals, aplanant el camí per a l'ús d'aquest tipus d'estructures en aplicacions de focalització d'ultrasons. / [EN] Ultrasound focusing has many applications in a wide range of fields. Focused ultrasound is one of the main tools used by doctors all over the world to obtain biomedical images of different kind of tissues non-invasively. In the past decades, high intensity focused ultrasound (HIFU) appeared as one of the fundamental techniques for cancer treatment through non-invasive thermal tumor ablation. In addition, focused ultrasonic waves are recently emerging as one of the main tools to treat brain diseases, with novel disruptive techniques such as blood-brain barrier opening or neuromodulation. In industrial environments, ultrasonic waves are widely employed as one of the primary methods for the non-destructive evaluation (NDE) of materials and structures, as acoustic waves are able to penetrate deep into objects otherwise opaque using optical techniques. In this sense, designing structures capable of focusing ultrasonic waves is of great interest and relevance for the scientific, the industrial, and the biomedical sectors. This thesis devises new designs of acoustic lenses capable of controlling the main parameters of the focused ultrasound beam, achieving different kinds of focusing profiles suitable for a wide variety of scenarios. In particular, Fresnel Zone Plates (FZPs), commonly used in optics, are designed and adapted to the ultrasound domain. A novel spatio-temporal modulation technique capable of controlling the ultrasound focus location in both time and space is presented, increasing the versatility of this kind of devices. New design techniques based on applying a binary sequence to FZPs are also demonstrated, such as Cantor fractal sequences or generalized M-bonacci sequences, which modify the focusing properties of the lens, including the number, location, and shape of the different acoustic foci. In addition, acoustic jets generated by liquid-filled spherical lenses are devised for near-field high resolution imaging, demonstrating their applicability in the ultrasound domain. It is demonstrated that, by changing the inner liquid of the spherical lens or by tuning the mixing ratio between two liquids, the main focal parameters of the ultrasonic jet can be accurately controlled. The proposed designs are validated using both numerical simulations and experimental measurements, paving the way for the use of these kind of structures in focused ultrasound applications. / This work would not have been possible without the following funding sources: PAID-01-18 personal FPI grant from Universitat Politècnica de València; Spanish government MINECO TEC2015-70939-R project; Spanish government MICINN RTI2018-100792-B-I00 project; Generalitat Valenciana AICO/2020/139 project. / Pérez López, S. (2021). Design of Acoustic Lenses for Ultrasound Focusing Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/179907 / Compendio

[ES] Comprender el comportamiento humano en situaciones de gestión, planificación y liderazgo dentro de organizaciones constituye un desafío tanto para los científicos como para la sociedad en general y los profesionales de los recursos humanos. Las tomas de decisión, la planificación de recursos, la gestión de equipos y el apoyo y acompañamiento del grupo, son factores que, desde perspectivas como la psicología, sociología, economía o liderazgo, han sido repetidamente estudiados dada su influencia directa en la eficacia final de una organización y de un equipo de trabajo. Actualmente no existe un consenso a la hora de definir el liderazgo. Este concepto, en cambio, se ha abordado desde diferentes perspectivas, por lo que los componentes que se han propuesto para explicar comportamientos de gestión son muy diversos. Una aproximación válida discrimina entre aquellos líderes que focalizan su ejecución en las tareas y en lograr objetivos en base a cumplir plazos y planificación, dando lugar a un liderazgo basado en tareas; y aquellos otros líderes que focalizan su ejecución en cuidar y mejorar las relaciones dentro del equipo, logrando los objetivos mediante la motivación y acompañamiento del grupo, dando lugar a un liderazgo basado en las relaciones. En los estilos de liderazgo basados en tareas y en relaciones se diferencian, por tanto, habilidades de planificación y gestión o hard skills y aspectos relacionales o soft skills, respetivamente. De la misma manera que la definición del estilo de liderazgo se ha abordado desde diferentes aproximaciones, su evaluación también se ha tratado desde diferentes puntos de vista y constituye, hoy en día, un desafío tanto para investigadores como para los profesionales del campo de los recursos humanos y la gestión en organizaciones. Sin embargo, no existe una medida validada para el estilo de liderazgo. La evaluación del liderazgo se ha realizado tradicionalmente mediante metodologías de comportamiento explícitas como cuestionarios o entrevistas, las cuales presentan limitaciones que sesgarían, en última instancia, la evaluación. La relevancia de nuevas técnicas de análisis de comportamiento implícitos, como técnicas ecológicas y basadas en el análisis de la actividad cerebral y ocular en situaciones reales, está despertando un nuevo interés para reconocer y discriminar los diferentes estilos de liderazgo en las organizaciones. De este modo, tareas experimentales y el análisis en laboratorio de conductas y competencias concretas surgen como una solución alternativa capaz de superar barreras interpretativas, pero del mismo modo presentan limitaciones de transferencia a situaciones reales. La realidad virtual surge como una alternativa prometedora para aportar entornos con una mayor transferencia a la vida real y que generen mayor nivel de implicación por parte de los usuarios que los entornos y métodos de evaluación tradicionales, permitiendo aportar medidas implícitas en contexto más reales. Esta propuesta está avalada por numerosos trabajos en el campo de la psicología aplicada, la neuroeconomía y la neurociencia organizacional, que apoyan el uso de la realidad virtual para la evaluación del comportamiento humano. El presente trabajo propone el uso combinado de realidad virtual y metodologías implícitas de la neurociencia organizacional, así como técnicas de análisis de machine learning, para estudiar los comportamientos vinculados al estilo de liderazgo. Partiendo de esta premisa, se describen dos estudios que investigan la sensibilidad de un paradigma pasivo, consistente en la visualización de videos emocionales, y un paradigma activo, consistente en la interacción con un juego serio de realidad virtual, ambos combinando variables implícitas comportamentales y cerebrales o fisiológicas, para determinar el estilo de liderazgo. Los resultados del paradigma pasivo evidenciaron diferencias en la sudoración de la piel, así como en la respuesta eléctrica del cerebro, entre aquellos participante / [CA] Comprendre el comportament humà en situacions de gestió, planificació i lideratge dins d'organitzacions constitueix un desafiament tant per als científics com per a la societat en general i per als professionals dels recursos humans. Les preses de decisió, la planificació de recursos, la gestió d'equips i el suport i acompanyament del grup, són factors que, des de perspectives com la psicologia, la sociologia, l'economia o el lideratge, han estat repetidament estudiats, atesa la seva influència directa en l'eficàcia final una organització i un equip de treball. Actualment no hi ha un consens a l'hora de definir el lideratge. Aquest concepte, en canvi, s'ha abordat des de diferents perspectives, i per això els components que