Esta tesis caracteriza experimentalmente el comportamiento del canal MIMO en diferentes escenarios y evalúa la dependencia del rendimiento del canal con la tipología del escenario y diferentes condiciones de propagación. Para facilitar el desarrollo de futuros sistemas con múltiples antenas en estos escenarios, se presentan modelos sencillos y eficientes de canales SISO y MIMO.Se ha realizado el análisis de canales MIMO 2x2 a partir de diversas campañas de medidas realizadas en distintos escenarios interiores, exteriores y mixtos. Se han estudiado dos aspectos fundamentales: la correlación espacial y la capacidad del canal. El estudio se completa con el desarrollo de un método de modelado basado en líneas de retardo. Mediante este método se obtienen modelos sencillos y eficientes de canales SISO y MIMO de los escenarios interiores y mixtos medidos. Así se contribuye al desarrollo de nuevos sistemas de comunicaciones inalámbricos en escenarios mixtos y a facilitar la simulación de sistemas MIMO gracias a los nuevos modelos propuestos. / This thesis characterizes in an experimental way the MIMO channel behavior in different scenarios, including the evaluation of the channel performance dependency with the type of scenario and different propagation conditions. In order to facilitate the development of future systems with multiple antennas in these scenarios, simple and efficient SISO and MIMO channel models are presented.The analysis of the 22 MIMO channel has been based on several measurement campaigns carried out in different outdoor, indoor and mixed environments. Two fundamental aspects are studied: the spatial correlation and the channel capacity. The analysis is completed with the development of a method to model the radio channel based on tapped delay lines. Using this method, simple and efficient SISO and MIMO channel models of indoor, outdoor and mixed scenarios have been obtained. In this way this work contributes to the development of new wireless communication systems and to facilitate the simulation of MIMO systems by means of the new proposed models.

Algunas aplicaciones tales como la radio astronomía y las comunicaciones con el espacio profundo requieren receptores muy sensibles. Esta tesis trata sobre la tecnología criogénica aplicada a la ingeniería de microondas y se centra en el diseño de amplificadores de muy bajo ruido tanto en tecnología híbrida (MIC) como monolítica (MMIC). El trabajo cubre un ancho campo de conocimiento desde la fabricación mecánica y la configuración de los sistemas hasta el diseño y medida de las aplicaciones finales. Comenzando con pautas y consejos para diseñar sistemas criogénicos (criostatos) este documento profundiza en la medida de parámetros-S y ruido. El diseño de circuitos criogénicos se inicia con el estudio de los efectos de las bajas temperaturas sobre los transistores y componentes de microondas centrándose en los dispositivos de fosfuro de indio (InP). El conocimiento adquirido en este estudio se aplica al diseño de amplificadores de muy bajo ruido en banda Ka. / Some applications such as radio astronomy and deep space communications require very sensitive receivers. This dissertation deals with the cryogenic technology applied to the microwave engineering and focuses on the design of very low noise amplifiers both in hybrid (MIC) and monolithic (MMIC) technologies. The work covers a wide field of knowledge from hardware manufacture and system set up to final applications design and measurement. Starting from guidelines and advices to design cryogenic systems (cryostats) this document goes into S-parameters and noise measurements in deep. The design of cryogenic circuits is initialized with the study of the effect of low temperatures on microwave transistors and components focusing in indium-phosphide (InP) devices. The knowledge gained with this study is applied to the design of very low noise amplifiers in Ka-band.

Se presenta un estudio de las oscilaciones microondas en régimen de gran señal en dispositivos activos de estado sólido caracterizados por su función descriptiva sinusoidal. Para ello se han confeccionado programas de cálculo frecuencial no lineal que resuelven circuitos de microondas formados por una o varias no linealidades cargadas por cualquier circuito pasivo externo. Por último se hace un estudio experimental exhaustivo para comprobar la aplicabilidad de los métodos precedentemente descritos.

