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

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

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

Aquesta tesi presenta una nova família de protocols basats en contesa, els algorismes ALOHA estabilitzats de finestra (window stabilized ALOHA, WSA). Aquests protocols d'accés aleatori tenen resolució dinàmica i probabilística i es poden seguir aplicant encara que el model de Poisson para el procés d'arribades no sigui vàlid. De partida, s'ha conjuntat la idea simple dels protocols ALOHA, amb l'eficiència dels protocols de resolució de col·lisions amb accés bloquejat, resultant una nova família de protocols que tenen unes prestacions millorades respecte als existents amb el mateix model de sistema. Aquests protocols presentats i analitzats són una variant millorada del protocol Slotted-ALOHA estabilitzat, proposat per nombrosos autors, que aconseguien d'aquesta forma que l'algorisme arribés de forma estable a aconseguir un throughput de 0,36. El càlcul analític dels seus paràmetres: throughput i retard, permet quantificar la bondat d'aquests algorismes i comparar-los amb els ja existents. Els algorismes presentats aquí aconsegueixen un throughput de 0,4335 per al cas del feedback binari, 0,4365 per al cas del feedback ternario, i de 0,5052 per a un feedback òptim. / Esta tesis presenta una nueva familia de protocolos basados en contienda, los algoritmos ALOHA estabilizados de ventana (window stabilized ALOHA, WSA). Estos protocolos de acceso aleatorio tienen resolución dinámica y probabilística y se pueden seguir aplicando aún cuando el modelo de Poisson para el proceso de llegadas no sea válido.De partida, se ha aunado la idea simple de los protocolos ALOHA, con la eficiencia de los protocolos de resolución de colisiones con acceso bloqueado, resultando una nueva familia de protocolos que tienen unas prestaciones mejoradas respecto a los existentes con el mismo modelo de sistema.Estos protocolos presentados y analizados son una variante mejorada del protocolo Slotted-ALOHA estabilizado, propuesto por numerosos autores, que conseguían de esta forma que el algoritmo llegara de forma estable a conseguir un throughput de 0,36. El cálculo analítico de sus parámetros: throughput y retardo, permite cuantificar la bondad de estos algoritmos y compararlos con los ya existentes.Los algoritmos presentados aquí consiguen un throughput de 0,4335 para el caso del feedback binario, 0,4365 para el caso del feedback ternario, y de 0,5052 para un feedback óptimo. / This thesis introduces a new family of content-based protocols , the window stabilized ALOHA algorithms (WSA). These random access protocols have dynamic and probabilistic resolution and they can be applied even when the Poisson model for the arrival process would not be valid. Initially, it has brought together the simple idea of ALOHA protocols , with the efficiency of the collision resolution protocols with blocked access , resulting in a new family of protocols that have improved performance with respect to the existing ones with the same system model. These protocols are a improved variant protocol of Slotted-stabilized ALOHA , proposed by many authors, who get in this way that the algorithm arrive at the stable throughput of 0.36. The analytical calculation of parameters, throughput and delay, allows quantify the goodness of these algorithms and compare them with existing ones. The algorithms presented here provide a throughput of 0.4335 to the case of binary feedback, 0.4365 to the case of ternary feedback, and 0.5052 to optimal feedback.

This doctoral thesis analyses whether electric vehicle is technical, economic and environmental sustainable. We have studied a company fleet of electric vehicles which has a carsharing service for the retail department to know if the EV could replace an internal combustion engine vehicle. We have examined the journeys of 8 EV located on six of the main cities of Spain through data collected from the CAN bus UCV (on-board diagnostics). We have measured the battery's charging, because we are interested on its behaviour (autonomy, auto-discharging and aging) and the energy required to charge the EV. Also, we have studied the well to wheels analysis, assessing their efficiency and environmental effects (CO2 emissions and noise), quantifying the economic impact (fuel and Total Cost of Ownership) and other potential benefits associated with EV (Corporate Social Responsibility, tax free, etc). / Esta tesis analiza si el vehículo eléctrico es sostenible técnica, económica y ambientalmente y puede sustituir a un vehículo de combustión interna, estudiando la flota de vehículos eléctricos de una empresa que tiene un servicio de carsharing contratado para el desplazamiento de sus comerciales. Para ello, se han examinado los trayectos de ocho vehículos eléctricos en seis ciudades españolas a través de los datos obtenidos de su CAN bus mediante el UCV (equipo embarcado) durante los años 2012 y 2013. Además, se han realizado medidas de la carga de la batería, para conocer su comportamiento (autonomía, autodescarga y envejecimiento) y sus consumos energéticos. El objetivo es estudiar su ciclo de vida, valorando su eficiencia y efectos ambientales (emisiones de CO2 y ruido), y concluir cuantificando su impacto económico (combustibles y coste total de la propiedad) y otras posibles ventajas asociadas al vehículo eléctrico (responsabilidad social corporativa, exención de impuestos, etc).

