Co-tutela Universitat Politècnica de Catalunya i Università degli studi di Napoli “Federico II” / The aim of the present thesis has been to test the applicability of the innovative Advanced DInSAR techniques in the natural risk mitigation related to subsidence phenomena. In particular, two test sites have been chosen, both located within alluvial plains and affected by subsidence phenomena: Telese Terme (Italy) where no monitoring network has been installed in spite of the great amount of damaged buildings located in the urban area; Murcia city (Spain) where subsidence has caused damage to structures and infrastructures with an estimated cost of more than 50 million euros. In this second case, the institutions have required studies since '90. For this reason, 20 years of monitoring data are available which have allowed the implementation of an integrated monitoring system based upon satellite DInSAR, conventional field techniques and geotechnical data. Therefore these two areas have been chosen to test different approaches in the use of DInSAR results which can complete a monitoring network where available (as in the case of Murcia city) and replace it where it does not exist (as in the case of Telese Terme). In Murcia case study, the correlation between the temporal evolution of ground surface displacement measures (radar and in situ) and the piezometric groundwater level variation has been analysed to determine mechanisms and critical states of failure; this has permitted to implement a finite element model (FEM) of the phenomenon. Therefore, two models have been carried out: one (called "deep") up to the end of the gravel layer (where the pumping takes place) and one (called "shallow") up to the extensometers' base. The results of the deep model have been compared with DInSAR displacements time series which represent the whole deformation of the stratigraphic column. These comparisons have allowed the individuation of local anomalies of the stiffness values, and have permitted a best model calibration. Moreover, the shallow model results have been compared with the extensometers measurements. These comparisons have showed the occurrence of vertical anisotropies of the permeability. This hypothesis has been verified, analysing the available Lefranc's tests and the most detailed stratigraphic columns and a new model has been proposed. The geotechnical model results have been interpolated through the Ordinary Kriging Radar Errors (OKRE) technique. The achieved deformation maps have been used in the SAR images processing to allow the algorithm to better estimate the no-lineal part of the interferometric phase. In Telese Terme case study, radar measured displacements have allowed to understand the phenomenon spatial extension, its magnitude as same as its historical development. This has permitted the individuation of the causes which provoked damages for some "test buildings". For one of them, a structural model has been implemented; in this case, radar data have been used to verify if its structural response to the displacements detected by SAR corresponded to the overpassing of the limit states. The model results have turned out to have a good correspondence with the forensic analysis achieved in situ. All the proposed approaches could be applied to other scenarios affected by similar phenomena. / El objetivo de la presente tesis ha sido probar la aplicabilidad de las técnicas innovadoras de DInSAR Advanced, en la mitigación de los riesgos naturales relacionados con fenómenos de subsidencia. En particular, se han elegido dos sitios de prueba, ambos ubicados en llanuras aluviales y afectados por fenómenos de subsidencia: Telese Terme (Italia) donde no se ha instalado red de vigilancia, a pesar de la gran cantidad de edificios dañados ubicadas en el área urbana y la ciudad de Murcia (España), donde la subsidencia ha causado daños a las estructuras e infraestructuras con un coste estimado de más de 50 millones de euros. En este segundo caso, las instituciones han requerido estudios desde los años 90.Por esta razón, se dispone de 20 años de datos monitorizados los cuales han permitido la implementación de un sistema integrado de vigilancia basado en el satélite dinSAR, técnicas de datos convencionales y datos geotécnicos. Por lo tanto, para probar diferentes enfoques en el uso de los resultados de DInSAR, se han escogidas estas dos áreas de modo que se pueda completar una red de monitoreo donde esté disponible (como en el caso de la ciudad de Murcia) y reemplazarla donde no existe (como en el caso de Telese Terme). En el caso de Murcia, se ha analizado la correlación entre la evolución temporal de las medidas de desplazamiento de la superficie del suelo (radar in situ) y la variación piezométrica del nivel de las aguas subterráneas para determinar los mecanismos y estados críticos de fracaso. Esto ha permitido poner en práctica un modelo de elementos finitos (FEM) del fenómeno. Teniendo en cuenta estos estudios, se han llevado a cabo dos modelos FEM: uno (llamado "(deep) profundo") hasta el extremo del nivel de grava (donde se lleva a cabo el bombeo) y uno (llamado "(shallow) superficial") hasta la base de los extensómetros. Los resultados del modelo de profundidad han sido comparados con las series temporales de deformación DInSAR que representan toda la deformación de la columna estratigráfica. Estas comparaciones han permitido a la individuación de las anomalías locales de los valores de rigidez, y han permitido una mejor calibración del modelo. Por otra parte, los resultados del modelo superficial (shallow), se han comparado con las mediciones extensométricas. Estas comparaciones han mostrado la ocurrencia de anisotropías verticales de la permeabilidad. Esta hipótesis ha sido verificada, analizando las pruebas disponibles de la Lefranc y las columnas estratigráficas más detalladas y se ha propuesto un nuevo modelo. Los resultados del modelo geotécnico han sido interpolados a través de la técnica "Ordinary Kriging Radar Errors" (OKRE). Los mapas de deformación obtenidos han sido utilizados en el procesado de imágenes SAR para permitir al algoritmo una mejor estimación de la parte no lineal de la fase interferométrica. En el caso de Telese Terme, los desplazamientos radar medidos han permitido comprender la extensión espacial del fenómeno, su magnitud y su desarrollo histórico. Esto ha permitido la individuación de las causas que provocaron daños en algunos edificios "de prueba". Para uno de ellos, se ha implementado un modelo estructural; en este caso, se han utilizados, los datos radar para verificar si su respuesta estructural a los desplazamientos detectados por SAR correspondían a la "superación de los estados límite". Los resultados del modelo han resultado tener una buena correspondencia con el análisis forense conseguida in situ. Todos los aproches propuestos se podrían aplicar a otros escenarios afectados por fenómenos similares.