Over the last few years, the ever-increasing use of the new emerging wireless communication systems has imposed a considerable challenge in the development of novel microwave devices that can support the high bit rates and wide bandwidths demanded by the society. Moreover, other of the main goals of the current microwave components' designers is the fact that these devices can withstand the increasingly higher RF power requirements that must be considered at the output stages of transmitters. In this context, several physical phenomena should be analyzed in order to maximize the so-called power handling capability (PHC) in microwave components. In particular, this thesis focuses on the study of the corona discharge breakdown, since it is a physical effect that may limit the peak power thresholds (also known as peak power handling capability or PPHC) of microwave devices. In this regard, the main aim of this work is the proposal of several design strategies to achieve a considerable improvement of the PPHC in different filtering structures. In this sense, this dissertation is divided into two main parts. On the one hand, the study of the corona discharge breakdown will be first focused on microstrip bandpass filters, where the variation of the maximum electric field strength will be analyzed, and different solutions based on dielectric covers, rounded open-circuit terminations, an anticorona lacquer or a commercial adhesive will be thoroughly investigated and compared. The main objective will be the maximization of the peak power levels, while the degradation of the unloaded quality factor of the resonators will be minimized as far as possible. On the other hand, the second part of this thesis dissertation deals with a similar exhaustively analysis in groove gap waveguides (GGWs). Furthermore, different topologies of bandpass filters based on this technology will be studied, focusing also on the type of the electric field's polarization. In a similar way, several design criteria will be proposed for improving the PPHC of these components, thereby achieving a significant enhancement and reaching the same peak power thresholds of the counterpart rectangular waveguide devices. Finally, all the solutions described above will be experimentally validated in diverse measurement campaigns carried out at the European High Power RF Space Laboratory to corroborate the proper and good performances of all of them. / A lo largo de los últimos años, el uso cada vez mayor de los nuevos sistemas de comunicación inalámbricos emergentes ha impuesto un reto considerable en el desarrollo de novedosos dispositivos de microondas que puedan soportar las altas tasas de bits y amplios anchos de banda demandados por la sociedad. Además, otro de los principales objetivos de los actuales diseñadores de componentes de microondas es el hecho de que estos dispositivos puedan soportar los requisitos de potencia RF cada vez más elevados que se deben considerar en las etapas de salida de los transmisores. En este contexto, diversos fenómenos físicos deben ser estudiados para maximizar la denominada capacidad de manejo de potencia (PHC, por sus siglas en inglés) en componentes de microondas. En particular, esta tesis doctoral se centra en el estudio de la descarga de corona, ya que es un efecto físico que puede limitar los umbrales de potencia de pico (también conocido como capacidad de manejo de la potencia de pico o PPHC, por sus siglas en inglés) de dispositivos de microondas. Por ello, el principal objetivo de este trabajo es la propuesta de varias estrategias de diseño para conseguir una mejora considerable de la PPHC en diferentes estructuras filtrantes. En este sentido, esta tesis se divide en dos partes principales. Por un lado, el estudio del efecto corona se centrará en primer lugar en filtros paso banda en tecnología microstrip, donde se analizará la variación de la intensidad máxima del campo eléctrico, así como también se investigarán y compararán a fondo diferentes soluciones basadas en cubiertas dieléctricas, terminaciones en circuito abierto redondeadas, una laca anticorona o un adhesivo comercial. El objetivo principal será maximizar los niveles de potencia de pico, mientras se minimizará en la medida de lo posible la degradación del factor de calidad de los resonadores. Por otro lado, la segunda parte de esta tesis doctoral aborda un análisis exhaustivo parecido en guías de onda groove-gap (GGWs, por sus siglas en inglés). Además, se estudiarán distintas topologías de filtros paso banda basados en esta tecnología, centrándose también en el tipo de polarización del campo eléctrico. Del mismo modo, se propondrán varios criterios de diseño para mejorar la PPHC de estos componentes, consiguiendo así una mejora significativa y alcanzando los mismos umbrales de potencia de pico que los dispositivos equivalentes en guía de onda rectangular. Finalmente, todas las soluciones descritas serán validadas experimentalmente en diversas campañas de medidas realizadas en el Laboratorio Europeo de Alta Potencia en RF para corroborar el correcto y buen funcionamiento de todas ellas. / Al llarg dels últims anys, l'ús cada vegada major dels nous sistemes de comunicació sense fils emergents ha imposat un repte considerable en el desenvolupament de nous dispositius de microones que puguen suportar les altes taxes de bits i grans amplades de banda demandades per la societat. A més, un altre dels principals objectius dels actuals dissenyadors de components de microones és el fet que aquests dispositius puguen suportar els requisits de potència RF cada vegada més elevats que s'han de considerar en les etapes d'eixida dels transmissors. En aquest context, diversos fenòmens físics han de ser estudiats per a maximitzar la denominada capacitat de maneig de potència (PHC, per les seues sigles en anglès) en components de microones. En particular, aquesta tesi doctoral se centra en l'estudi de la descàrrega de corona, ja que és un efecte físic que pot limitar els llindars de potència de pic (també conegut com a capacitat de maneig de la potència de pic o PPHC, per les seues sigles en anglès) de dispositius de microones. Per això, el principal objectiu d'aquest treball és la proposta de diverses estratègies de disseny per a aconseguir una millora considerable de la PPHC en diferents estructures filtrants. En aquest sentit, aquesta tesi es divideix en dues parts principals. Per un costat, l'estudi de l'efecte corona se centrarà en primer lloc en filtres passabanda en tecnologia microstrip, on s'analitzarà la variació de la intensitat màxima del camp elèctric, així com també s'investigaran i compararan a fons diferents solucions basades en cobertes dielèctriques, terminacions en circuit obert arredonides, una laca anticorona o un adhesiu comercial. L'objectiu principal serà maximitzar els nivells de potència de pic, mentre es minimitzarà en la mesura que siga possible la degradació del factor de qualitat dels ressonadors. Per l'altre costat, la segona part d'aquesta tesi doctoral aborda una anàlisi exhaustiva similar en guies d'ona groove-gap (GGWs, per les seues sigles en anglès). A més, s'estudiaran diferents topologies de filtres passabanda basats en aquesta tecnologia, centrant-se també en el tipus de polarització del camp elèctric. De la mateixa manera, es proposaran diversos criteris de disseny per a millorar la PPHC d'aquests components, aconseguint així una millora significativa i els mateixos llindars de potència de pic que els dispositius equivalents en guia d'ona rectangular. Finalment, totes les solucions descrites seran validades experimentalment en diverses campanyes de mesures realitzades en el Laboratori Europeu d'Alta Potència en RF per a corroborar el correcte i bon funcionament de totes elles. / Work supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation (MCIN) and the State Agency of Research (AEI) through the Sub-Project C43 of the Coordinated Project PID2019-103982RB [MCIN/AEI/10.13039/501100011033]. Aitor Morales-Hernández has received a fellowship grant from the University of Alicante [UAFPU2018-054].