The submitted Ph.D. thesis is a contribution to the development of pico-satellites and nano-satellites for Earth Observation and Technology Demonstrators. Development of satellites with a mass from 1 kg up to 10 kg has really boosted during the past 15 years offering large costs reduction with respect to conventional (larger) satellites at compromised performances. However, these performances are increasing step by step, and their potential is about to explode. With 1.3 kg and a volume of 1 liter, 3Cat-1 is the first pico-satellite class satellite with up to seven different payloads on board: a harvesting energy powered beacon, a new topology solar cells, an optical sensor, a Geiger counter, a mono-atomic MEMS oxygen detector, a graphene transistor, and a Wireless Power Transfer experiment. Additionally, many main subsystems like the Electrical Power, the Attitude Determination and Control, and the Communication subsystems have been developed during this PhD. A description of each subsystem and how they have been integrated under these constrains are described in this PhD Thesis report. In the subsystems and in the experiments there are novel concepts and designs that will be explained. Some have been already published in the technical and scientific literature, others will be in the near future. / Tesi doctoral és una contribució al desenvolupament de pico-satèl.lits per a observació de la Terra i demostradors tecnològics. El desenvolupament de satèl¿lits amb massa d'entre 1 kg i 10 kg ha crescut ràpidament durant els darrers 15 anys, oferint importants reduccions de cost respecte els satèl.lits més convencionals (i més grans) amb unes prestacions menors però al mateix temps, acceptables. No obstant, aquestes prestacions estan millorant pas a pas, i el seu potencial a prop d'explosionar. Amb una massa de 1.3 kg i un volum d'un litre, el 3Cat-1 és el primer pico-satèl.lit de la seva categoria equipat amb set diferents càrregues útils a bord: un senyal de radio-balisa alimentat amb energia provinent d'un sistema recol.lector d'energia ambient, una nova topologia de cel.les solars, un sensor òptic, un comptador Geiger, un detector MEMS d'oxigen atòmic, un transistor de grafè, i un experiment de transmissió d'energia per acoblament inductiu. A més a més, molts dels subsistemes com ara el d'energia elèctrica, control i determinació d'actitud, i el subsistema de comunicacions han estat desenvolupats durant aquesta Tesi doctoral. Una descripció de cada subsistema, i com han estat integrats en condicions d'espai, massa i energia reduïdes, s'explica en aquest document. En els subsistemes i en els experiments hi ha nous conceptes i dissenys explicats. Alguns han estat ja publicats en la literatura científica mentre que altres ho seran en un futur proper