s'han proposat per explicar comportaments de gestió són molt diversos. Una aproximació vàlida discrimina entre aquells líders que focalitzen la seua execució en les tasques i en assolir objectius sobre la base de complir terminis i planificació, donant lloc a un lideratge basat en tasques; i aquells altres líders que focalitzen la seua execució a cuidar i millorar les relacions dins de l'equip, aconseguint els objectius mitjançant la motivació i acompanyament del grup, donant lloc a un lideratge basat en les relacions. En els estils de lideratge basats en tasques i en relacions es diferencien, per tant, habilitats de planificació i gestió o hard skills i aspectes relacionals o soft skills, respectivament. De la mateixa manera que la definició de l'estil de lideratge s'ha abordat des de diferents aproximacions, la seua avaluació també s'ha tractat des de diferents punts de vista i constitueix actualment un desafiament tant per a investigadors com per als professionals del camp dels recursos humans i la gestió en organitzacions. No obstant això, no hi ha una mesura validada per a l'estil de lideratge. L'avaluació del lideratge s'ha realitzat tradicionalment mitjançant metodologies de comportament explícites com ara qüestionaris o entrevistes, les quals presenten limitacions que esbiaixarien, en última instància, l'avaluació. La rellevància de noves tècniques d'anàlisi de comportament implícits, com ara tècniques ecològiques i basades en l'anàlisi de l'activitat cerebral i ocular en situacions reals, està despertant un nou interès per reconèixer i discriminar els diferents estils de lideratge a les organitzacions. D'aquesta manera, tasques experimentals i l'anàlisi al laboratori de conductes i competències concretes sorgeixen com una solució alternativa capaç de superar barreres interpretatives, però de la mateixa manera presenten limitacions de transferència a situacions reals. La realitat virtual sorgeix com una alternativa prometedora per aportar entorns amb una transferència més gran a la vida real i que generen més nivell d'implicació per part dels usuaris que els entorns i mètodes d'avaluació tradicionals, permetent aportar mesures implícites en context més reals. Aquesta proposta està avalada per nombrosos treballs al camp de la psicologia aplicada, la neuroeconomia i la neurociència organitzacional, que donen suport a l'ús de la realitat virtual per a l'avaluació del comportament humà. Aquest treball proposa l'ús combinat de realitat virtual i metodologies implícites de la neurociència organitzacional, així com tècniques d'anàlisi de machine learning per estudiar els comportaments vinculats a l'estil de lideratge. Partint d¿aquesta premissa, es descriuen dos estudis que investiguen la sensibilitat d¿un paradigma passiu, consistent en la visualització de vídeos emocionals, i un paradigma actiu, consistent en la interacció amb un joc seriós de realitat virtual, ambdós combinant variables implícites comportamentals i cerebrals o fisiològiques, per tal de determinar l'estil de lideratge. Els resultats del paradigma passiu van evidenciar diferències en la sudoració de la pell, així com la resposta elèctrica del cervell, entre aquells participants amb estils de lideratge diferent. Els resultats del paradigma / [EN] Understanding human behavior in management, planning and leadership within organizations is a challenge for scientists, society and professionals of human resources. Decision-making, resource planning, team management and group support are factors that, from perspectives such as psychology, sociology, economics or leadership, have been repeatedly studied, motivated by their direct influence on final effectiveness of an organization. Currently, there is no consensus on defining leadership. This concept has been approached from different perspectives and, consequently, the components that have been proposed to explain management behavior are very diverse. An existing valid approach discriminates between those leaders who focus their execution on tasks and on achieving objectives based on meeting deadlines and planning, giving rise to task-oriented leadership; and those leaders who focus their execution on caring for and improving relationships within the team, achieving goals by motivating and accompanying the group, giving rise to relationship-oriented leadership. Task-oriented and relationship-oriented leadership involve, respectively, planning and management skills or hard skills, and relational aspects or soft skills. As for the definition of leadership styles, the evaluation of leadership has also been approached from different points of view and constitutes, today, a challenge for both researchers and professionals in the field of human resources and organizational management. However, there is no validated measure for leadership style. The evaluation of leadership has traditionally been carried out through explicit behavioral methodologies such as questionnaires or interviews, which have limitations that would ultimately bias the evaluation. The relevance of new implicit behavior analysis techniques, such as ecological techniques and those based on the analysis of brain and eye activity in real situations, is awakening a new interest in recognizing and discriminating between different leadership styles in organizations. In this way, experimental tasks and the laboratory analysis of specific behaviors and competencies emerge as an alternative solution capable of overcoming interpretive barriers, but present limitated transference to real situations. Virtual reality emerges as a promising alternative to provide environments with a greater transfer to real life and subjects with a higher level of involvement than traditional environments and evaluation methods, allowing implicit measures to be provided in more real context. This proposal is supported by numerous works in the field of applied psychology, neuroeconomics and organizational neuroscience, which support the use of virtual reality for the evaluation of human behavior. This thesis proposes the combined use of virtual reality and implicit methodologies of organizational neuroscience, as well as machine learning analysis techniques, to study behaviors linked to leadership style. Based on this premise, two studies are described that investigate the sensitivity of a passive paradigm, consisting of viewing emotional videos, and an active paradigm, consisting of interacting with a serious virtual reality-based game, both combining implicit behavioral and brain or physiological responses to determine the leadership style. The results of the passive paradigm showed differences in skin conductance, as well as in the electrical response of the brain, between those participants with different leadership styles. The results of the active paradigm also showed that participants with different leadership styles made different decisions and focused their attention, described by visual behavior variables, on different elements. The results obtained in this thesis, therefore, support the sensitivity of virtual environments and organizational neuroscience methodologies to identify leadership styles, which offers a potential ecological and non-invasive alternative for analyzing leaders / Parra Vargas, E. (2022). Entornos de realidad virtual y neurociencia organizacional para la evaluación de capacidades de liderazgo en organizaciones [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/186130