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

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

[ES] Las nanopartículas de alto índice admiten multipolos electromagnéticos que determinan su respuesta a una onda incidente. Cuando se excitan diferentes multipolos, estos pueden interferir, dando lugar a fenómenos sorprendentes. Por ejemplo, a partir de la oscilación en antifase del dipolo toroidal y eléctrico (o magnético) cartesiano o de los correspondientes multipolos de orden superior surgen los llamados estados anapolares, caracterizados por una reducción sustancial de la dispersión de campo lejano y una fuerte localización de la energía dentro del disco. Una de las estructuras de alto índice más sencillas que soportan la interferencia multipolar es el disco, que se puede construir fácilmente sobre un sustrato de sílice utilizando herramientas estándar de nanofabricación de silicio. La mayoría de los estudios de estados de anapolos en discos dieléctricos de alto índice han abordado anapolos que pueden excitarse bajo iluminación normal, pero la incidencia en el plano es necesaria para construir circuitos integrados fotónicos de silicio cuando la luz está completamente unida al plano del chip. En esta tesis investigamos mediante simulaciones numéricas anexas a medidas experimentales la aparición de interferencias multipolares en discos de silicio cuando excitamos en el plano a través de guías de ondas. Primero, investigamos los efectos en discos aislados del tamaño de una sublongitud de onda y luego ampliamos nuestra investigación a cadenas periódicas unidimensionales. Bajo la excitación en el plano de un disco de silicio del tamaño de una sublongitud de onda, observamos anapolos magnéticos y eléctricos de varios órdenes, cambiando la geometría del sistema. Curiosamente, observamos un desacoplamiento del mínimo en la dispersión de campo lejano y el máximo de localización de energía en el disco, que tienen lugar en longitudes de onda bien separadas para la excitación en el plano del anapolo en comparación con el caso de incidencia normal habitual. Por otro lado, a través de la excitación del dipolo toroidal, demostramos la transmisión eficiente por encima del cono de luz en una estructura periódica formada por discos de silicio del tamaño de una sublongitud de onda. Finalmente, predecimos el cierre de la banda prohibida de Bragg debido a la interacción entre dipolos eléctricos y magnéticos en una estructura periódica formada por nanobloques de silicio. Nuestros resultados resaltan diferencias significativas entre las interferencias multipolares cuando las partículas se iluminan desde diferentes direcciones y tienen implicaciones directas para el uso de discos del tamaño de la longitud de onda en circuitos integrados fotónicos de alto índice para aplicaciones que van desde la biodetección y la espectroscopia hasta el procesamiento de señales no lineales. / [CA] Les nanopartícules d'alt índex admeten multipols electromagnètics que determinen la seua resposta a una ona incident. Quan s'exciten diferents multipols, aquests poden interferir, donant lloc a fenòmens sorprenents. Per exemple, a partir de l'oscil·lació en antifase del dipol toroidal i elèctric (o magnètic) cartesià, o dels corresponents multipols d'ordre superior, sorgeixen els anomenats estats anapolars, caracteritzats per una reducció substancial de la dispersió de camp llunyà i una forta localització de l'energia dins del disc. Una de les estructures d'alt índex més senzilles que suporten la interferència multipolar és el disc, que es pot construir fàcilment sobre un substrat de sílice utilitzant eines estàndard de nano fabricació de silici. La majoria dels estudis d'estats d'anapols en discos dielèctrics d'alt índex han abordat anapols que poden excitar-se sota il·luminació normal, però la incidència en el pla és necessària per a construir circuits integrats fotònics de silici quan la llum està completament unida al pla del xip. En aquesta tesi investiguem mitjançant simulacions numèriques annexes a mesures experimentals l'aparició d'interferències multipolars en discos de silici quan excitem en el pla a través de guies d'ones. Primer, investiguem els efectes en discos aïllats de la grandària d'una sublongitud d'ona i després ampliem la nostra investigació a cadenes periòdiques unidimensionals. Sota l'excitació en el pla d'un disc de silici de la grandària d'una sublongitud d'ona, observem anapols magnètics i elèctrics de diversos ordres, canviant la geometria del sistema. Curiosament, observem un desacoblament del mínim en la dispersió de camp llunyà i el màxim de localització d'energia en el disc, que tenen lloc en longituds d'ona ben separades per a l'excitació en el pla del anapol en comparació amb el cas d'incidència normal habitual. D'altra banda, a través de l'excitació del dipol toroidal, vam demostrar la transmissió eficient per damunt del con de llum en una estructura periòdica formada per discos de silici de la grandària d'una sublongitud d'ona. Finalment, prediem el tancament de la banda prohibida de Bragg a causa de la interacció entre dipols elèctrics i magnètics en una estructura periòdica formada per nanobloques de silici. Els nostres resultats ressalten diferències significatives entre les interferències multipolars quan les partícules s'il·luminen des de diferents direccions i tenen implicacions directes per a l'ús de discos de la grandària