Tesi per compendi de publicacions / Projects relying on renewable energies are a suitable and sustainable option to electrify isolated communities autonomously. These systems produce electricity in a clean and environmentally respectful way and their cost is often lower than national grid extension. Hybrid systems that combine different energy resources (wind and solar) and distribution through microgrids are the most efficient design configurations. When considering hybrid systems and microgrids, the design of rural electrification projects is referred to as the AVEREMS problem. The optimization of the AVEREMS problem is a complex task that requires the use of specific support tools. In this context, some shortcomings have been encountered in the current state-of-the-art in the design of off-grid electrification projects based on renewable energies, in specific: the lack of knowledge about detailed wind resource studies for this kind of projects and the need of procedures for solving the AVEREMS problem considering generation also far from the demand in order to take advantage of best resource areas. The main objective of this thesis is to tackle these limitations by means of: 1) defining a method for detailed wind resource assessment in rural electrification projects, 2) the development and 3) application of procedures to solve the AVEREMS problem considering micro-scale resource variations and generation in every point of a community (being a demand or a no-demand point). Firstly, a method for detailed wind resource assessment is presented relying on the use of micro-scale wind flow models: the method is validated in two mountainous communities and applied for the design of a real project in Cape Verde. Then, different solving procedures are developed: first some indicators are proposed to support algorithms¿ design, and then two procedures (a deterministic heuristic and a metaheuristic algorithm) are presented in order to solve the AVEREMS problem. Different algorithm versions are analyzed in order to select the ones that give best results. The proposed algorithms, besides considering generation in every point of a certain area (being a demand or a no-demand point), enhance the performance of the currently available tools. Finally, the design of a real electrification project in Nicaragua is carried out including a micro-scale wind resource assessment and the application of the developed metaheuristic procedure for design optimization. The wind resource assessment method and the solving procedures developed in this Thesis can be easily applied to support the design of off-grid rural electrification projects with renewable energies. Their utilization will improve projects efficiency and sustainability reducing some of the technical issues that still limit their implementation in isolated communities. / Los proyectos de electrificación basados en energías renovables han demostrado ser una opción adecuada y sostenible para abastecer comunidades aisladas de forma autónoma. Estos sistemas producen energía de manera limpia y respetuosa del medio ambiente y su coste es a menudo inferior al de extender la red eléctrica nacional. Las configuraciones de diseño más fiables y eficientes utilizan sistemas híbridos que combinan varios recursos (eólico y solar) y distribución mediante microrredes. El diseño de proyectos de electrificación rural considerando sistemas híbridos y microrredes se ha definido como el problema AVEREMS. La optimización del problema AVEREMS es una tarea compleja que requiere el uso de herramientas de soporte. Actualmente, el proceso de diseño de proyectos de electrificación basados en energía renovables presenta algunas limitaciones. Entre ellas, destacan la falta de conocimientos sobre estudios del recurso eólico y la necesidad de procedimientos para resolver el problema AVEREMS incluyendo la generación alejada de los puntos de consumo para aprovechar las áreas de mayor potencial. El principal objetivo de esta tesis es abordar dichas limitaciones, mediante: 1) la definición de un método para evaluar en detalle el recurso eólico en proyectos de electrificación rural; 2) el desarrollo y 3) la implementación de procedimientos para resolver el problema AVEREMS considerando la variación del recurso a micro-escala y generación en todos los puntos (sean estos de consumo o de no-consumo) de una determinada área. Primero se presenta un método para realizar estudios del recurso eólico mediante el uso de modelos de flujo de viento a micro-escala. El método se valida en dos comunidades montañosas y se aplica para el diseño de proyectos reales en Cabo Verde. Sucesivamente, se desarrollan diferentes procedimientos resolutivos: primero se definen unos indicadores de soporte al diseño, y sucesivamente se presentan dos algoritmos (uno heurístico y otro meta-heurístico) para resolver el problema AVEREMS. Se analizan diferentes versiones de los algoritmos para finalmente seleccionar las que obtienen los mejores resultados. Además de considerar generación en todos los puntos (de consumo o de no-consumo) de una cierta área, los algoritmos propuestos mejoran considerablemente las prestaciones de los métodos disponibles actualmente. Finalmente, se analiza el diseño de un proyecto de electrificación en una comunidad rural en Nicaragua incluyendo la evaluación de recurso a micro-escala y la aplicación del algoritmo meta-heurístico para la optimización del diseño. La metodología para la evaluación del recurso eólico y los algoritmos resolutivos desarrollados en esta tesis se pueden fácilmente aplicar para suportar el diseño de proyectos de electrificación rural con energías renovables. Su utilización permitirá mejorar la eficiencia y sostenibilidad de estos proyectos reduciendo algunos de los problemas técnicos que limitan su implementación en comunidades aisladas