Tesis por compendio / [ES] La permitividad es una propiedad física de los materiales que describe su comportamiento en presencia de un campo electromagnético. Los sensores de microondas pueden desempeñar un papel esencial en las tareas de detección, supervisión o control de procesos, ya que algunos parámetros fisicoquímicos de los materiales producen cambios medibles en las propiedades dieléctricas. Además, la tecnología de calentamiento por microondas está adquiriendo una relevancia creciente para la transición ecológica y la descarbonización de los procesos industriales, y la permitividad es el parámetro esencial para el desarrollo exitoso de estos nuevos procesos. La permitividad depende de muchos factores, por lo que los métodos de medición de la permitividad deben adaptarse a las necesidades del material y del entorno de medición. El número de aplicaciones que requieren la monitorización o medida de las propiedades dieléctricas, las altas dependencias de esta magnitud bajo diferentes condiciones, y la necesidad de poner esta tecnología al alcance de un usuario más amplio y menos especializado, justifican el desarrollo de este trabajo. Esta tesis pretende desarrollar nuevos dispositivos para la monitorización y caracterización de dieléctricos adaptados a diferentes entornos, cubriendo un amplio rango de formatos, formas y propiedades de los materiales. Las dos primeras publicaciones incluidas en la tesis describen dos enfoques diferentes para abordar las mediciones de permitividad. El primer artículo describe un instrumento versátil, autónomo y fácil de usar para medir la permitividad de materiales dentro de tubos. El diseño de la cavidad logró una excelente sensibilidad, y el estudio de la red de acoplamiento permitió la caracterización de materiales de pérdidas bajas, moderadas y altas con una misma configuración. Este dispositivo incluye un reflectómetro vectorial portátil propio, lo que lo hace portátil y asequible. Las características del instrumento desarrollado permiten un uso sencillo por parte de personal no especializado y proporcionan versatilidad en muchas situaciones. La segunda publicación presenta el diseño específico de una sonda coaxial de extremo abierto con una mayor sensibilidad para determinar la permitividad de productos alimenticios de altas pérdidas en función de la temperatura a frecuencias de RF. Este artículo destaca la importancia de seleccionar la técnica de medición más adecuada, adaptada al entorno y a las particularidades del material, para la determinación apropiada de la permitividad. Los dos artículos siguientes describen el desarrollo y la utilización de un microscopio de microondas de campo cercano con resolución micrométrica para determinar mapas de permitividad de materiales planos heterogéneos a frecuencias de microondas. En ambos trabajos se describen los diferentes elementos que componen el instrumento del microscopio y las técnicas de análisis para determinar los valores de permitividad a partir de las medidas de los parámetros de la resonancia. En el primer trabajo se empleó por primera vez la tecnología de microondas en aplicaciones contra la falsificación, obteniendo la marca dieléctrica de la marca de agua de un billete. Además, este estudio demostró la capacidad de la energía de microondas para detectar marcas ocultas detrás de capas dieléctricas o metálicas, lo que abre nuevas posibilidades para el desarrollo de elementos de seguridad ópticamente opacos e imposibles de rastrear por medios ópticos. El segundo estudio demuestra la versatilidad de este sistema para determinar las propiedades dieléctricas de materiales planos heterogéneos midiendo la respuesta dieléctrica de especímenes de roca. Los métodos desarrollados en esta tesis aumentan la cartera de sistemas de caracterización dieléctrica y pueden ayudar a una amplia gama de sectores científicos e industriales en las tareas de monitorización y caracterización dieléctrica, haciendo estos trabajos más cómodos y accesibles. / [CA] La permitivitat és una propietat física dels materials que descriu el seu comportament en presència d'un camp electromagnètic. Els sensors de microones poden exercir un paper essencial en les tasques de detecció, supervisió o control de processos, ja que alguns paràmetres fisicoquímics dels materials produeixen canvis mesurables en les propietats dielèctriques. A més, la tecnologia de calfament per microones està adquirint una rellevància creixent per a la transició ecològica i la descarbonització dels processos industrials, i la permitivitat és el paràmetre essencial per al desenvolupament reeixit d'aquests nous processos. La permitivitat depén de molts factors i, per tant, els mètodes de mesurament de la permitivitat han d'adaptar-se a les necessitats del material i de l'entorn de mesurament. El nombre d'aplicacions que requereixen el monitoratge o mesura de les propietats dielèctriques, les altes dependències d'aquesta magnitud sota diferents condicions, i la necessitat de posar aquesta tecnologia a l'abast d'un usuari més ampli i menys especialitzat, justifiquen el desenvolupament d'aquest treball. Aquesta tesi pretén desenvolupar nous dispositius per al monitoratge i caracterització de dielèctrics adaptats a diferents entorns, cobrint un ampli rang de formats, formes i propietats dels materials. Les dues primeres publicacions incloses en la tesi descriuen dos enfocaments diferents per a abordar els mesuraments de permitivitat. El primer article descriu un instrument versàtil, autònom i fàcil d'usar per a mesurar la permitivitat de materials dins de tubs. El disseny de la cavitat va aconseguir una excel·lent sensibilitat, i l'estudi de la xarxa d'acoblament va permetre la caracterització de materials de pèrdues baixes, moderades i altes amb una mateixa configuració. Aquest dispositiu inclou un reflectòmetre vectorial portàtil propi, la qual cosa el fa portàtil i assequible. Les característiques de l'instrument desenvolupat permeten un ús senzill per part de personal no especialitzat i proporcionen versatilitat en moltes situacions. La segona publicació presenta el disseny específic de una sonda coaxial d'extrem obert amb una major sensibilitat per a determinar la permitivitat de productes alimentaris d'altes pèrdues en funció de la temperatura a freqüències de RF. Aquest article destaca la importància de seleccionar la tècnica de mesurament més adequat, adaptada a l'entorn i a les particularitats del material, per a la determinació apropiada de la permitivitat. Els dos articles següents descriuen el desenvolupament i la utilització d'un microscopi de microones de camp pròxim amb resolució micromètrica per a determinar mapes de permitivitat de materials plans heterogenis a freqüències de microones. En tots dos treballs es descriuen els diferents elements que componen l'instrument del microscopi i les tècniques d'anàlisis per a determinar els valors de permitivitat a partir de les mesures dels paràmetres de la ressonància. En el primer treball es va emprar per primera vegada la tecnologia de microones en aplicacions contra la falsificació, obtenint la marca dielèctrica de la marca d'aigua d'un bitllet. A més, aquest estudi va demostrar la capacitat de l'energia de microones per a detectar marques ocultes darrere de capes dielèctriques o metàl·liques, la qual cosa obri noves possibilitats per al desenvolupament d'elements de seguretat òpticament opacs i impossibles de rastrejar per mitjans òptics. El segon estudi demostra la versatilitat d'aquest sistema per a determinar les propietats dielèctriques de materials plans heterogenis mesurant la resposta dielèctrica d'espècimens de roca. Els mètodes desenvolupats en aquesta tesi augmenten la cartera de sistemes de caracterització dielèctrica i poden ajudar a una àmplia gamma de sectors científics i industrials en les tasques de monitoratge i caracterització dielèctrica, fent aquests treballs més còmodes i accessibles. / [EN] Permittivity