de la longitud d'ona en circuits integrats fotònics d'alt índex per a aplicacions que van des de la biodetecció i l'espectroscòpia fins al processament de senyals no lineals. / [EN] High-index nanoparticles support electromagnetic multipoles that determine their response to an incident wave. When different multipoles are excited, they can interfere, giving rise to surprising phenomena. For example, from the antiphase oscillation of the Cartesian toroidal and electric (or magnetic) dipole or the corresponding higher-order multipoles arise the so-called anapole states, characterized by a substantial reduction in the far-field scattering and a strong localization of energy inside the disk. One of the simplest high-index structures supporting multipolar interference is the disk, which can be easily built on a silica substrate using standard silicon nanofabrication tools. Most studies of anapole states in high-index dielectric disks have addressed anapoles that can be excited under normal illumination, but the in-plane incidence is necessary for building silicon photonic integrated circuits (PICs) when light is completely bound to the chip plane. In this thesis, we investigate via numerical simulations annex experimental measurements the appearance of multipolar interferences in silicon disks when we excited in-plane through waveguides. First, we investigate the effects on isolated subwavelength-sized disks and then extend our investigation to one-dimensional (1D) periodic chains. Under the in-plane excitation of a silicon subwavelength-sized disk, we observe magnetic and electric anapoles of various orders, changing the geometry of the system. Interestingly, we observed a decoupling of the minimum in the far-field scattering and the maximum of energy localization in the disk, which takes place at well-separated wavelengths for in-plane excitation of the anapole as compared to the usual normal incidence case. On the other hand, through the excitation of the toroidal dipole, we demonstrate the efficient transmission above the light cone in a periodic structure formed by silicon subwavelength-sized disks. Finally, we predict the closure of the Bragg bandgap due to the interaction between electric and magnetic dipoles in a periodic structure formed by silicon nanobricks. Our results highlight significant differences between multipoles interferences when the particles are illuminated from different directions and have direct implications for the use of wavelength-size disks in high-index PICs for applications ranging from biosensing and spectroscopy to nonlinear signal processing. / Debo agradecer a la Generalitat Valenciana que con su programa de becas Santiago Grisolía GRISOLIAP/2018/164 me permitió comenzar este camino. Al Instituto de Tecnología Nanofotónica y a la Universidad Politécnica de Valencia por darme la oportu- nidad de labrar mi camino hacia el título de Doctor of Philosophy in Telecommunications Engineering en sus instalaciones. / Díaz Escobar, E. (2023). Investigation of Multipolar Interference in Silicon Disks for on-Chip Photonics [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192830

[ES] En los últimos años, la fotónica integrada programable ha evolucionado desde considerarse un paradigma nuevo y prometedor para implementar la fotónica a una escala más amplia hacia convertirse una realidad sólida y revolucionaria, capturando la atención de numerosos grupos de investigación e industrias. Basada en el mismo fundamento teórico que las matrices de puertas lógicas programables en campo (o FPGAs, en inglés), esta tecnología se sustenta en la disposición bidimensional de bloques unitarios de lógica programable (en inglés: PUCs) que -mediante una programación adecuada de sus actuadores de fase- pueden implementar una gran variedad de funcionalidades que pueden ser elaboradas para operaciones básicas o más complejas en muchos campos de aplicación como la inteligencia artificial, el aprendizaje profundo, los sistemas de información cuántica, las telecomunicaciones 5/6-G, en redes de conmutación, formando interconexiones en centros de datos, en la aceleración de hardware o en sistemas de detección, entre otros. En este trabajo, nos dedicaremos a explorar varias aplicaciones software de estos procesadores en diferentes diseños de chips. Exploraremos diferentes enfoques de vanguardia basados en la optimización computacional y la teoría de grafos para controlar y configurar con precisión estos dispositivos. Uno de estos enfoques, la autoconfiguración, consiste en la síntesis automática de circuitos ópticos -incluso en presencia de efectos parasitarios como distribuciones de pérdidas no uniformes a lo largo del diseño hardware, o bajo interferencias ópticas y eléctricas- sin conocimiento previo sobre el estado del dispositivo. Hay ocasiones, sin embargo, en las que el acceso a esta información puede ser útil. Las herramientas de autocalibración y autocaracterización nos permiten realizar una comprobación rápida del estado de nuestro procesador fotónico, lo que nos permite extraer información útil como la corriente eléctrica que suministrar a cada actuador de fase para cambiar el estado de su PUC correspondiente, o las pérdidas de inserción de cada unidad programable y de las interconexiones ópticas que rodean a la estructura. Estos mecanismos no solo nos permiten identificar rápidamente cualquier PUC o región del chip defectuosa