Nanosystems, integrated systems with a total size of a few micrometers, are capable of interacting at the nanoscale, but their short operating range limits their usefulness in practical macro-scale scenarios. Nanonetworks, the interconnection of nanosystems, will extend their range of operation by allowing communication among nanosystems, thereby greatly enhancing their potential applications. In order to integrate communication capabilities into nanosystems, their communication subsystem needs to shrink to a size of a few micrometers. There are doubts about the feasibility of scaling down current metallic antennas to such a small size, mainly because their resonant frequency would be extremely high (in the optical domain) leading to a large free-space attenuation of the radiated EM waves. In consequence, as an alternative to implement wireless communications among nanosystems, two novel paradigms have emerged: molecular communication and graphene-enabled wireless communications. On the one hand, molecular communication is based on the exchange of molecules among nanosystems, inspired by communication among living cells. In Diffusion-based Molecular Communication (DMC), the emitted molecules propagate throughout the environment following a diffusion process until they reach the receiver. On the other hand, graphene, a one-atom-thick sheet of carbon atoms, has been proposed to implement graphene plasmonic RF antennas, or graphennas. Graphennas with a size in the order of a few micrometers show plasmonic effects which allow them to radiate EM waves in the terahertz band. Graphennas are the enabling technology of Graphene-enabled Wireless Communications (GWC). In order to answer the question of how communication networks will scale when their size shrinks, this thesis presents a scalability analysis of the performance metrics of communication networks to the nanoscale, following a general model with as few assumptions as possible. In the case of DMC, two detection schemes are proposed: amplitude detection and energy detection. Key performance metrics are identified and their scalability with respect to the transmission distance is found to differ significantly from the case of traditional wireless communications. These unique scaling trends present novel challenges which require the design of novel networking protocols specially adapted to DMC networks. The analysis of the propagation of plasmonic waves in graphennas allows determining their radiation performance. In particular, the resonant frequency of graphennas is not only lower than in metallic antennas, but it also increases more slowly as their length is reduced to the nanoscale. Moreover, the study of parameters such as the graphenna dimensions, the relaxation time of graphene and the applied chemical potential shows the tunability of graphennas in a wide frequency range. Furthermore, an experimental setup to measure graphennas based on feeding them by means of a photoconductive source is described. The effects of molecular absorption in the short-range terahertz channel, which corresponds to the expected operating scenario of graphennas, are analyzed. Molecular absorption is a process in which molecules present in the atmosphere absorb part of the energy of the terahertz EM waves radiated by graphennas, causing impairments in the performance of GWC. The study of molecular absorption allows quantifying this loss by deriving relevant performance metrics in this scenario, which show novel scalability trends as a function of the transmission distance with respect to the case of free-space propagation. Finally, the channel capacity of GWC is found to scale better as the antenna size is reduced than in traditional wireless communications. In consequence, GWC will require lower transmission power to achieve a given performance target. These results establish a general framework which may serve designers as a guide to implement wireless communication networks among nanosystems.

The Doñana wetlands, in Southwest Spain, undergo yearly cycles of inundation in fall and drying out during the spring season. As any wetland ecosystem, Doñana depends critically on its water resources. Important monitoring and modeling efforts have been made since the 1990's in order to assess the ecosystem health, partially restore Doñana¿s natural hydrologic scheme and design climate change adaptation strategies for ensuring its sustainability. The present research work inscribes within those efforts. Satellite images of Doñana marshes were acquired between 2006 and 2010, in order to obtain regional, synoptic observations of the inundation evolution, with the final aim to further current knowledge on the wetland's hydrology and to calibrate the existing two-dimensional hydraulic model of the marshes. The images were acquired by the C-band radar sensor ASAR, on board the Envisat satellite. ASAR's all-weather observation capability was particularly suitable to observe the flooding process, since this is associated to overcast weather. The images were ordered at seven different incidence angles in order to increase the observation frequency, and most of them in HH and VV polarizations. A detailed observation of the wetland filling up was achieved during the 2006-2007 hydrological cycle. Backscattering temporal signatures of the main land cover types in Doñana were derived for the different incidence angles and polarizations. The signatures were analyzed with the aid of ground-truth data in order to identify the effect of the flooding on the backscattering coefficients. Conclusions on the feasibility to discriminate emerged versus flooded land were drawn for the different incidence angles, land cover types and phenological stages: Intermediate incidence angles (ASAR IS3 and IS4) came up as the most appropriate single swaths to discriminate open water surface from smooth bare soil in the marshland deepest areas. Flood mapping in pasture lands, the most elevated regions, is feasible at steep to mid incidence angles (ASAR IS1 to IS4). In the medium elevation zones, colonized by large helophytes, shallow incidence angles (ASAR IS6 and IS7) enable more accurate flood delineation during the vegetation growing phase up to approximately mid-April, when the penetration capacity at these swaths might become insufficient. Due to the complex casuistic of the Doñana covers' backscattering, flood mapping from single ASAR acquisitions often resulted unfeasible. Flood mapping was then tackled by the synergistic use of the ASAR scenes with the Doñana¿s digital terrain model and vegetation map. The use of irregular filtering neighborhoods adapted to the topography drastically improved the ASAR image filtering, since natural edges tend to follow terrain contours. Clustering and classification algorithms were design to operate on individual sub-basins, as the pixels elevation is more accurately related to the cover classes within them. Vegetation and elevation maps plus knowledge of Doñana's backscattering characteristics from preceding studies were initially used to select seed pixels with high confidence on their class membership. Next, a region growing algorithm extends the seed regions with new pixels based on their planimmetric adjacency and backscattering distance to the seeds. Frequent flood mapping from the ASAR scenes enabled the identification of several events for the calibration of the marshes hydraulic model. This research work also revealed other target information enclosed in the radar backscattering, such as the helophyte vegetation developmental degree or the potential to discriminate among plant communities. Learnings from this research work are expected to be applied and furthered with upcoming data from the C-band Sentinel-1 constellation and Radarsat-2 satellite, the L-band ALOS-2/PALSAR-2 system and the X-band future Spanish mission PAZ. / Las marismas de Doñana, situadas en el suroeste de la Península Ibérica, experimentan ciclos anuales de inundación en otoño y secado en primavera. Como en cualquier humedal, la sostenibilidad de Doñana depende críticamente de sus recursos de agua. Desde la década de los noventa se han realizado importantes esfuerzos de monitorización y modelación para evaluar la salud del ecosistema marismeño y restaurar en lo posible su régimen hidrológico natural, para prever riesgos derivados de las actividades socio-económicas próximas y del cambio climático, y para diseñar estrategias de adaptación que garanticen su sostenibilidad La presente tesis doctoral forma parte de estos esfuerzos. Entre los años 2006 y 2010 se encargó la adquisición expresa de numerosas imágenes satelitales de Doñana con el objeto de obtener observaciones regionales y sinópticas de la evolución de la superficie inundada en el humedal. Con estas observaciones se pretendía avanzar en el conocimiento de la hidrodinámica de las marismas y calibrar el modelo hidráulico bidimensional de las mismas. Lograr una frecuencia de observación elevada durante el llenado de las marismas fue un requisito de especial interés, pues es durante este período