Aerial Transportation system is based in a legacy infrastructure that supports its different functionality separately. There is a tendency to simplify the infrastructure, increasing its efficiency, technical and monetary. UAS are perceived by the general public as simplified versions of the conventional aviation because they have not any human flight crew on board. In fact, they have a flight crew, but this flight crew is placed on ground adding some complications to the system (e.g: Command & Control link). Conventional aviation perceives UAS as a source of problems, mainly because they have no human flight crew on board capable of creating the situational awareness of the UAS. This lack of situational awareness compromises as well the rest of airspace users safety. This PhD explores the capability of UAS to contribute to the situational awareness of both the own aircraft (generating navigation data) as to the situational awareness of the rest of airspace users (generating surveillance data). The contribution to the situational awareness of both the own aircraft (navigation data) as well as the rest of airspace users (surveillance) is simulated assuming UAS communications based on TDMA and at the communication rates described in the literature. The simulation scenario has been kept simple with a low communication rate and a low number of UAS flying in the simulated area. The results of navigation are in line with the RNP1. The results in surveillance are in line with the 3NM separation but with a refresh rate much higher. Then, with this proposal, UAS could be considered as contributors to the situational awareness instead as the problem that destroys the situational awareness. / El sistema de transport aeri es basa en una infraestructura que implementa les seves funcionalitats per separat. Hi ha una tendència a simplificar la infraestructura, augmentant la seva eficiència, tècnica i monetària. Els UAS són percebuts pel públic en general com versions simplificades de l'aviació convencional, ja que no tenen cap tripulació humana a bord. De fet, tenen una tripulació de vol, però la tripulació de vol es a terra, afegint algunes complicacions en el sistema (per exemple: enllaç de comandament i control). L'aviació convencional percep els UAS com una font de problemes, sobretot perquè l'absencia de tripulació de vol humana a bord capaç de crear la consciència situacional de l'UAS. Aquesta manca de consciència situacional, compromet doncs la seguretat dels usuaris de l'espai aeri. Aquesta PhD explora la capacitat dels UAS per contribuir a la consciència situacional tant de la pròpia aeronau (generació de dades de navegació) com a la consciència situacional de la resta dels usuaris de l'espai aeri (generació de dades de vigilància). La contribució a la consciència situacional tant de la pròpia aeronau (dades de navegació), com de la resta d'usuaris de l'espai aeri (vigilància) es simula assumint comunicacions UAS basats en TDMA amb uns ratis de comunicació descrits a la literatura. L'escenari de simulació s'ha mantingut simple amb una taxa de comunicació baixa i un baix nombre d'UAS volan a la zona simulada. Els resultats de la navegació estan en línia amb la RNP1. Els resultats de la vigilància estan en línia amb la separació 3nm però amb una freqüència d'actualització molt més alt que l'oferta pels radars. Com a conclusió, aquesta proposta considera els UAS com a contribuents a la consciència situacional en lloc de com un problema que destrueix la consciència situacional.