en nuestro diseño, sino que también revelan otra alternativa para programar circuitos fotónicos en nuestro diseño a partir de valores de corriente predefinidos. Estas estrategias constituyen un paso significativo para aprovechar todo el potencial de estos dispositivos. Proporcionan soluciones para manejar cientos de variables y gestionar simultáneamente múltiples acciones de configuración, una de las principales limitaciones que impiden que esta tecnología se extienda y se convierta en disruptiva en los próximos años. / [CA] En els darrers anys, la fotònica integrada programable ha evolucionat des de considerarse un paradigma nou i prometedor per implementar la fotònica a una escala més ampla cap a convertir-se en una realitat sòlida i revolucionària, capturant l'atenció de nombrosos grups d'investigaciò i indústries. Basada en el mateix fonament teòric que les matrius de portes lògiques programable en camp (o FPGAs, en anglès), aquesta tecnología es sustenta en la disposición bidimensional de blocs units lògics programables (en anglès: PUCs) que -mitjançant una programación adequada dels seus actuadors de fase- poden implementar una gran varietat de funcionalitats que poden ser elaborades per a operacions bàsiques o més complexes en molts camps d'aplicació com la intel·ligència artificial, l'aprenentatge profund, els sistemes d'informació quàntica, les telecomunicacions 5/6-G, en xarxes de comutació, formant interconnexions en centres de dades, en l'acceleració de hardware o en sistemes de detecció, entre d'altres. En aquest treball, ens dedicarem a explorar diverses capatitats de programari d'aquests processadors en diferents dissenys de xips. Explorem diferents enfocaments de vanguardia basats en l'optimització computacional i la teoría de grafs per controlar i configurar amb precisió aquests dispositius. Un d'aquests enfocaments, l'autoconfiguració, tracta de la síntesi automática de circuits òptics -fins i tot en presencia d'efectes parasitaris com ara pèrdues no uniformes o crosstalk òptic i elèctric- sense cap coneixement previ sobre l'estat del dispositiu. Tanmateix, hi ha ocasions en les quals l'accés a aquesta información pot ser útil. Les eines d'autocalibració i autocaracterització ens permeten realizar una comprovació ràpida de l'estat del nostre procesador fotònic, el que ens permet obtener informació útil com la corrent eléctrica necessària per alimentar cada actuador de fase per canviar l'estat del seu PUC corresponent o la pèrdua d'inserció de cada unitat programable i de les interconnexions òptiques que envolten l'estructura. Aquests mecanisms no només ens permeten identificar ràpidament qualsevol PUC o área del xip defectuosa en el nostre disseny , sinó que també ens mostren una altra alternativa per programar circuits fotònics en el nostre disseny a partir de valors de corrent predefinits. Aquestes estratègies constitueixen un pas gegant per a aprofitar tot el potencial d'aquests dispositius. Proporcionen solucions per a gestionar centenars de variables i alhora administrar múltiples accions de configuració, una de les principals limitacions que impideixen que aquesta tecnología esdevingui disruptiva en els pròxims anys. / [EN] In recent years, programmable integrated photonics (PIP) has evolved from a promising, new paradigm to deploy photonics to a larger scale to a solid, revolutionary reality, bringing up the attention of numerous research and industry players. Based on the same theoretical foundations than field-programmable gate arrays (FPGAs), this technology relies on common, two-dimensional integrated optical hardware configurations based on the interconnection of programmable unit cells (PUCs), which -by suitable programming of their phase actuators- can implement a variety of functionalities that can be elaborated for basic or more complex operation in many application fields, such as artificial intelligence, deep learning, quantum information systems, 5/6-G telecommunications, switching, data center interconnections, hardware acceleration and sensing, amongst others. In this work, we will dedicate ourselves to explore several software capabilities of these processors under different chip designs. We explore different cutting-edge approaches based on computational optimization and graph theory to precisely control and configure these devices. One of these, self-configuration, deals with the automated synthesis of optical circuit configurations -even in presence of parasitic effects such as nonuniform losses, optical and electrical crosstalk- without any need for prior knowledge about hardware state. There are occasions, though, in which accessing to this information may be of use. Self-calibration and self-characterization tools allow us to perform a quick check to our photonic processor's status, allowing us to retrieve useful pieces of information such as the electrical current needed to supply to each phase actuator to change its corresponding PUC state arbitrarily or the insertion loss of every unit cell and optical interconnection surrounding the structure. These mechanisms not only allow us to quickly identify any malfunctioning PUCs or chip areas in our design, but also reveal another alternative to program photonic circuits in our design from current pre-sets. These strategies constitute a gigantic step to unleash all the potential of these devices. They provide solutions to handle with hundreds of variables and simultaneously manage multiple configuration actions, one of the main limitations that prevent this technology to scale up and become disruptive in the years to come. / López Hernández, A. (2023). Multipurpose Programmable Integrated Photonics: Principles and Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196867