is a physical property of materials describing their behavior in the presence of an electromagnetic field. Microwave sensors can play an essential role in detecting, monitoring, or process control tasks as some physicochemical parameters of materials produce measurable changes in dielectric properties. Besides, microwave heating technology is gaining increasing relevance for the ecological transition and decarbonization of industrial processes, and permittivity is the essential parameter for the successful development of these new processes. Permittivity depends on many factors and thus, permittivity measurement methods must be adapted to the needs of the material and the measurement environment. The number of applications that require the monitoring or measurement of dielectric properties, the high dependencies of this magnitude under different conditions, and the need to make this technology available to a broader and less specialized user justify the development of this work. This thesis aims to develop new devices for the monitoring and characterization of dielectrics adapted to different environments, covering a wide range of materials' formats, shapes, and properties. The first two publications included in the thesis describe two different approaches to address permittivity measurements. The first paper describes a versatile, stand-alone, and easy-to-use instrument for measuring the permittivity materials inside tubes. The design of the cavity achieved an excellent sensitivity, and the study of the coupling network allowed the characterization of low, moderate, and high-loss materials with the same setup. This device included an in-house portable vector reflectometer, making it portable and cost-affordable. The features of the developed instrument allow straightforward use by non-specialized personnel and provide versatility in many situations. The second publication presents a specific open-ended coaxial design with increased sensitivity to determine the permittivity of lossy food products as a function of temperature at RF frequencies. This paper highlight the relevance of selecting the most suitable measurement technique, adapted to the environment and particularities of the material, for the appropriate determination of permittivity. The following two papers describe the development and use of a near-field scanning microwave microscope with micrometric resolution to determine permittivity maps of heterogeneous planar materials at microwave frequencies. The different elements comprising the microscope instrument and the analysis techniques to determine permittivity values from the resonance measurements were described throughout both works. In the first paper, microwave technology was employed for the first time in anti-counterfeiting applications by obtaining the dielectric mark of a banknote watermark. Besides, this study showed the ability of microwave energy to detect hidden marks behind dielectric or metallic layers, opening new possibilities for developing optically opaque security features untraceable by optical means. The second study demonstrates the versatility of this system in determining the dielectric properties of heterogeneous planar materials by measuring the dielectric response of rock specimens. The methods developed in this thesis dissertation increase the portfolio of dielectric characterization systems and can help a wide range of scientific and industrial sectors in dielectric monitoring and characterization tasks, making these works more convenient and accessible. / Financial support through the grant reference BES-2016-077296 of the call Convocatoria de las ayudas para contratos predoctorales para la formación de doctores de 2016 by Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) and by European Social Funds (ESF) of European Union is also gratefully acknowledged / Gutiérrez Cano, JD. (2022). Microwave Dielectrometry Adapted to Environments [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/186351 / Compendio

[ES] La utilización de sistemas de microondas para aplicaciones de calentamiento está muy extendida, principalmente por su uso en el calentamiento doméstico. El volumen de ventas del horno de microondas doméstico refleja un dato curioso: es el electrodoméstico más vendido en el mundo cada año. Por ello, el coste de producción del elemento principal, el magnetrón, presenta unos márgenes de beneficio imbatibles. Sin embargo, los avances en la fabricación de generadores de RF de alta potencia de estado sólido han puesto de manifiesto no solo las limitaciones de los sistemas basados en magnetrón sino también las grandes ventajas de la tecnología de transistores. Actualmente, los amplificadores de potencia de estado sólido han alcanzado una madurez suficiente como para competir en eficiencia, coste y calidad de la onda generada con el magnetrón. Las principales ventajas de los transistores son un reducido tamaño, tensiones de alimentación bajas, un espectro puro en frecuencia, un mayor tiempo de vida y el control digital directo. Los sistemas de microondas con esta tecnología están siendo introducidos en el mercado desde hace diez años, aunque las aplicaciones reales que los utilizan son escasas. La principal razón es la falta de diseños de aplicadores específicos para sacar el máximo provecho a las fuentes de estado sólido. , por tanto, es éste el objetivo de la tesis doctoral. Los sistemas S2MH (Solid-State Microwave Heating) se presentan en esta disertación doctoral como una alternativa que ofrece un calentamiento mejorado. La posibilidad de seleccionar la frecuencia exacta, ajustar la potencia de salida y realizar barridos de fase de forma coherente con múltiples iluminadores proporcionan al sistema un control preciso del proceso de calentamiento. El resultado directo de éste es un calentamiento homogéneo y el uso de la tecnología de microondas en procesos de alto valor añadido y fuerte dependencia con la temperatura. Esta tesis doctoral presenta el trabajo realizado en el diseño y fabricación de dos sistemas S2MH: el primero es un horno estático versátil para diferentes procesos químicos, y el segundo un horno de transporte para el secado de almendras. Estos dos sistemas están formados por el SSMGS (Solid-State Microwave Generator System), que incluye cuatro amplificadores de estado sólido (SSPA) con una generación de la onda coherente, y el aplicador. Para el diseño del SSMGS se han tenido en cuenta los requisitos de potencia y frecuencia de cada aplicación. Se ha utilizado un SSMGS con cuatro PA de 250 W a 2,450 MHz para el horno de aplicaciones químicas, mientras que el secado de almendras necesita cuatro PA de 500 W a 915 MHz. Los dos sistemas de generación de microondas permiten un control individual o combinado de los parámetros de los cuatro módulos amplificadores, i.e., potencia, frecuencia y fase. Todo el proceso de diseño ha sido llevado a cabo mediante modelado multi-físico, poniendo un especial cuidado en las propiedades termofísicas y dieléctricas de los alimentos y soluciones acuosas que tienen una importante dependencia con la temperatura. El comportamiento completo del sistema aplicador se ha estudiado con estas herramientas. Tras la fabricación de los dos prototipos o pruebas de concepto (PoC), los resultados obtenidos presentan un comportamiento similar al modelo y muestran, además, prometedoras mejoras frente a los sistemas actuales. El sistema de aplicaciones químicas presenta mejoras en la distribución de campo, independientemente de la aplicación y la carga. Y el sistema de secado de almendras proporciona un mayor control sobre el proceso evitando la pérdida de material por sobrecalentamiento. / [CA] La