L'espectroscòpia òptica dels ions Tm3+ i Yb3+ en tungstats dobles monoclínics és molt important per desenvolupar dispositius làser d'estat sòlid. Els tungstats dobles monoclínics són molt interessants pels avantatges que presenten com a matrius làser. Aquests materials poden créixer i dopar-se amb ions òpticament actius de forma relativament fàcil, i la seva estructura cristal·lina monoclínica provoca una marcada anisotropia òptica, la qual possibilita obtenir radiació làser de forma polaritzada. Els ions Tm3+ i Yb3+ presenten bandes amples i elevades seccions eficaces d'absorció i emissió en els tungstats que faciliten assolir emissions estimulades en un rang ampli de longituds d'ona. A més, els ions Yb3+ sensibilitzen els Tm3+, als quals transfereixen eficientment la seva energia. Els ions Tm3+ i Yb3+ es poden excitar amb certa facilitat amb díodes làser de GaAlAs i InGaAs al voltant de 800 i 980 nm, respectivament. La radiació làser més estudiada dels ions Tm3+ és la que generen al voltant de 2 m, i té aplicacions en els camps de la medicina i dels sensors remots o sistemes radar de l'atmosfera.Aquest treball de recerca s'exposa en cinc capítols. En el primer s'introdueixen els làsers d'estat sòlid i les propietats dels tungstats dobles monoclínics de KGd(WO4)2 i KYb(WO4)2 i dels ions Tm3+ i Yb3+; a continuació es detallen les possibles transferències d'energia entre ions, algunes de les quals donen lloc a mecanismes d'upconversion i es presenten els objectius que es pretenen assolir. En el capítol 2 s'introdueixen les tècniques espectroscòpiques i es descriu l'equipament experimental utilitzat en la caracterització òptica d'aquests materials.Els resultats experimentals s'exposen als capítols 3, 4 i 5. En el capítol 3 s'estudia l'absorció òptica per obtenir l'estructura de nivells energètics i dissenyar les possibles estratègies d'excitació dels ions. Les mesures d'absorció es realitzen sota condicions de llum polaritzada i en funció de la temperatura, a baixa temperatura (6 K) es determina el desdoblament Stark dels nivells excitats dels ions Tm3+. En el capítol 4 s'analitza la luminescència dels ions Tm3+, primer en cristalls de KGd(WO4)2 dopats amb ions Tm3+ i codopats amb ions Tm3+ i Yb3+, i a continuació en cristalls de KYb(WO4)2 dopats amb ions Tm3+. La luminescència s'estudia en funció de la concentració d'ions i de la temperatura, a baixa temperatura (6 K) es determina el desdoblament Stark de l'estat fonamental dels ions Tm3+. En el capítol 5 es fa un breu recull bibliogràfic de l'acció làser al voltant de 2 m dels ions Tm3+ i es presenten els resultats aconseguits en els cristalls de KGd(WO4)2, en els quals es comparen les orientacions amb E//Nm i E//Np, i es posa especial èmfasi en el rang de sintonització assolible. A continuació dels resultats es presenten les conclusions i les referències bibliogràfiques, i finalment s'adjunten les publicacions dels resultats de la tesi doctoral. / Tm3+ -doped laser materials are emerging as very interesting active media for the 2 µm spectral region due to the possibility for diode pumping near 800 nm and their broad tunability. Potential applications lie in the fields of medicine, laser radar and atmosphere monitoring. The monoclinic double tungstates are strongly anisotropic biaxial crystals that allow to obtain polarized laser radiation. Their advantages for highly efficient, low threshold laser operation with diode pumping are well known in the case of Nd3+ and Yb3+ doping but so far only few laser works were devoted to Tm3+ -doped double tungstates. Yb3+ ions are good sensitizers of Tm3+ ions. The advantages of Yb3+ ions are that they absorb in the near-infrared region around 980 nm, where laser diodes work efficiently.In this work we investigate the CW laser characteristics of Tm-doped KGd(WO4)2 on the 3F43H6 transition as a tunable source in the 2 µm spectral range operating at room temperature. An overall tunability extending from 1790 to 2042 nm is achieved with maximum output powers of 400 mW for an absorbed pump power of 1 W. Various doping levels, pump wavelengths and polarization configurations are compared and the advantages of the monoclinic double tungstates over other Tm-hosts are outlined.

Usually multimedia services can be divided into two different phases: access to the service and content distribution. The first phase usually takes place over reliable transport protocols and unicast connections. The second one is often performed over unreliable transport protocols and multicast communications. Adding security to the first phase only needs a straight application of well known unicast security techniques. On the contrary, adding security to IP multicast requires the study of a new problem because traditional unicast solutions do not fit the new environment.This Doctoral Thesis deals with the arising problems when security is added to multicast environments and proposes different practical solutions.Among all the attacks to the distribution phase, eavesdropping is probably the most significant. Ciphering is the security service against eavesdropping. Multicast encryption introduces the Key Management problem in multicast.If Perfect Forward and Backward secrecy is required the session key must be updated every time a member joins or leaves the multicast group. In huge and highly dynamic groups the unicast distribution of the session key is completely unfeasible The contributions of this Thesis consist in different logical key tree based updating algorithms for multicast. Our proposals take advantage of pseudo-random functions and modular reduction in order to reduce required bandwidth for updating and total amount of bytes stored in the Key Server. In many scenarios it is not worth to update the key every time a change in the membership occurs. Services as Web-TV permit a decrease in security in order to reduce bandwidth requirements for key management. In such case batch rekeying algorithms are used. This kind of algorithm process periodically all joining and leaving requests produced since the last rekeying process at once. Batch rekeying algorithms are efficient if and only if the logical tree is maintained balanced. This Thesis also proposes a batch-rekeying algorithm that leads to completely balanced trees for the whole group lifetime.Batch processing techniques are also combined with the former contributions in order to increase efficiency.The proposals of this Thesis are not supported by the IETF standard on Key Management for multicast secure communications (GDOI). This is mainly because this standard does not allow members to change their position in the tree while they are members of the group. Finally, an adaptation of GDOI allowing the performance of our contributions is proposed.