Tesis por compendio / [ES] En los últimos años, el aprendizaje profundo (DL) se ha convertido en una de las principales áreas de la inteligencia artificial (IA), impulsado principalmente por el avance en la capacidad de procesamiento. Los algoritmos basados en DL han logrado resultados asombrosos en la comprensión y manipulación de diversos tipos de datos, incluyendo imágenes, señales de habla y texto. La revolución digital del sector sanitario ha permitido la generación de nuevas bases de datos, lo que ha facilitado la implementación de modelos de DL bajo el paradigma de aprendizaje supervisado. La incorporación de estos métodos promete mejorar y automatizar la detección y el diagnóstico de enfermedades, permitiendo pronosticar su evolución y facilitar la aplicación de intervenciones clínicas de manera más efectiva. Una de las principales limitaciones de la aplicación de algoritmos de DL supervisados es la necesidad de grandes bases de datos anotadas por expertos, lo que supone una barrera importante en el ámbito médico. Para superar este problema, se está abriendo un nuevo campo de desarrollo de estrategias de aprendizaje no supervisado o débilmente supervisado que utilizan los datos disponibles no anotados o débilmente anotados. Estos enfoques permiten aprovechar al máximo los datos existentes y superar las limitaciones de la dependencia de anotaciones precisas. Para poner de manifiesto que el aprendizaje débilmente supervisado puede ofrecer soluciones óptimas, esta tesis se ha enfocado en el desarrollado de diferentes paradigmas que permiten entrenar modelos con bases de datos débilmente anotadas o anotadas por médicos no expertos. En este sentido, se han utilizado dos modalidades de datos ampliamente empleadas en la literatura para estudiar diversos tipos de cáncer y enfermedades inflamatorias: datos ómicos e imágenes histológicas. En el estudio sobre datos ómicos, se han desarrollado métodos basados en deep clustering que permiten lidiar con las altas dimensiones inherentes a este tipo de datos, desarrollando un modelo predictivo sin la necesidad de anotaciones. Al comparar el método propuesto con otros métodos de clustering presentes en la literatura, se ha observado una mejora en los resultados obtenidos. En cuanto a los estudios con imagen histológica, en esta tesis se ha abordado la detección de diferentes enfermedades, incluyendo cáncer de piel (melanoma spitzoide y neoplasias de células fusocelulares) y colitis ulcerosa. En este contexto, se ha empleado el paradigma de multiple instance learning (MIL) como línea base en todos los marcos desarrollados para hacer frente al gran tamaño de las imágenes histológicas. Además, se han implementado diversas metodologías de aprendizaje, adaptadas a los problemas específicos que se abordan. Para la detección de melanoma spitzoide, se ha utilizado un enfoque de aprendizaje inductivo que requiere un menor volumen de anotaciones. Para abordar el diagnóstico de colitis ulcerosa, que implica la identificación de neutrófilos como biomarcadores, se ha utilizado un enfoque de aprendizaje restrictivo. Con este método, el coste de anotación se ha reducido significativamente al tiempo que se han conseguido mejoras sustanciales en los resultados obtenidos. Finalmente, considerando el limitado número de expertos en el campo de las neoplasias de células fusiformes, se ha diseñado y validado un novedoso protocolo de anotación para anotaciones no expertas. En este contexto, se han desarrollado modelos de aprendizaje profundo que trabajan con la incertidumbre asociada a dichas anotaciones. En conclusión, esta tesis ha desarrollado técnicas de vanguardia para abordar el reto de la necesidad de anotaciones precisas que requiere el sector médico. A partir de datos débilmente anotados o anotados por no expertos, se han propuesto novedosos paradigmas y metodologías basados en deep learning para abordar la detección y diagnóstico de enfermedades utilizando datos ómicos e imágenes histológicas. / [CA] En els últims anys, l'aprenentatge profund (DL) s'ha convertit en una de les principals àrees de la intel·ligència artificial (IA), impulsat principalment per l'avanç en la capacitat de processament. Els algorismes basats en DL han aconseguit resultats sorprenents en la comprensió i manipulació de diversos tipus de dades, incloent-hi imatges, senyals de parla i text. La revolució digital del sector sanitari ha permés la generació de noves bases de dades, la qual cosa ha facilitat la implementació de models de DL sota el paradigma d'aprenentatge supervisat. La incorporació d'aquests mètodes promet millorar i automatitzar la detecció i el diagnòstic de malalties, permetent pronosticar la seua evolució i facilitar l'aplicació d'intervencions clíniques de manera més efectiva. Una de les principals limitacions de l'aplicació d'algorismes de DL supervisats és la necessitat de grans bases de dades anotades per experts, la qual cosa suposa una barrera important en l'àmbit mèdic. Per a superar aquest problema, s'està obrint un nou camp de desenvolupament d'estratègies d'aprenentatge