utilització de sistemes de microones en aplicacions d'escalfament està molt estesa, principalment pel seu us en escalfament domèstic. El volum de ventes del forn de microones domèstic reflexa una informació curiosa: es l'electrodomèstic més venut anualment al món. Per això, el cost de producció del seu element principal, el magnetró, presenta uns marges de benefici imbatibles. No obstant això, els avanços en la fabricació de generadors de RF d'alta potencia d'estat sòlid han posat de manifest tant les limitacions dels sistemes basats en magnetró, com els grans avantatges de la tecnologia de transistors. Actualment, els amplificadors de potència d'estat sòlid son el suficientment madurs com per competir en eficiència, cost i qualitat de l'ona generada amb el magnetró. Els principals avantatges dels transistors son les dimensions reduïdes, tensions d'alimentació baixes, un espectre pur en freqüència, major temps de vida i el control digital directe. Els sistemes de microones amb aquesta tecnologia estan sent introduïts al mercat des de fa deu anys, malgrat les aplicacions reals son escasses. El principal motiu és la falta de dissenys de aplicadors específics per obtindré el màxim profit de les fonts d'estat sòlid. , por tanto, es éste el objetivo de la tesis doctoral. Els sistemes S2MH es presenten en esta dissertació doctoral com una alternativa que ofereix un escalfament millorat. La possibilitat de seleccionar la freqüència exacta, ajustar la potència d'eixida i realitzar un rastreig de fase de forma coherent amb molts il·luminadors proporcionen al sistema un control precís del procés d'escalfament. El resultat directe d'aquest es un escalfament homogeni i el us de la tecnologia de microones en processos d'alt valor afegit i alta sensibilitat a la temperatura. Aquesta dissertació doctoral presenta el treball realitzat en el disseny i fabricació de dos sistemes S2MH: el primer és un forn estàtic i versàtil per a diferent processos químics, i el segon es tracta d'un forn de transport per l'assecatge d'ametles. Tots dos sistemes estan formats pel SSMGS, que inclou quatre amplificadors d'estat sòlid (SSPA) amb generació coherent de l'ona, i l'aplicador. Per al disseny del SSMGS s'han tingut en compte els requisits de potència i freqüència de cada aplicació. S'ha utilitzat un SSMGS amb quatre PA de 250 W a 2,450 MHz per al forn d'aplicacions químiques, mentre que per al d'assecat d'ametla es necessita quatre PA de 500 W a 915 MHz. Ambdós sistemes de generació de microones permeten un control individual o combinat dels paràmetres dels quatre mòduls amplificadors, i.e., potència, freqüència i fase. Tot el procés de disseny ha sigut realitzat amb l'ajuda del modelat multi-físic, prestant una especial atenció a les propietats termofísiques i dielèctriques dels aliments i solucions aquoses, que tenen una important dependència de la temperatura. El comportament complet del sistema aplicador ha sigut estudiat amb estes ferramentes digitals. Després de la fabricació dels dos prototips o proves de concepte (PoC), els resultats obtinguts presenten un comportament similar al model i, a més a més, mostren millores prometedores front als sistemes actuals. El sistema d'aplicacions químiques presenta millores en la distribució de camp, independentment de l'aplicació i la càrrega. I el sistema d'assecatge d'ametlles proporciona un major control sobre el procés, evitant la pèrdua de material per sobreescalfament. / [EN] Microwave systems are widely used for heating applications, mainly domestic food heating. The microwave oven sales figures place it as the first domestic appliance, giving its core element, the magnetron, an unbeatable production cost margin. However, recent improvements in RF high-power generator manufacturing have pointed out not only the limitations of these systems based on the magnetron but also the main benefits of the transistors technology. Nowadays, solid-state power amplifiers are mature enough to compete in efficiency, cost and quality with the magnetron. Transistors' main benefits are their reduced size, low operation voltages, pure frequency spectrum, lifetime, and straightforward digital control. Microwave systems based on solid-state power amplifiers have been recently introduced, although the real applications making use of them are rare. The main issue is the lack of applicator designs for specific solid-state sources that fully exploit the mentioned advantages; therefore, this is the main objective of the present PhD thesis. Solid-State Microwave Heating (S2MH) systems are presented in this PhD dissertation as an alternative that offers enhanced heating. Fine frequency selection, adjustable output power and coherent phase sweep in multiple outputs provide the system with accurate control over the heating process. The direct outcome of this control is the production of homogeneous heating and the application of microwave technology into high-added-value temperature-sensitive processes. The complete design and manufacture of two S2MH systems have been carried out and presented in this PhD thesis. The two designed systems are a multi-process chemical lab batch oven and an almond drying conveyorized oven. These two systems are composed of the Solid-State Microwave Generator System (SSMGS), consisting of four Solid-State Power Amplifiers (SSPA) with coherent wave generation, and the applicator. The design of the SSMGS has been carried out according to the power and frequency requirements of the application. A 4 x 250 W SSPA at 2,450 MHz SSMGS has been used for the chemical processes oven, while the almond drying application needs 4 x 500 W SSPA at 915 MHz. Both SSMGS allow the individual or combined digital control of the parameters of the four amplifying modules, i.e., power, frequency and phase. Multiphysics modelling has been thoroughly studied with special attention to the temperature-dependent thermophysical and dielectric properties of food and liquid solutions. The overall applicators' behaviour has been analysed with this tool. After completing the two PoC (Proof of Concept), the results show good agreement with the models. Both PoCs have shown promising improvements to the current state-of-the-art systems. The chemical applications PoC shows electromagnetic field distribution improvements, independent of the application or load. On the other hand, the almonds drying system provides increased control over the process avoiding material losses through overheating. / Santón Pons, P. (2022). Design and Development of a Multi-Frequency System for Microwave Heating [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191326