cuando la lluvia es más abundante y los procesos hidrodinámicos suceden a mayor velocidad. Las imágenes fueron adquiridas por el sensor radar en banda C ASAR, a bordo del satélite Envisat de la Agencia Espacial Europea. La capacidad de la banda C para atravesar la cobertura nubosa resultó particularmente apropiada para monitorizar con detalle el proceso de llenado, ya que éste se halla asociado a la presencia de nubes. Las imágenes ASAR se solicitaron en siete ángulos de incidencia diferentes para incrementar la frecuencia de observación y la mayoría de ellas fueron adquiridas con la configuración de polarizaciones HH/VV. Durante el año hidrológico 2006-2007 se consiguió una monitorización detallada del proceso de llenado. Para este ciclo se elaboraron signaturas temporales de los principales tipos de cubiertas en Doñana, en los distintos ángulos de incidencia y polarizaciones disponibles. Las signaturas se analizaron con la ayuda de datos de verdad-terreno para identificar el efecto de la inundación sobre el coeficiente de retrodispersión y se extrajeron conclusiones sobre la posibilidad de discriminar superficies emergidas e inundadas en función del ángulo de incidencia, tipo de cobertura vegetal y fase fenológica: ángulos de incidencia intermedios, como los IS3 e IS4 de ASAR, resultaron ser los más apropiados para discriminar en una única imagen superficies de agua libre. La cartografía de inundación en los paciles, las regiones más elevadas, es factible usando ángulos reducidos y medios (entre IS1 e IS4 de ASAR). En las zonas de elevación intermedia, colonizadas por grandes helófitos, los ángulos de incidencia elevados (IS6 e IS7 de ASAR) permiten una delimitación de la inundación más precisa durante el desarrollo de la vegetación hasta aproximadamente mediados de abril, cuando la capacidad de penetración de estos ángulos puede resultar insuficiente. Dada la compleja casuística de la retrodispersión de las cubiertas de Doñana, a menudo resultó inviable delinear la inundación en toda la marisma a partir de una única adquisición de ASAR. La cartografía de inundación se abordó entonces mediante el uso sinérgico de los datos ASAR con el modelo digital del terreno y el mapa de vegetación de Doñana. El uso de entornos de procesado irregulares adaptados a la topografía mejoró drásticamente el filtrado de las imágenes, ya que los bordes naturales tienden a seguir las curvas de nivel del terreno. A continuación se diseñaron algoritmos de agrupación y clasificación de píxeles que utilizan los datos ASAR junto con la cota del terreno y el mapa de vegetación, y que se aplican independientemente en las distintas subcuencas de Doñana, porque dentro de ellas existe una relación más precisa entre la cota de los píxeles y la clase de cubierta. Los mapas de elevación y vegetación, más el conocimiento adquirido sobre las características de retrodispersión de Doñana se utilizaron inicialmente para escoger píxeles germen o de origen con elevada confianza en su clase de pertenencia. A continuación, un algoritmo iterativo extiende las regiones germen, incorporando los píxeles adyacentes que son además próximos en distancia de retrodispersión. La cartografía frecuente de inundación a partir de las escenas ASAR permitió identificar distintos eventos de calibración para el modelo hidrodinámico de las marismas de Doñana. Esta investigación también puso de manifiesto que la retrodispersión radar aporta datos adicionales sobre el estado de las marismas, como es el grado de desarrollo de las especies helófitas o la capacidad de discriminar ciertas comunidades vegetales. Es de desear que los conocimientos derivados de este estudio puedan ser aplicados y extendidos con los datos polarimétricos de Doñana que serán adquiridos en breve por modernos radares satelitales. Se trata del sensor canadiense Radarsat-2 y de la constelación europea Sentinel-1, ambos operando en banda C, del sistema japonés ALOS-2/PALSAR-2, en banda L, y de la futura misión española PAZ, en banda X. / Els aiguamolls de Doñana, situats al sud-oest de la Península Ibèrica, experimenten cicles anuals d'inundació a la tardor i d’assecament a la primavera. Com en qualsevol zona humida, la sostenibilitat de Doñana depèn fonamentalment dels seus recursos hídrics. Des de la dècada dels noranta s’han portat a terme importants esforços de seguiment i modelització per a avaluar la salut de l'ecosistema i restaurar tant com sigui possible el seu règim hidrològic natural, per a preveure riscos derivats de les activitats sòcio-econòmiques i del canvi climàtic, i per a dissenyar estratègies d'adaptació que garanteixin la seva sostenibilitat. La present tesi doctoral forma part d’aquests esforços. Entre 2006 i 2010 s’encarregà l’adquisició expressa de nombroses imatges satel·litals de Doñana amb l’objecte d’obtenir observacions regionals i sinòptiques de l'evolució de la superfície inundada als aiguamolls. Amb aquestes observacions es pretenia avançar en el coneixement de la hidrodinàmica del conjunt humit i calibrar el model hidràulic bidimensional del mateix. Aconseguir una freqüència d'observació elevada durant l'ompliment dels aiguamolls fou un requisit d'especial interès, ja que durant aquest període la pluja és més abundant i els processos hidrodinàmics són més ràpids. Les imatges foren adquirides pel sensor radar en banda C ASAR, a bord del satèl·lit Envisat de l'Agència Espacial Europea. La capacitat de la banda C per a travessar la nuvolositat resultà particularment adient per a monitoritzar en detall el procés d'ompliment, ja que aquest està associat amb la presència de núvols. Les imatges ASAR se sol·licitaren en set angles d'incidència diferents per a augmentar la freqüència d'observació, i la majoria d'elles foren adquirides amb la configuració de polaritzacions HH/VV. Durant l'any hidrològic 2006-2007 s’aconseguí un seguiment detallat del procés d'ompliment. Per a aquest cicle es desenvoluparen signatures temporals dels principals tipus de cobertes de Doñana, en els diferents angles d'incidència i polaritzacions disponibles. Les signatures s’analitzaren amb l'ajuda de dades de veritat-terreny per a identificar l'efecte de la inundació en el coeficient de retrodispersió i s’extragueren conclusions sobre la possibilitat de discriminar superfícies emergides i inundades en funció de l'angle d'incidència, tipus de cobertura vegetal i fase fenològica: angles d’incidència intermitjos, com els IS3 i IS4 d’ASAR, resultaren ser els més apropiats per a discriminar superfícies d’aigua lliure en una sola imatge. La cartografia d'inundació als paciles, les regions més elevades, és factible utilitzant angles d’incidència reduïts i intermitjos (entre IS1 i IS4 d’ASAR). En les zones d'elevació intermèdia, colonitzades per grans helòfits, els angles d'incidència grans (IS7 i IS6 d’ASAR) permeten una delimitació de la inundació més precisa durant el desenvolupament de la vegetació fins a aproximadament mitjans d’abril, quan la capacitat de penetració d'aquests angles pot resultar insuficient. Donada la complexa casuística de la retrodispersión de les cobertes de Doñana, la cartografia d’inundació dels aiguamolls sencers a partir d’una sola imatge ASAR fou sovint inviable. Aquesta cartografia s’abordà llavors mitjançant l’ús sinèrgic de les dades ASAR amb el model digital del terreny i el mapa de vegetació de Doñana. L’ús d’entorns de processat irregulars adaptats a la topografia millorà dràsticament el filtrat de les imatges, ja que les vores naturals tendeixen a seguir les corbes de nivell del terreny. Seguidament es dissenyaren algoritmes d’agrupació i classificació de píxels que utilitzen dades ASAR, la cota del terreny i el mapa de vegetació, i que s’apliquen independentment a les diferents sub-conques de Doñana, perquè a dins d'elles existeix una relació més acurada entre la cota dels píxels i el tipus de coberta. Els mapes d'elevació i vegetació, més el coneixement adquirit sobre les característiques del retrodispersió de Doñana s’utilitzaren inicialment per a seleccionar píxels germen o d’origen amb elevada confiança en la seva classe de pertinença. A continuació, un algoritme iteratiu expandeix les regions germen, incorporant-hi els píxels adjacents que són, a més a més, propers en distància de retrodispersió. La cartografia freqüent d’inundació a partir de les escenes ASAR permeté identificar diferents esdeveniments de calibració per al model hidrodinàmic dels aiguamolls de Doñana. Aquest treball de recerca també posà de manifest que la retrodispersión radar aporta dades addicionals sobre l’estat dels aiguamolls, ara com el grau de desenvolupament de les espècies helòfites o la capacitat de discriminar certes comunitats vegetals. És d’esperar que els coneixements derivats d'aquest estudi puguin ser aplicats i ampliats amb les dades polarimètriques de Doñana que seran adquirides properament per moderns radars satel·litals: es tracta del sensor canadenc Radarsat-2 i de la constel·lació europea Sentinel-1, ambdós operant en banda C, del sistema japonès ALOS-2/PALSAR-2, en banda L, i de la futura missió espanyola PAZ, en banda X.