no supervisat o feblement supervisat que utilitzen les dades disponibles no anotades o feblement anotats. Aquests enfocaments permeten aprofitar al màxim les dades existents i superar les limitacions de la dependència d'anotacions precises. Per a posar de manifest que l'aprenentatge feblement supervisat pot oferir solucions òptimes, aquesta tesi s'ha enfocat en el desenvolupat de diferents paradigmes que permeten entrenar models amb bases de dades feblement anotades o anotades per metges no experts. En aquest sentit, s'han utilitzat dues modalitats de dades àmpliament emprades en la literatura per a estudiar diversos tipus de càncer i malalties inflamatòries: dades ómicos i imatges histològiques. En l'estudi sobre dades ómicos, s'han desenvolupat mètodes basats en deep clustering que permeten bregar amb les altes dimensions inherents a aquesta mena de dades, desenvolupant un model predictiu sense la necessitat d'anotacions. En comparar el mètode proposat amb altres mètodes de clustering presents en la literatura, s'ha observat una millora en els resultats obtinguts. Quant als estudis amb imatge histològica, en aquesta tesi s'ha abordat la detecció de diferents malalties, incloent-hi càncer de pell (melanoma spitzoide i neoplàsies de cèl·lules fusocelulares) i colitis ulcerosa. En aquest context, s'ha emprat el paradigma de multiple instance learning (MIL) com a línia base en tots els marcs desenvolupats per a fer front a la gran grandària de les imatges histològiques. A més, s'han implementat diverses metodologies d'aprenentatge, adaptades als problemes específics que s'aborden. Per a la detecció de melanoma spitzoide, s'ha utilitzat un enfocament d'aprenentatge inductiu que requereix un menor volum d'anotacions. Per a abordar el diagnòstic de colitis ulcerosa, que implica la identificació de neutròfils com biomarcadores, s'ha utilitzat un enfocament d'aprenentatge restrictiu. Amb aquest mètode, el cost d'anotació s'ha reduït significativament al mateix temps que s'han aconseguit millores substancials en els resultats obtinguts. Finalment, considerant el limitat nombre d'experts en el camp de les neoplàsies de cèl·lules fusiformes, s'ha dissenyat i validat un nou protocol d'anotació per a anotacions no expertes. En aquest context, s'han desenvolupat models d'aprenentatge profund que treballen amb la incertesa associada a aquestes anotacions. En conclusió, aquesta tesi ha desenvolupat tècniques d'avantguarda per a abordar el repte de la necessitat d'anotacions precises que requereix el sector mèdic. A partir de dades feblement anotades o anotats per no experts, s'han proposat nous paradigmes i metodologies basats en deep learning per a abordar la detecció i diagnòstic de malalties utilitzant dades *ómicos i imatges histològiques. Aquestes innovacions poden millorar l'eficàcia i l'automatització en la detecció precoç i el seguiment de malalties. / [EN] In recent years, deep learning (DL) has become one of the main areas of artificial intelligence (AI), driven mainly by the advancement in processing power. DL-based algorithms have achieved amazing results in understanding and manipulating various types of data, including images, speech signals and text. The digital revolution in the healthcare sector has enabled the generation of new databases, facilitating the implementation of DL models under the supervised learning paradigm. Incorporating these methods promises to improve and automate the detection and diagnosis of diseases, allowing the prediction of their evolution and facilitating the application of clinical interventions with higher efficacy. One of the main limitations in the application of supervised DL algorithms is the need for large databases annotated by experts, which is a major barrier in the medical field. To overcome this problem, a new field of developing unsupervised or weakly supervised learning strategies using the available unannotated or weakly annotated data is opening up. These approaches make the best use of existing data and overcome the limitations of reliance on precise annotations. To demonstrate that weakly supervised learning can offer optimal solutions, this thesis has focused on developing different paradigms that allow training models with weakly annotated or non-expert annotated databases. In this regard, two data modalities widely used in the literature to study various types of cancer and inflammatory diseases have been used: omics data and histological images. In the study on omics data, methods based on deep clustering have been developed to deal with the high dimensions inherent to this type of data, developing a predictive model without requiring annotations. In comparison, the results of the proposed method outperform other existing clustering methods. Regarding histological imaging studies, the detection of different diseases has been addressed in this thesis, including skin cancer (spitzoid melanoma and spindle cell neoplasms) and ulcerative colitis. In this context, the multiple instance learning (MIL) paradigm has been employed as the baseline in all developed frameworks to deal with the large size of histological images. Furthermore, diverse learning methodologies have been implemented, tailored to the specific problems being addressed. For the detection of spitzoid melanoma, an inductive learning approach has been used, which requires a smaller volume of annotations. To address