[ES] El uso masivo de las telecomunicaciones exige redes de mayor capacidad. Esta capacidad puede incrementarse de las siguientes maneras: aumentando el número de antenas, el ancho de banda, la eficiencia espectral o una combinación de ellas. En respuesta a esto, han surgido los sistemas masivos MIMO sin celdas. Estos sistemas pretenden ofrecer un servicio ubicuo y fiable, apoyándose en un número masivo de antenas y adaptando la red a las necesidades de los usuarios en cada momento. Se han estudiado sistemas MIMO masivos sin celdas tanto para frecuencias inferiores a 6 GHz como en la banda mmW, demostrando ser una buena alternativa a las celdas pequeñas. Sin embargo, hay muchas cuestiones que todavía requieren más estudio. Esta Tesis aborda las cuestiones relativas a los despliegues masivos MIMO sin celdas en términos de escalabilidad, consumo de energía, modelado realista de los escenarios de despliegue y diseño de precodificadores para dichos escenarios en la banda mmW. Los sistemas masivos sin celdas en su forma canónica consideran que todos los APs están conectados a una única CPU y que todos ellos sirven a todos los UEs al mismo tiempo. Sin embargo, en la práctica, tal sistema no es factible debido a temas de escalabilidad. Por ello, en esta Tesis se estudian y proponen diferentes soluciones de agrupación que alivian la carga tanto de cada AP individual como de la CPUs, ya que la carga total de procesamiento se divide entre ellas. Las soluciones propuestas muestran un mejor rendimiento que la solución del estado del arte estudiada para todos los tamaños de agrupación considerados e independientemente del número de UEs en el escenario. Tras las consideraciones sobre la topología lógica de la red, esta Tesis analiza el impacto en el rendimiento de la red de diferentes configuraciones de topologías físicas. En concreto, se estudia el modelado del consumo de energía considerando front-haul totalmente dedicado, híbrido y totalmente en serie. En este sentido, se sugieren algunas modificaciones al modelo tradicional de consumo de energía para obtener resultados más precisos cuando se analizan entornos en serie. A partir de los resultados obtenidos, se destaca la importancia de aplicar las modificaciones propuestas que consideran el ahorro de energía debido a las conexiones serie en un despliegue de MIMO masivo sin celdas donde cada AP transmite la misma información (excepto por los coeficientes de precodificación). Por otro lado, aunque en la banda milimétrica se dispone de mayores anchos de banda, el uso de estas frecuencias conlleva ciertos retos. Uno de estos retos es el modelado del canal radioeléctrico, ya que al trabajar con longitudes de onda del orden de decenas de milímetros cualquier objeto o rugosidad del mismo puede afectar a la propagación de la onda. En este sentido, esta Tesis, en primer lugar, propone algunas adaptaciones al modelo de bloqueo del cuerpo humano del 3GPP. Los resultados obtenidos tras las modificaciones se acercan más a los valores de las mediciones reales, lo que hace que el modelo adaptado sea más preciso para la consideración del bloqueo corporal en mmW. En segundo lugar, esta Tesis presenta una herramienta de simulación de radiocanales basada en el trazado de rayos. Se han obtenido resultados de pérdidas de trayecto para un escenario de interior que se aproximan notablemente a las medidas reales. Asimismo, los resultados obtenidos muestran que cuando no se modelan correctamente las características electromagnéticas de los materiales o no se tiene en cuenta el mobiliario en un escenario de interior, los resultados pueden diferir considerablemente de las medidas reales. Por último, esta Tesis aborda el diseño de precodificadores en sistemas MIMO masivos sin celdas en un escenario realista. Para ello, se considera un escenario industrial con requerimientos de potencia específicos. En particular, se resuelve un problema de optimización con diferentes restricciones de potencia por antena. / [CA] L'ús massiu de les telecomunicacions exigeix xarxes de major capacitat. Aquesta capacitat pot incrementar-se de les següents maneres: augmentant el nombre d'antenes, l'amplada de banda, l'eficiència espectral o una combinació d'elles. En resposta a això, han sorgit els sistemes massius MIMO sense cel·les. Aquests sistemes pretenen oferir un servei ubic i fiable, secundant-se en un nombre massiu d'antenes i adaptant la xarxa a les necessitats dels usuaris a cada moment. S'han estudiat sistemes MIMO massius sense cel·les tant per a freqüències inferiors a 6 GHz com en la banda mmW, demostrant ser una bona alternativa a les cel·les xicotetes. No obstant això, hi ha moltes qüestions que encara requereixen més estudi. Aquesta Tesi aborda les qüestions relatives als desplegaments massius MIMO sense cel·les en termes d'escalabilitat, consum d'energia, modelatge realista dels escenaris de desplegament i disseny de precodificadors per a aquests escenaris en la banda mmW. Els sistemes massius sense cel·les en la seua forma canònica consideren que tots els APs estan connectats a una única CPU i que tots ells serveixen a tots els UEs al mateix temps. No obstant això, en la pràctica, tal sistema no és factible a causa de temes d'escalabilitat. Per això, en aquesta Tesi s'estudien i proposen diferents solucions d'agrupació que alleugen la càrrega tant de cada AP individual com de la CPUs, ja que la càrrega total de processament es divideix entre elles. Les solucions proposades mostren un millor rendiment que la solució de l'estat de l'art estudiada per a totes les grandàries d'agrupació considerats i independentment del número de UEs en l'escenari. Després de les consideracions sobre la topologia lògica de la xarxa, aquesta Tesi analitza l'impacte en el rendiment de la xarxa de diferents configuracions de topologies físiques. En concret, s'estudia el modelatge del consum d'energia considerant front-haul totalment dedicat, híbrid i totalment en sèrie. En aquest sentit, se suggereixen algunes modificacions al model tradicional de consum d'energia per a obtindre resultats més precisos quan s'analitzen entorns en sèrie. A partir dels resultats obtinguts, es destaca la importància d'aplicar les modificacions proposades que consideren l'estalvi d'energia a causa de les connexions serie en un desplegament de MIMO massiva sense cel·les on cada AP transmet la mateixa informació (excepte pels coeficients de precodificació). D'altra banda, encara que en la banda mil·limètrica es disposa de majors amplades de banda, l'ús d'aquestes freqüències comporta uns certs reptes. Un d'aquests reptes és el modelatge del canal radioelèctric, ja que en treballar amb longituds d'ona de l'ordre de desenes de mil·límetres qualsevol objecte o rugositat del mateix pot afectar la propagació de l'ona. En aquest sentit, aquesta Tesi, en primer lloc, proposa algunes adaptacions al model de bloqueig del cos humà del 3GPP. Els resultats obtinguts després de les modificacions s'acosten més als valors dels mesuraments reals, la qual cosa fa que el model adaptat siga més precís per a la consideració del bloqueig corporal en mmW. En segon lloc, aquesta Tesi presenta una eina de simulació de radiocanales basada en el traçat de raigs. S'han obtingut resultats de pèrdues de trajecte per a un escenari d'interior que s'aproximen notablement a les mesures reals. Així mateix, els resultats obtinguts mostren que quan no es modelen correctament les característiques electromagnètiques dels materials o no es té en compte el mobiliari en un escenari d'interior, els resultats poden diferir considerablement de les mesures reals. Finalment, aquesta Tesi aborda el disseny de precodificadors en sistemes MIMO massius sense cel·les en un escenari realista. Per a això, es considera un escenari industrial amb requeriments de potència específics. En particular, es resol un problema d'optimització amb diferents restriccions de potència per antena. / [EN] The massive use of telecommunications demands higher capacity networks. This capacity can be increased by increasing the number of antennas, bandwidth, spectral efficiency, or a combination of these. In response to this, cell-free massive MIMO systems have emerged. These systems aim to offer a ubiquitous and reliable service, relying on a massive number of antennas and adapting the network to users' needs. Cell-free massive MIMO systems have been studied both for frequencies below 6 GHz and in the mmW band, proving to be a good alternative to small cells. However, many issues still require further study. This Thesis addresses the issues concerning cell-free massive MIMO deployments in terms of scalability, power consumption, realistic modeling of deployment scenarios, and design of precoders for such scenarios in the