This thesis deals with uncertainty in radar-based precipitation estimation and nowcasting in two ways: its quantification in a probabilistic manner, and its reduction in the precipitation estimates. A straightforward way to obtain a quantification of the uncertainty is approximating the error in rainfall estimates or nowcasts by comparison against a reference and analyzing the error. In this thesis methods for the error statistical characterization in both rainfall estimation and nowcasting are proposed. In particular, the error characterization is thought for the uncertainty representation by means of the generation of multiple realizations of the estimates or nowcasts, being each realization a possible rainfall field. These sets of realizations (ensembles) are easy to interpret and use as an input in other non-linear systems (for instance, rainfall-runoff hydrological models) for the analysis of the uncertainty propagation. Through the years, the efforts to reduce the uncertainty in rainfall estimates have been devoted, in general, to the correction of radar observations for individual radars. The potential of radar networks in regions covered with several radars has not been fully exploited yet. In this thesis, we present a method to improve the estimation of 3D reflectivity fields using observations from several radars. An evaluation methodology has been also developed to compare different 3D radar mosaicking techniques. / Aquesta tesi aborda la incertesa en lʼestimació i previsió de pluja amb radars meteorològics en dos sentits: la seva quantificació de manera probabilística, i la reducció dels seus efectes en les estimacions de pluja. Una manera directa dʼobtenir una quantificació de la incertesa és aproximar lʼerror comès en lʼestimació o previsió de pluja per comparació amb una referència, i analitzar lʼerror. En aquesta tesi es proposen mètodes per caracteritzar estadísticament lʼerror en estimació i previsió de pluja amb radar meteorològics. En particular, la caracterització de lʼerror està enfocada a la representació de la incertesa mitjançant la generació de múltiples realitzacions de lʼestimació o la previsió, de manera que cada realització sigui un possible camp de pluja. Aquests conjunts de realitzacions (ensembles) són fàcils dʼinterpretar i dʼusar com a entrada en altres sistemes per a lʼanàlisi de la propagació de la incertesa a través dʼun sistema no lineal (per exemple models hidrològics de transformació pluja-escolament). Al llarg del temps, els esforços per reduir la incertesa en les estimacions de pluja sʼhan centrat, en general, en la correcció de les observacions radar per radar, i encara no sʼha treballat a fons el potencial de les xarxes de radars actuals en les àrees cobertes per més dʼun radar. En aquesta tesi es presenta un mètode per obtenir, aprofitant mesures de diversos radars sobre una mateixa zona, un camp tridimensional de reflectivitat més acurat que els dels mètodes tradicionals. Per això també sʼha desenvolupat una metodologia dʼavaluació de mètodes de composició tridimensional dʼobservacions de radars.

La Tesis Doctoral "Modelos de seguridad para móviles" tiene como principal objetivo la definición de una arquitectura de seguridad para los sistemas de telefonía móvil de segunda generación, que permita soslayar los problemas de seguridad que éstos plantean, y que permita la coexistencia de éstos con los de tercera generación, sin que ello signifique renunciar a los servicios de seguridad ofrecidos por ésta. En definitiva lo que se pretende es uniformizar los servicios de seguridad ofrecidos por los sistemas de telefonía móvil de las generaciones 2G y 3G en el límite superior, es decir el ofrecido por los sistemas de tercera generación.Además de este requerimiento funcional, se impuso uno adicional de tipo pragmático, consistente en imponer la restricción de que fuese realizable empleando componentes existentes en el mercado, puesto que las redes IP ya ofrecen estos servicios de seguridad y debía ser posible definir una arquitectura que permitiese garantizar la seguridad de las comunicaciones extremo-a-extremo, sin perder aspectos tan importantes como la confidencialidad o la acreditación del origen en pasarelas intermedias entre las distintas redes de telecomunicaciones existentes actualmente (fija, móvil, IP).Dado que una de las premisas de la arquitectura de comunicaciones seguras era su factibilidad, se ha buscado el refrendo de la propuesta realizada por parte de algún operador de telefonía móvil, consiguiéndose hasta el momento el de Airtel.Dentro de esta tesis, además, se han considerado otros factores como el de especificación de MTU para movilidad IP y la realización de una valoración comparativa de las diferentes implementaciones que ofrece movilidad IP. / The thesis "Security Patterns for mobiles" has as main objective the definition of a security architecture for second generation mobile phone systems that allow override the security problem they have and also permit the coexistence of them with third generation mobile phone systems. This fact does not mean to renounce to the security services offered by 3G. In the end the aim is to make uniform the security services offered by mobile phone systems form second and third generation in the uppermost limit, that means, the given by third generation.Besides from this functional requirement, we impose ourselves an additional one that consist of impose the restriction of doing it using existing components in the market, as IP networks already offer these security services and also it must be possible to define an architecture that can warrant the end-to-end communication security without losing as important features as confidentiality or origin authentication in intermediate gateways among the different current telecommunication networks (fix, mobile, IP).As one of the security communications architecture premises is its feasibility, an approval has been done by Airtel up to now and we are looking for other mobile phone operators opinion.Furthermore in the thesis, they have been considered other factors as the MTU specification for IP mobility and the comparative analysis of the different IP mobility implementations.