the diagnosis of ulcerative colitis, which involves the identification of neutrophils as biomarkers, a constraint learning approach has been utilized. With this method, the annotation cost has been significantly reduced while achieving substantial improvements in the obtained results. Finally, considering the limited number of experts in the field of spindle cell neoplasms, a novel annotation protocol for non-experts has been designed and validated. In this context, deep learning models that work with the uncertainty associated with such annotations have been developed. In conclusion, this thesis has developed cutting-edge techniques to address the medical sector's challenge of precise data annotation. Using weakly annotated or non-expert annotated data, novel paradigms and methodologies based on deep learning have been proposed to tackle disease detection and diagnosis in omics data and histological images. These innovations can improve effectiveness and automation in early disease detection and monitoring. / The work of Rocío del Amor to carry out this research and to elaborate this dissertation has been supported by the Spanish Ministry of Universities under the FPU grant FPU20/05263. / Amor Del Amor, MRD. (2023). Deep Learning Strategies for Overcoming Diagnosis Challenges with Limited Annotations [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/200227 / Compendio

[ES] El planteamiento inicial de esta investigación surgió buscando una justificación lógica que ayudara en la interpretación de la música que los compositores tratan de plasmar por escrito en la partitura, a través de indicaciones en ocasiones poco concretas, con la finalidad de explicar al oyente la trama argumental y la expresividad inherente de la pieza. Con este estudio se pretende descubrir los patrones de trabajo utilizados por Franz Liszt en el diseño de estructuras pequeñas o microformas musicales, para así poder establecer el nexo entre éstas y lo que quiere evocar o describir con ellas. Para ello surge la propuesta de catalogar los recursos descriptivos y procedimientos compositivos y pianísticos usados por el pianista y compositor húngaro. El buscar e interrelacionar la idea programática de sus obras con el pensamiento descriptivo musical que las inspiró, analizar los recursos compositivos que utilizó para profundizar en la razón expresiva que motivó la importante transformación y renovación de las formas clásicas que efectuó y por último, estudiar el proceso de elaboración individual de la estructura formal de cada obra, así como buscar los paralelismos o semejanzas con las ideas descriptivas y las figuraciones o recursos musicales empleados por Franz Liszt. / [CA] El plantejament inicial d'aquesta investigació va sorgir buscant una justificació lògica que ajudara en la interpretació de la música que els compositors intenten plasmar per escrit a la partitura, a través d'indicacions de vegades poc concretes, amb la finalitat d'explicar a l'oient la trama argumental i la expressivitat inherent de la peça. Amb aquest estudi es pretén descobrir els patrons de treball utilitzats per Franz Liszt en el disseny d'estructures menudes o microformes musicals, per poder establir el nexe entre aquestes i el que vol evocar o descriure amb elles. Per això sorgeix la proposta de catalogar els recursos descriptius i procediments compositius i pianístics usats pel pianista i compositor hongarès. Buscar i interrelacionar la idea programàtica de les seves obres amb el pensament descriptiu musical que les va inspirar, analitzar els recursos compositius que va utilitzar per aprofundir en la raó expressiva que va motivar la important transformació i renovació de les VI formes clàssiques que va efectuar, finalment, estudiar el procés d'elaboració individual de l'estructura formal de cada obra, així com cercar els paral·lelismes o semblances amb les idees descriptives i les figuracions o recursos musicals emprats per Franz Liszt. / [EN] The initial approach of this research arose looking for a logical justification that would help in the interpretation of the music that the composers try to capture in writing in the score, through indications sometimes not awfully specific, to explain to the listener the plot and the inherent expressiveness of the piece. The aim of this study is to discover the work patterns used by Franz Liszt in the design of small structures or musical microforms, to establish the link between them and what he wants to evoke or describe with them. For this, the proposal arises to catalog the descriptive resources and compositional and pianistic procedures used by the Hungarian pianist and composer. The search for and interrelate the programmatic idea of his works with the musical descriptive thought that inspired them, analyze the compositional resources that he used to delve into the expressive reason that motivated the important transformation and renewal of the classical forms that he carried out and finally, study the process of individual elaboration of the formal structure of each work, as well as looking for the parallels or similarities with the descriptive ideas and the figurations or musical resources used by Franz Liszt. / Esplugues Esplugues, FJ. (2023). Procedimientos y recursos descriptivos del lenguaje pianístico de Franz Liszt. Los tres années de pèlerinage S.160, S.161 Y S.163 [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202193