mmW band. Cell-free massive systems in their canonical form consider that all the APs are connected to a single CPU and serve all UEs simultaneously. However, in practice, such a system is not feasible, due to scalability reasons. Therefore, in this Thesis, different clustering solutions that alleviate the load of both each individual AP and the CPUs, as the total processing load is divided among them, are studied and proposed. The proposed solutions show a better performance than the state-of-the-art solution studied for all cluster sizes considered and independently of the number of UEs in the scenario. After the logical network topology considerations, the impact on the network performance of different physical topologies configurations is analyzed. Specifically, the power consumption modeling considering fully dedicated, hybrid, and fully serial front-haul is studied. In this sense, some modifications are suggested for the traditional power consumption model in order to get more accurate results when serial environments are analyzed. The obtained results highlight the importance of applying the proposed modifications that consider the power savings due to the serial connections in a cell-free massive MIMO deployment where each AP transmits the same information (except by the precoding coefficients). On the other hand, although wider bandwidths are available in the millimeter band, the use of these frequencies brings certain challenges. One of these challenges is modeling the radio channel since when working with wavelengths in the order of tens of millimeters, any object or roughness of the same order can affect the propagation of the wave. Another challenge is to consider the electromagnetic impact of the human body at mmW frequencies. In this sense, this Thesis, firstly, proposes some adaptations to the 3GPP body blockage model. The results obtained after the modifications are closer to real measurement values, what makes the adapted model more accurate for the consideration of body blockage at mmW. Secondly, this Thesis presents a radio channel simulation tool based on ray tracing. With this tool, path loss results have been obtained for an indoor scenario that are remarkably close to the actual measurements. Also, the results show that when the electromagnetic characteristics of the materials are not modeled correctly or the furniture is not taken into account in an indoor scenario, the adjustment of the simulation results can differ considerably from the actual measurements. Finally, the design of precoders in cell-free massive MIMO systems in a realistic scenario is addressed. For this purpose, an industrial scenario with specific power requirements is considered. In particular, an optimization problem with different per-antenna power constraints is solved. In this case, the scenario and the radio channel are modeled using the above-mentioned tool. This fact makes it possible to find with high precision the power coefficients to be used by each transmitting antenna to transmit to each user so that the achieved data rate is maximized. / I would like to thank the H2020 Marie Curie Program that has funded this thesis within Project Grant No. 766231 WAVECOMBE - ITN - 2017 / Prado Alvarez, D. (2022). Study of Feasible Cell-Free Massive MIMO Systems in Realistic Indoor Scenarios [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191375

[EN] In today's information society, there is a growing need to access data communication services ubiquitously, with mobility and increasingly higher data rates. This society's demand has motivated the development of the fourth generation of mobile communications (4G) and its evolution towards the fifth generation (5G). This development has required a revolution on the radio interface of the mobile communications systems, and, consequently, has significantly modified their capabilities and their radio resource management. This is the case of the technology known as Long Term Evolution (LTE) and its 4G version called LTE-Advanced. This Doctoral Thesis addresses the modelling, the radio resource management analysis, and the performance evaluation of the downlink of LTE and LTE-Advanced where, among the different features of LTE-Advanced, the focus is on the Coordinated Multi-Point (CoMP) transmission. The Thesis provides a detailed description of the main characteristics of LTE and LTE-Advanced. The high complexity of these systems, has prompted the use of computer simulations as the primary research methodology. The Thesis makes a detailed description of the simulation methodology and the system modelling required, including some contributions of the author in this field. Among them, it is of significant relevance the link-level simulation results used in the European project WINNER + for the LTE evaluation. With regard to the analysis of the radio resource management in LTE, the fundamentals of link adaptation and scheduling are explained in the first place. In relation to the scheduling, the Thesis includes a thorough study of the proportional fairness concept and the suboptimal implementation typically used in LTE to maximize this metric. This study has resulted in a series of ideas embodied in a modification of the typical implementation, which has proved to be capable of increasing the proportional fairness of the resource allocations. Moreover, the link adaptation analysis has revealed the "flash-light" effect problem, which is characterized by a high interference variability due to rapid changes in the scheduling decisions. The Thesis demonstrates that a particular implementation that stabilizes the scheduling decisions can improve the system performance. The radio resource management analysis of this Thesis is completed with the study of CoMP. Specifically, the CoMP scheme studied in this Thesis is a solution with coordinated scheduling and beamforming (CS/CB), that takes into account realistic and robust assumptions concerning the knowledge that the coordinated points have about the channel state. The Thesis proposes this solution for its simplicity and its ability to improve high data rates coverage and capacity even with incomplete channel knowledge. Concerning LTE and LTE-Advanced evaluation, it is performed in two different types of scenarios. On the one hand, the scenarios defined in the process of evaluation of IMT-Advanced. In this framework, it is evaluated the importance of different multi-antenna techniques, including CoMP, considering full-buffer traffic models. The most important conclusions in these scenarios are the significant performance improvement achieved with spatial multiplexing of users and the fact that CoMP mechanisms provide a reduced benefit. The second group of scenarios are those defined by the European project METIS for the evaluation of 5G technologies. Specifically, an indoor office scenario and an outdoor sports stadium have been selected. In these scenarios, a realistic traffic model is used, and it has been demonstrated the utility of CoMP to satisfy the first 5G requirement definitions with feasible frequency bandwidths. In these scenarios with less homogeneous deployments, or with a limited number of transmitters originating the major part of interference, is where this Thesis has found CoMP to be more useful and where the Thesis promotes its use. / [ES] En la actual sociedad, hay una creciente necesidad de acceso a servicios de comunicación de datos de forma ubicua, móvil y a velocidades cada vez más altas. Esta demanda ha motivado el desarrollo de la cuarta generación de comunicaciones móviles (4G) y su evolución hacia la quinta generación (5G). Este desarrollo ha requerido una revolución en