L’objectiu principal d’aquest treball és el desenvolupament d’un model compacte per a MOSFETs de múltiple porta d’escala nanomètrica, que sigui analític, basat en la física del dispositiu, i predictiu per a simulacions AC i DC. Els dispositius investigats són el MOSFET estàndar en mode d’inversió, a més d’un nou dispositiu anomenat “junctionless MOSFET” (MOSFET sense unions). El model es va desenvolupar en una formulació compacta amb l’ajuda de l’equació de Poisson i la tècnica de la transformación conforme de Schwarz-Cristoffel. Es varen obtenir les equacions del voltatge llindar i el pendent subllindar. Usant la funció W de Lambert, a més d’una funció de suavització per a la transcició entre les regions de depleció i acumulació, s’obté un model unificat de la densitat de càrrega, vàlid per a tots els modes d’operació del transistor. S’estudien també les dependències entre els paràmetres físics del dispositiu i el seu impacte en el seu rendiment. Es tenen en compteefectes importants de canal curt i de quantització. Es discuteixen també la simetria al voltant de Vds= 0 V, i la continuïtat del corrent de drenador en les derivades d’ordre superior. El model va ser validat mitjançant simulacions TCAD numèriques i mesures experimentals. / El objetivo principal de este trabajo es el desarrollo de un modelo compacto para MOSFETs de múltiple puerta de escala nanométrica, que sea analítico, basado en la física del dispositivo, y predictivo para simulaciones AC y DC. Los dispositivos investigados son el MOSFET estándar en modo inversión, además de un nuevo dispositivo llamado “junctionless MOSFET” (MOSFET sin uniones). El modelo se desarrolló en una formulación compacta con la ayuda de la ecuación de Poisson y la técnica de transformación conforme de Schwarz-Cristoffel. Se obtuvieron las ecuaciones del voltaje umbral y la pendiente subumbral. Usando la función W de Lambert, además de una función de suavización para la transición entre las regiones de depleción y acumulación, se obtiene un modelo unificado de la densidad de carga, válido para todos los modos de operación del transistor. Se estudian también las dependencias entre los parámetros físicos del dispositivo y su impacto en su rendimiento. Se tienen en cuenta efectos importantes de canal corto y de cuantización. Se discuten también la simetría alrededor de Vds= 0 V, y la continuidad de la corriente de drenador en las derivadas de orden superior. El modelo fue validado mediante simulaciones TCAD numéricas y medidas experimentales. / The main focus is on the development of an analytical, physics-based and predictive DC and AC compact model for nanoscale multiple-gate MOSFETs. The investigated devices are the standard inversion mode MOSFET and a new device concept called junctionless MOSFET. The model is derived in closed-from with the help of Poisson's equation and the conformal mapping technique by Schwarz-Christoffel. Equations for the calculation of the threshold voltage and subthreshold slope are derived. Using Lambert's W-function and a smoothing function for the transition between the depletion and accumulation region, an unified charge density model valid for all operating regimes is developed. Dependencies between the physical device parameters and their impact on the device performance are worked out. Important short-channel and quantization effects are taken into account. Symmetry around Vds = 0 V and continuity of the drain current at derivatives of higher order are discussed. The model is validated versus numerical TCAD simulations and measurement data.

Ambient intelligence is going to focus the next advances in wireless technologies. Hence, the increasing demand on radio frequency (RF) devices and applications represents, not only a challenge for technological industries to improve its roadmaps, but also for RF engineers to design more robust, low-power, small-size and low-cost devices. Regarding to communication robustness, in the latest years, differential topologies have acquired an important relevance because of its natural noise and interference immunity. Within this framework, a differential n-port device can still be treated with the classical analysis circuit theory by means of Z-,Y-, h-parameters or the most suitable S-parameters in the radio frequency field. Despite of it, Bockelman introduced the mixed-mode scattering parameters, which more properly express the differential and common-mode behavior of symmetrical devices. Since then, such parameters have been used with a varying degree of success, as it will be shown, mainly because of a misinterpretation. Thereby, this thesis is devoted to extend the theory of mixed-mode scattering parameters and proposes the methodology to analyze such devices. For this proposal, the simplest case of a two-port device is developed. By solving this simple case, most of the lacks of the current theory are filled up. As instance, it allows the characterization and comparison of symmetric and spiral inductors, which have remained a controversy point until now. After solving this case, the theory is extended to a n-port device. Another key point on the fast and inexpensive development of radio frequency devices is the advance on fast CAD tools for the analysis and synthesis of passive devices. In the case of silicon technologies, planar inductors have become the most popular shapes because of its integrability. However, the design of inductors entails a deep experience and acknowledge not only on the behavior of such devices but on the use of electromagnetic (EM) simulators. Unfortunately, the use of EM simulators consumes an important quantity of time and resources. Thereby, this thesis is devoted to improve some of the aspects that slow down the synthesis process of inductors. Therefore, an ‘ab initio’ technique for the meshing of planar radio frequency and microwave circuits is described. The technique presented can evaluate the losses in the component with a high accuracy just in few seconds where an electromagnetic simulator would normally last hours. Likewise, a simple bisection algorithm for the synthesis of compact planar inductors is presented. It is based on a set of heuristic rules obtained from the study of the electromagnetic behavior of these planar devices. Additionally, design of a single-ended to differential low noise amplifier (LNA) in a CMOS technology is performed by using the methods and tools described. / L'enginyeria de radiofreqüència i la tecnologia de microones han assolit un desenvolupament inimaginable i avui en dia formen part de la majoria de les nostres activitats diàries. Probablement, la tecnologia mòbil ha tingut un desenvolupament més ràpid que qualsevol altre avenç tecnològic de l'era digital. Avui en dia, podem dir que el paradigma de la mobilitat s'ha assolit i tenim accés ràpid a internet des de qualsevol lloc on podem estar amb un dispositiu de butxaca. No obstant això, encara hi ha fites per endavant. Es més que probable que el paradigma de l’ "ambient intelligence” sigui el centre dels pròxims avenços en les tecnologies sense fils. A diferencia del paradigma de l"ambient intelligence', l'evolució de la tecnologia de la informació mai ha tingut l'objectiu explícit de canviar la societat, sinó que ho van fer com un efecte secundari, en canvi, les visions d' “ambient intelligence” proposen expressament el transformar la societat mitjançant la connexió completa i la seva informatització. Per tant, l'augment de la demanda de dispositius de ràdio freqüència (RF) i de les seves possibles aplicacions representa, no només un repte per a les indústries tecnològiques per millorar els seus plans de treball, sinó també per als enginyers de RF que hauran de dissenyar dispositius de baixa potència, més robusts, de mida petita i de baix cost. Quant a la robustesa dels dispositius, en els últims anys, les topologies de tipus diferencial han adquirit una important rellevància per la seva immunitat natural al soroll i resistència a les interferències. Dins d'aquest marc, un dispositiu de nports diferencial, encara pot ser tractat com un dispositiu 2nx2n i la teoria clàssica d'anàlisi de circuits (és a dir, la temia de quadripols) es pot aplicar a través de paràmetres Z, Y, h o els paràmetres S, més adequats en el camp de freqüència de ràdio. Tot i això, Bockelman i Eisenstadt introdueixen els paràmetres S mixtos, que expressen més adequadament el comportament diferencial i en mode comú de dispositius simètrics o asimètrics. Des de llavors, aquests paràmetres s'han utilitzat amb un grau variable d'èxit, com es mostrarà, principalment a causa d'una mala interpretació. D'aquesta manera, la primera part d'aquesta tesi està dedicada a estendre la teoria dels paràmetres S de mode mixt i proposa la metodologia d'anàlisi d'aquest tipus de dispositius i circuits. D'aquesta forma, en el Capítol 2, es desenvolupa el cas més simple d'un dispositiu de dos ports. En resoldre aquest cas simple, la major part de les mancances de la teoria actual es posen de relleu. Com a exemple, pennet la caracterització i la comparació de bobines simètriques i espiral no simètriques, que han estat un punt de controvèrsia fins ara. Després de resoldre aquest cas, al Capítol 3 s'estén la teOIia a un dispositiu de n-ports dels quals un nombre pot ser single-ended i la resta diferencials. És en aquest moment quan la dualitat existent entre els paràmetres S estàndard i de mode mixt es pot veure clarament i es destaca en el seu conjunt. Aquesta teoria permet, tanmateix, estendre la teoria clàssica d'amplificadors quan s'analitzen per mitjà de paràmetres S. Un altre punt clau en el desenvolupament ràpid i de baix cost dels dispositius de radiofreqüència és l'avenç en les eines CAD ràpides per a l'anàlisi i síntesi dels dispositius passius, en especial dels inductors. Aquests dispositius apareixen tot sovint en el disseny de radio freqüència degut a la seva gran versatilitat. Tot i que hi ha hagut múltiples intents de reemplaçar amb components externs o circuits, fins i tot actius, en el cas de les tecnologies de silici, els inductors planars s'han convertit en les formes més populars per la seva integrabilitat. No obstant això, el disseny d'inductors implica conèixer i posseir una experiència profunda no només en el comportament d'aquests dispositius, però també en l'ús de simuladors electromagnètics (EM). Desafortunadament, l'ús dels simuladors EM consumeix una quantitat important de temps i recursos. Per tant, la síntesi dels inductors representa un important inconvenient actualment. D'aquesta manera, la segona part d'aquesta tesi està dedicada a millorar alguns dels aspectes que frenen el procés de síntesi dels inductors. Per tant, en el Capítol 4, es descriu una tècnica 'ab initio' de generació de la malla per bobines planars en ràdio freqüència i microones. La tècnica es basa en l'estudi analític dels fenòmens d'aglomeració de corrent que tenen lloc a l'interior del component. En aquesta avaluació, no es requereix una solució explícita dels corrents i de les càrregues arreu del circuit. Llavors, el nombre de cel•les de la malla assignades a una tira de metall donada, depèn del valor inicialment obtingut a partir de l'estudi analític. La tècnica presentada pot avaluar les pèrdues en el component amb una gran precisió només en uns pocs segons, quan comparat amb un simulador electromagnètic normalment es necessitaria hores. De la mateixa manera, en el Capítol 5 es presenta un senzill algoritme de bisecció per a la síntesi d'inductors planars compactes. Es basa en un conjunt de regles heurístiques obtingut a partir de l'estudi del comportament electromagnètic d'aquests dispositius planars. D'aquesta manera, el nombre d'iteracions es manté moderadament baix.D'altra banda, per tal d'accelerar l'anàlisi en cada pas, s'utilitza un simulador ràpid electromagnètic planar, el qual es basa en el coneixement que es té del component sintetitzat. Finalment, en el Capítol 6, la metodologia de paràmetres S de mode mixt proposada i les eines CAD introduides s'utilitzen àmpliament en el disseny d'un amplificador de baix soroll “single-ended” a diferencial (LNA), mitjançant una tecnologia estàndard CMOS.L'amplificador de baix soroll és un dels components claus en un sistema de recepció de radio freqüència, ja que tendeix a dominar la sensibilitat i la figura de soroll (NF) de tot el sistema. D'altra banda, les característiques d'aquest circuit estan directament relacionades amb els components actius i passius disponibles en una tecnologia donada. Per tant, la tecnologia escollida, el factor de qualitat dels passius, i la forma com es caracteritzen tindran un alt impacte en les principals figures de mèrit del circuit real.

The high quality CuxS nanocrystals were synthesized (Chapter 3) and the profound understanding and skills to prepare colloidal nanocrystals has been obtained and improved. It revealed a very simple synthetic route not only for the systematic investigation on the size control of the copper sulfide nanodisks but also for studying the influence of different stoichiometric ratios on the shape of copper sulfide nanocrystals. An increase of the precursor concentration in the growth solution resulted in the formation of tetradecahedral and dodecahedral nanocrystals. XRD results showed these nanodisks had a similar composition close to Cu1.78S as spherical nanocrystals, however, the tetradecahedral and dodecahedral nanocrystals were characterized with a composition close to Cu1.96S as deduced from their djurleite crystal phase. An oriented attachment was proposed as growth mechanism for polyhedrons growth and the slow nucleation rate allows an accurate control of the size and morphology of CuxS nanocrystals, from spheres and disks to tetradecahedrons and dodecahedrons by tuning the precursor concentration from 0.05 M to 1.0 M and reaction conditions. Dodecahedrons with different size can be easily prepared by elongating the reaction time. These nanocrystals can be used as cathodes in all-vanadium redox flow batteries and showed a significant improvement of the cathodic reaction reversibility, especially the dodecahedrons. The CuxSe nanocubes with mean edge length of 17 nm±0.9 nm were synthesized (Chapter 4). The role of various metal ions playing on shape of CuxSe nanocrystals was discussed during the