la interfaz radio de los sistemas de comunicaciones móviles modificando en gran medida sus capacidades y la forma en la que se gestionan sus recursos. Este es el caso de la tecnología conocida como Long Term Evolution (LTE) y su versión 4G llamada LTE-Advanced. En concreto, esta Tesis Doctoral aborda el modelado, análisis de la gestión de recursos radio y evaluación de prestaciones del enlace descendente de LTE y LTE-Advanced, donde, de entre las características de LTE-Advanced, se ha puesto el foco de atención en la transmisión multipunto coordinada (CoMP). La Tesis proporciona una descripción detallada de las principales características de LTE y LTE-Advanced. La gran complejidad del sistema descrito ha motivado que la metodología de estudio haya sido la simulación mediante ordenador. La Tesis realiza una descripción detallada de dicha metodología y del modelado del sistema empleado, incluyendo algunas aportaciones del autor en este campo. De entre éstas, destaca la provisión de resultados de simulación de nivel de enlace que se usaron en el proyecto europeo WINNER+ para la evaluación de LTE. En cuanto al análisis de la gestión de recursos radio en LTE, en primer lugar, se explican los fundamentos de la adaptación al enlace y el scheduling. En relación con el scheduling, se realiza un estudio del concepto de proportional fairness y de la implementación subóptima típicamente usada en LTE para maximizar esta métrica. Este estudio ha dado como resultado una modificación de la implementación típica que ha demostrado ser capaz de aumentar la proportional fairness en la asignación de recursos con un bajo incremento de complejidad. Además, el análisis de la adaptación al enlace ha revelado el problema del efecto de "luz de flash" consistente en la alta variabilidad de la interferencia debida a rápidos cambios en las decisiones del scheduler. La Tesis demuestra que se pueden mejorar las prestaciones del sistema estabilizando dichas decisiones mediante una implementación concreta. El bloque de análisis de la gestión de recursos se completa con el estudio de CoMP. Específicamente, se estudia una solución con coordinación de scheduling y conformación de haz (CS/CB) que tiene en cuenta suposiciones reales y robustas en cuanto al conocimiento que los puntos coordinados tienen de los canales radio. La Tesis propone esta solución por su sencillez y capacidad de mejorar la eficiencia de los sistemas de comunicaciones móviles, tanto en cobertura de velocidades altas de transmisión como en capacidad, aun teniendo un conocimiento incompleto del canal. En cuanto a la evaluación de LTE y LTE-Advanced, ésta se realiza en dos tipos de escenarios. Por un lado, los escenarios definidos en el proceso de evaluación de IMT-Advanced. En este marco, se evalúa la importancia de diferentes técnicas de transmisión multiantena, incluyendo CoMP, y considerando tráfico de tipo full-buffer. Se ha obtenido una gran mejora de prestaciones por la multiplexación espacial de usuarios y mejoras discretas por el uso de CoMP. El segundo grupo de escenarios son los definidos por el proyecto europeo METIS para evaluación de tecnologías 5G, concretamente se han elegido un escenario de interiores con una oficina, y uno de exteriores con un estadio deportivo. En estos escenarios se utiliza un tráfico realista y se ha demostrado la utilidad de CoMP para mejorar las prestaciones del sistema. En estos escenarios con despliegues menos uniformes, o con un número limitado de transmisores provocando la mayor parte de la interferencia, es donde esta Tesis ha encontrado la mayor u / [CA] En l'actual societat de la informació, hi ha una creixent necessitat d'accés a serveis de comunicació de dades de forma ubiqua, mòbil i a velocitats cada vegada més altes. Aquesta demanda de la societat, ha motivat el desenrotllament de la quarta generació de comunicacions mòbils (4G) i la seua evolució cap a la quinta generació (5G). Aquest desenrotllament ha requerit una revolució en la interfície ràdio dels sistemes de comunicacions mòbils i ha modificat en gran manera les seues capacitats i la forma en què es gestionen els seus recursos. Aquest és el cas de la tecnologia coneguda com a Long Term Evolution (LTE) i la seua versió 4G anomenada LTE-Advanced. En concret, aquesta Tesi Doctoral aborda el modelatge, anàlisi de la gestió de recursos ràdio i avaluació de prestacions de l'enllaç descendent de LTE i LTE-Advanced, on, d'entre les característiques de LTE-Advanced, s'ha posat el centre d'atenció en la transmissió multipunt coordinada (CoMP). La Tesi proporciona una descripció detallada de les principals característiques de LTE i LTE-Advanced. La gran complexitat del sistema descrit ha motivat que la metodologia d'estudi s'haja basat en simulació per mitjà d'ordinador. La Tesi realitza una descripció detallada de la metodologia de simulació i del modelatge del sistema empleat, incloent-hi algunes aportacions de l'autor en aquest camp. D'entre aquestes, destaca la provisió de resultats de simulació de nivell d'enllaç que es van usar en el projecte europeu WINNER+ per a l'avaluació de LTE. Pel que fa a l'anàlisi de la gestió de recursos ràdio en LTE, en primer lloc, s'expliquen els fonaments de l'adaptació a l'enllaç i el scheduling. En relació amb el scheduling, es realitza un estudi del concepte de proportional fairness i de la implementació subòptima típicament usada en LTE per a maximitzar aquesta mètrica. L'estudi ha donat com a resultat una modificació de la implementació típica que ha demostrat ser capaç d'augmentar la proportional fairness en l'assignació de recursos amb un baix increment de complexitat. A més, l'anàlisi de l'adaptació a l'enllaç ha desvetllat el problema de l'efecte de "llum de flaix" consistent en la alta variabilitat de la interferència deguda a una ràpida variació de les assignacions de recursos. La Tesi demostra que es poden millorar les prestacions del sistema estabilitzant les decisions del scheduler mitjançant una implementació concreta. En el bloc d'anàlisi de la gestió de recursos d'aquesta Tesi es completa amb l'estudi de CoMP. Específicament, s'estudia una solució amb coordinació de scheduling i conformació de feix (CS/CB), que té en compte suposicions reals i robustes quant al coneixement que els punts coordinats tenen dels canals ràdio dels usuaris servits. La Tesi proposa aquesta solució per la seua senzillesa i capacitat de millorar l'eficiència dels sistemes de comunicacions mòbils, tant en cobertura de velocitats altes de transmissió com en capacitat, encara tenint un coneixement incomplet del canal. Quant a l'avaluació de LTE i LTE-Advanced, aquesta es realitza en dos tipus d'escenaris diferents. D'una banda, els escenaris definits dins del procés d'avaluació de tecnologies IMT-Advanced. Dins d'aquest marc, s'avalua la importància de diferents tècniques de transmissió multi-antena, incloent-hi CoMP, i considerant tràfic de tipus full-buffer. S'ha obtingut una gran millora de prestacions amb la multiplexació espacial d'usuaris i una discreta millora amb CoMP. El segon grup d'escenaris són els definits pel projecte europeu METIS per a l'avaluació de tecnologies 5G, concretament s'han triat un escenari d'interiors amb una oficina, i un d'exteriors amb un estadi esportiu, on s'ha utilitzat un tràfic realista. En aquests escenaris amb desplegaments menys uniformes, o amb un nombre limitat de transmissors provocant la major part de la interferència, és on aquesta Tesi ha trobat la utilitat més gran de / Martín-Sacristán Gandía, D. (2016). 3GPP Long Term Evolution: Performance Analysis and Evolution towards 4G with Coordinated Multi-Point Transmission [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63261