synthesis. The underlying mechanism was illustrated by preparing copper selenide nanocubes in the presence of Al ions whereas there was no any Al detected on the surface or within the final cubes. The morphology control is proved to be thermodynamically directed during the ripening regime and it exemplified the shape-direction of semiconductor nanocrystals by metal ions for the first time. It is a platform to produce cubic nanoparticles with different composition by cation exchange such as Ag2Te nanocubes. The plasmonic properties of the obtained nanocubes were further characterized and it demonstrated the strong plasmonic absorption peak at 950 nm. A reproducible procedure to prepare highly monodisperse copper telluride nanocubes, nanoplates and nanorods was presented in Chapter 5. The procedure is based on the reaction of a copper salt with trioctylphosphine telluride (TOP-Te) in the presence of Lithium bis(trimethylsilyl) amide (LiN(SiMe3)2), trioctylphosphine (TOP), trioctylphosphine oxide (TOPO) and oleylamine (OLA). The high reaction temperature as 220 °C was found to be necessary to obtain cube-shaped NPs with narrow size distributions. By tuning the precursor ratio of Cu:Te, the size of these nanocubes could be controlled in the range between 10 and 20 nm. When decreasing the reaction temperature to 190 °C and the growth time to 15 min, highly homogeneous copper telluride nanoplates were produced. An increase of the TOP concentration from 0.125 ml to 0.75 ml resulted in the formation of nanorods. It was proposed the LiN(SiMe3)2 to activate the formation of a Cu-oleylamido complex and it is the actual species reacting with TOP-Te. The Cu-oleyamido complexes and/or lithium oleylamine may play a key role stabilizing the NP surface during growth. Copper telluride nanocubes and nanoplates display a strong near-infrared optical absorption at 900nm associated to localized surface plasmon resonances. This plasmon resonance can be exploited for the design of surface-enhanced Raman scattering (SERS) sensors for unconventional optical probes such as nile red containing oxygen based functional groups. This is the first time using Cu-chalcogenide as probes for SERS application and demonstrates its potential interest in future. Preliminary analysis of the use of copper telluride nanocubes as cytotoxic and photothermal agents is also discussed herein. / Inicialment vam establir les condicions per preparar Cu(x)S. Com a mecanisme de creixement es va proposar el que es coneix amb el nom d’oriented attachment, en el qual els nanocristalls s’uneixen en una determinada orientació per formar altres formes més complexes. Establint les condicions en les quals es donava aquest mecanisme podíem produir nanocristalls de Cu2-xS amb un acurat control sobre la seva composició i/o forma, des de partícules esfèriques fins a nanopartícules en forma de disc o bé acanat amb partícules amb forma tetradecaèdríca o dodecaèdríca. Aquest control es va aconseguir simplement variant la concentració del precursor i les condicions de reacció. El segon sistema que es va estudiar va ser la producció de nanocristalls de Cu(x)Se. En el nostre treball preteniem descobrir nous procediments per sintetitzar nanocristalls de Cu(x)Se controlant la seva morfologia. Es va descubrir que es podia controlar la forma final dels nanocristalls de Cu(x)Se simplement introduint ions metàl•lics a la solució. En particular, en presència d’ions d’alumini es van produir nanocubs amb una longitud lateral de 17 nm ± 0.9 nm. Addicionalment es van estudiar les propietats plasmòniques d’aquests nanocubs. També es van utilizar aquests cubs de seleniur de coure com a base per produir cubs d’altres semiconductors a travès de l’intercanvi catiònic. Com a exemple es van produir cubs de Ag(2)Te. Finalment, es va estudiar el calcogenur binari, Cu(x)Te. Es va desenvolupar un mètode de síntesi per produïr nanocubs, nanoplaques i nanorods altament monodispersos. Es va observar que els paràmetres clau per controlar la forma eren la temperatura i la quantitat de surfactants. En canvi, per controlar el tamany es va observar que el paràmetre més important era la proporció entre Cu i Te present a la solució. Aquests nanocristalls posseïen propietats plasmòniques amb un pic d’absorpció al voltant dels 900 nm.

According to reliable statistics, electrical fire ignition sources have a notable impact regarding the generation of fires and explosions. Electrical equipment and installations can also be the victims of fire. This is due to the wearing of insulation, the reduction of dielectric strength of the air and other factors. This combination opens up a space for a wide range of experimental and educational research which until now has seen little development. The state of the art of electrical fire is introduced illustrating it with electro technical laboratory experiments as well as with real story cases. The electric arc which produces the ejection of hot particles is one of the electrical fire ignition sources, has seen little investigation. The development of experiments can help in finding out more about this phenomenon. A case study by the fire department of Catalonia can be used as an explanation, which suggests that there is a direct relationship between ventilation and air conditioning ducts made of aluminum and electrical ignition. The phenomenon electrical breakdown in gases has a special characteristic in the presence of fire. It has an effect on electricity supply, fire extinguisher security, fire investigations and the fire spread. This has brought about experiments to illustrate the point. The experiments are related with the behavior of high voltage power lines in presence of fire in our environment / Les fonts d’ignició d’origen elèctric tenen una incidència estadística notable en relació amb la generació d’incendis i explosions. Els equips i instal·lacions elèctriques també són víctimes del foc. És a causa de la destrucció dels aïllaments i la disminució de la rigidesa dielèctrica de l’aire, entre d’altres factors. Aquest conjunt dóna lloc a un espai de recerca experimental i docència ampli, que encara es troba poc desenvolupat. S’introdueix l’estat de l’art il·lustrant-lo amb experiments de laboratori electrotècnic i l’exposició de casos reals. El curtcircuit amb arc elèctric que produeix l’ejecció de partícules calentes, és una de les fonts d’ignició elèctrica poc investigades. Es desenvolupen experiments que poden ajudar a estudiar i il·lustrar aquest fenomen. S’utilitza un cas aportat pels Bombers de la Generalitat de Catalunya com a fil conductor. Suggeria una relació entre les canalitzacions de ventilació i climatització fabricades amb alumini i la ignició elèctrica. Els fenòmens de descàrrega elèctrica en gasos tenen unes característiques particulars en presència de foc.Té implicacions en el subministrament d’energia elèctrica, la seguretat dels equips d’extinció d’incendis, la investigació de sinistres i la propagació del foc. Es porten a terme experiments que contribueixen a il·lustrar-ho. Es relacionen amb el comportament de les línies aèries d’alta tensió en presència de foc en el nostre entorn.

Aquesta tesi s'ha dut a terme dins del Grup en de Tecnologies Mèdia (GTM) de l'Escola d'Enginyeria i Arquitectura la Salle. El grup te una llarga trajectòria dins del cap de la síntesi de veu i fins i tot disposa d'un sistema propi de síntesi per concatenació d'unitats (US-TTS) que permet sintetitzar diferents estils expressius usant múltiples corpus. De forma que per a realitzar una síntesi agressiva, el sistema usa el corpus de l'estil agressiu, i per a realitzar una síntesi sensual, usa el corpus de l'estil corresponent. Aquesta tesi pretén proposar modificacions del esquema del US-TTS que permetin millorar la flexibilitat del sistema per sintetitzar múltiples expressivitats usant només un únic corpus d'estil neutre. L'enfoc seguit en aquesta tesi es basa en l'ús de tècniques de processament digital del senyal (DSP) per aplicar modificacions de senyal a la veu sintetitzada per tal que aquesta expressi l'estil de parla desitjat. Per tal de dur a terme aquestes modificacions de senyal s'han usat els models harmònic més soroll per la seva flexibilitat a l'hora de realitzar modificacions de senyal. La qualitat de la veu (VoQ) juga un paper important en els diferents estils expressius. És per això que es va estudiar la síntesi de diferents emocions mitjançant la modificació de paràmetres de VoQ de baix nivell. D'aquest estudi es van identificar un conjunt de limitacions que van donar lloc als objectius d'aquesta tesi, entre ells el trobar un paràmetre amb gran impacte sobre els estils expressius. Per aquest fet l'esforç vocal (VE) es va escollir per el seu paper important en la parla expressiva. Primer es va estudiar la possibilitat de transferir l'VE entre dues realitzacions amb diferent VE de la mateixa paraula basant-se en la tècnica de predicció lineal adaptativa del filtre de pre-èmfasi (APLP). La proposta va permetre transferir l'VE correctament però presentava limitacions per a poder generar nivells intermitjos d'VE. Amb la finalitat de millorar la flexibilitat i control de l'VE expressat a la veu sintetitzada, es va proposar un nou model d'VE basat en polinomis lineals. Aquesta proposta va permetre transferir l'VE entre dues paraules qualsevols i sintetitzar nous nivells d'VE diferents dels disponibles al corpus. Aquesta flexibilitat esta alineada amb l'objectiu general d'aquesta tesi, permetre als sistemes US-TTS sintetitzar diferents estils expressius a partir d'un únic corpus d'estil neutre. La proposta realitzada també inclou un paràmetre que permet controlar fàcilment el nivell d'VE sintetitzat. Això obre moltes possibilitats per controlar fàcilment el procés de síntesi tal i com es va fer al projecte CreaVeu usant interfícies gràfiques simples i intuïtives, també realitzat dins del grup GTM. Aquesta memòria conclou presentant el treball realitzat en aquesta tesi i amb una proposta de modificació de l'esquema d'un sistema US-TTS per incloure els blocs de DSP desenvolupats en aquesta tesi que permetin al sistema sintetitzar múltiple nivells d'VE a partir d'un corpus d'estil neutre. Això obre moltes possibilitats per generar interfícies d'usuari que permetin controlar fàcilment el procés de síntesi, tal i com es va fer al projecte CreaVeu, també realitzat dins del grup GTM. Aquesta memòria conclou presentant el treball realitzat en aquesta tesi i amb una proposta de modificació de l'esquema del sistema US-TTS per incloure els blocs de DSP desenvolupats en aquesta tesi que permetin al sistema sintetitzar múltiple nivells d'VE a partir d'un corpus d'estil neutre. / Esta tesis se llevó a cabo en el Grup en Tecnologies Mèdia de la Escuela de Ingeniería y Arquitectura la Salle. El grupo lleva una larga trayectoria dentro del campo de la síntesis de voz y cuenta con su propio sistema de síntesis por concatenación de unidades (US-TTS). El sistema permite sintetizar múltiples estilos expresivos mediante el uso de corpus específicos para cada estilo expresivo. De este modo, para realizar una síntesis agresiva, el sistema usa el corpus de este estilo, y para un estilo sensual, usa otro corpus específico para ese estilo. La presente tesis aborda el problema con un enfoque distinto proponiendo cambios en el esquema del sistema con el fin de mejorar la flexibilidad para sintetizar múltiples estilos expresivos a partir de un único corpus de estilo de habla neutro. El planteamiento seguido en esta tesis esta basado en el uso de técnicas de procesamiento de señales (DSP) para llevar a cabo modificaciones del señal de voz para que este exprese el estilo de habla deseado. Para llevar acabo las modificaciones de la señal de voz se han usado los modelos harmónico más ruido (HNM) por su flexibilidad para efectuar modificaciones de señales. La cualidad de la voz (VoQ) juega un papel importante en diferentes estilos expresivos. Por ello se exploró la síntesis expresiva basada en modificaciones de parámetros de bajo nivel de la VoQ. Durante este estudio se detectaron diferentes problemas que dieron pié a los objetivos planteados en esta tesis, entre ellos el encontrar un único parámetro con fuerte influencia en la expresividad. El parámetro seleccionado fue el esfuerzo vocal (VE) por su importante papel a la hora de expresar diferentes emociones. Las primeras pruebas se realizaron con el fin de transferir el VE entre dos realizaciones con diferente grado de VE de la misma palabra usando una metodología basada en un proceso filtrado de pre-émfasis adaptativo con coeficientes de predicción lineales (APLP). Esta primera aproximación logró transferir el nivel de VE entre dos realizaciones de la misma palabra, sin embargo el proceso presentaba limitaciones para generar niveles de esfuerzo vocal intermedios. A fin de mejorar la flexibilidad y el control del sistema para expresar diferentes niveles de VE, se planteó un nuevo modelo de VE basado en polinomios lineales. Este modelo permitió transferir el VE entre dos palabras diferentes e incluso generar nuevos niveles no presentes en el corpus usado para la síntesis. Esta flexibilidad está alineada con el objetivo general de esta tesis de permitir a un sistema US-TTS expresar múltiples estilos de habla expresivos a partir de un único corpus de estilo neutro. Además, la metodología propuesta incorpora un parámetro que permite de forma sencilla controlar el nivel de VE expresado en la voz sintetizada. Esto abre la posibilidad de controlar fácilmente el proceso de síntesis tal y como se hizo en el proyecto CreaVeu usando interfaces simples e intuitivas, también realizado dentro del grupo GTM. Esta memoria concluye con una revisión del trabajo realizado en esta tesis y con una propuesta de modificación de un esquema de US-TTS para expresar diferentes niveles de VE a partir de un único corpus neutro. / This thesis was conducted in the Grup en Tecnologies M`edia (GTM) from Escola d’Enginyeria i Arquitectura la Salle. The group has a long trajectory in the speech synthesis field and has developed their own Unit-Selection Text-To-Speech (US-TTS) which is able to convey multiple expressive styles using multiple expressive corpora, one for each expressive style. Thus, in order to convey aggressive speech, the US-TTS uses an aggressive corpus, whereas for a sensual speech style, the system uses a sensual corpus. Unlike that approach, this dissertation aims to present a new schema for enhancing the flexibility of the US-TTS system for performing multiple expressive styles using a single neutral corpus. The approach followed in this dissertation is based on applying Digital Signal Processing (DSP) techniques for carrying out speech modifications in order to synthesize the desired expressive style. For conducting the speech modifications the Harmonics plus Noise Model (HNM) was chosen for its flexibility in conducting signal modifications. Voice Quality (VoQ) has been proven to play an important role in different expressive styles. Thus, low-level VoQ acoustic parameters were explored for conveying multiple emotions. This raised several problems setting new objectives for the rest of the thesis, among them finding a single parameter with strong impact on the expressive style conveyed. Vocal Effort (VE) was selected for conducting expressive speech style modifications due to its salient role in expressive speech. The first approach working with VE was based on transferring VE between two parallel utterances based on the Adaptive Pre-emphasis Linear Prediction (APLP) technique. This approach allowed transferring VE but the model presented certain restrictions regarding its flexibility for generating new intermediate VE levels. Aiming to improve the flexibility and control of the conveyed VE, a new approach using polynomial model for modelling VE was presented. This model not only allowed transferring VE levels between two different utterances, but also allowed to generate other VE levels than those present in the speech corpus. This is aligned with the general goal of this thesis, allowing US-TTS systems to convey multiple expressive styles with a single neutral corpus. Moreover, the proposed methodology introduces a parameter for controlling the degree of VE in the synthesized speech signal. This opens new possibilities for controlling the synthesis process such as the one in the CreaVeu project using a simple and intuitive graphical interfaces, also conducted in the GTM group. The dissertation concludes with a review of the conducted work and a proposal for schema modifications within a US-TTS system for introducing the VE modification blocks designed in this dissertation.