[ES] Esta tesis doctoral tiene como reto la mejora de precisión de un sistema de localización en interiores cuya aplicación principal es el entorno hospitalario. Se apuesta por una novedosa técnica importada recientemente a la tecnología y especificación Bluetooth denominada AoA, con la que se pretende cubrir todos los casos de uso a los que tecnologías existentes no pueden abordar debido a su limitación en la precisión. Gracias a la combinación de esta nueva técnica de posicionamiento junto con sus predecesoras, la solución puede llegar a cubrir otros escenarios de manera precisa y eficiente como la ubicación a nivel de cama, sillón o consulta, gracias al trabajo realizado en el marco de esta tesis, donde se ha mejorado la plataforma de localización de manera holística en los distintos elementos que la componen, buscando una relación coste-efectividad óptima: electrónica, radiofrecuencia y telemática. / [CA] Aquesta tesi doctoral té com a repte la millora de precisió d'un sistema de localització en interiors l'aplicació principal dels quals és l'entorn hospitalari. S'aposta per una nova tècnica importada recentment a la tecnologia i especificació Bluetooth denominada AoA, amb la qual es pretén cobrir tots els casos d'ús als quals tecnologies existents no poden abordar a causa de la seua limitació en la precisió. Gràcies a la combinació d'aquesta nova tècnica de posicionament juntament amb les seues predecessores, la solució pot arribar a cobrir altres escenaris de manera precisa i eficient com la ubicació a nivell de llit, butaca o consulta, gràcies al treball realitzat en el marc d'aquesta tesi, on s'ha millorat la plataforma de localització de manera holística en els diferents elements que la componen, buscant una relació cost-efectivitat òptima: electrònica, radiofreqüència i telemàtica. / [EN] The challenge of this doctoral thesis is to improve the precision of an indoor location system whose main application is the hospital environment. Work has been done on a new technique recently imported into Bluetooth technology and specification called AoA, which is intended to cover all use cases that existing technologies cannot solve due to their limitation in precision. Thanks to the combination of this new positioning technique together with its predecessors, the solution can cover other scenarios with precision and efficiency such as location at the bed, chair or box, thanks to the work carried out within the framework of this thesis, where the location platform has been improved holistically in the different elements that make it up, looking for an optimal cost-effectiveness relationship: electronics, radio frequency and telematics. / Casanova Murillo, M. (2024). Sistemas de localización en interiores en banda UHF [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207553

[ES] El escenario actual de las comunicaciones inalámbricas está definido por el progresivo despliegue del 5G que ha establecido altos estándares en tasas binarias, fiabilidad, eficiencia, número de conexiones y latencia. El despliegue inicial del 5G se ha producido en las bandas denominadas sub-6 GHz debido a su compatibilidad con la infraestructura ya desplegada. Una de las novedades del 5G es la subdivisión en pequeñas celdas que requerirá la instalación de puntos de acceso interiores mediante antenas de múltiples puertos, altamente eficientes y compatibles con la tecnología MIMO. Como consecuencia, la necesidad de este tipo de antenas ha experimentado un crecimiento en su demanda. El diseño de este tipo de antenas resulta complejo y requiere de muchos recursos computacionales cuando el número de puertos es elevado. Esta tesis aborda el diseño y análisis de antenas respaldadas por cavidades con alimentación múltiple con la novedad de introducir nuevas metodologías basadas en el análisis de modos característicos (CMA) para el diseño sistemático de este tipo de soluciones para simplificar el proceso de diseño y simulación. Además, todas las soluciones se analizan desde la perspectiva de canal para su evaluación en un entorno real de un sistema con tecnología MIMO. Otro desafío que ha supuesto el sistema 5G es el crecimiento exponencial en la demanda de pequeñas antenas para su integración en dispositivos de tamaño reducido debido al desarrollo de nuevas aplicaciones para el Internet de las Cosas (IoT). En particular, las bandas ISM de 433 MHz, 868/915 MHz y 2.4 GHz son las que más atención han recibido para albergar estas aplicaciones. Las técnicas de miniaturización se vuelven imprescindibles cuando el espacio es tan limitado y considerando que el dispositivo puede ser incluso entre 10 y 20 veces más pequeño que la longitud de onda de la frecuencia de la banda utilizada. Los fabricantes de antenas han introducido antenas cerámicas conocidas como chip antenas que se instalan en placas de circuito impreso (PCB) como solución a esta problemática. Junto con las antenas chip, se proporcionan unas pautas de instalación genéricas en las que falta información del funcionamiento físico de la antena. En esta tesis, varias antenas tipo chip se han diseñado y fabricado con tecnología LTCC para proporcionar más información sobre sus propiedades de radiación y su localización óptima para excitar los modos deseados de la PCB donde se instalan. Un nuevo parámetro basado en CMA se ha propuesto mediante la correlación entre los campos totales y modales para proporcionar información física sobre esta temática. / [CA] L'escenari actual de les comunicacions sense fils està definit pel progressiu desplegament del 5G que ha establit alts estàndards en taxes binàries, fiabilitat, eficiència, nombre de connexions i latència. El desplegament inicial del 5G s'ha produït en les bandes denominades sub-6 GHz a causa de la seua compatibilitat amb la infraestructura ja desplegada. Una de les novetats del 5G és la subdivisió en xicotetes cèl·lules que requerirà la instal·lació de punts d'accés interiors que requeriran antenes de múltiples ports altament eficients compatibles amb la tecnologia MIMO. Com a consequencia, la necessitat d'este tipus d'antenes ha experimentat un creixement en la seua demanda. El disseny d'estes antenes es torna complex i requerix molts recursos computacionals quan s'augmenta el nombre de ports. Esta tesi aborda el disseny i anàlisi de solucions recolzades per cavitats amb alimentació múltiple amb la novetat d'introduir noves metodologies basades en l'anàlisi de modes característics (CMA) per simplificar el procés de disseny i simulació de estes antenes. A més, totes les solucions s'analitzen des de la perspectiva de canal per a la seua avaluació en un entorn real de sistema MIMO. Un altre desafiament que ha suposat el sistema 5G és el creixement exponencial en la demanda d'integració de xicotetes antenes en dispositius de tamany reduït i el desenvolupament de noves aplicacions per a la Internet de les Coses (IoT). En particular, les bandes ISM que operen a 433 MHz, 868/915 MHz i 2.4 GHz són les mes demandades per a estes aplicacions. Les tècniques de miniaturització es tornen imprescindibles quan l'espai és tan limitat i considerant que el dispositiu pot ser fins i tot entre 10 i 20 vegades més xicotet que la longitud d'ona de la banda de freqüència utilitzada. Els fabricants d'antenes han introduït antenes tipus xip ceràmiques instal·lades en plaques de circuit imprés (PCB) com a solució a esta problematica. Juntament amb les antenes xip, es proporcionen unes pautes d'instal·lació genèriques sense cap justificació física adicional. En esta tesi, diverses antenes tipus xip s'han dissenyat i fabricat internament amb tecnologia LTCC per a proporcionar més informació sobre les seues propietats de radiació i la seua localització òptima per a excitar els modes desitjats de la PCB on s'instal·len. Un nou paràmetre basat en CMA s'ha proposat mitjançant la correlació entre els camps totals i modals per a proporcionar informació física sobre esta temàtica. / [EN] The current wireless communication scenario is defined by the progressive deployment of the 5$^{th}$ generation (5G) wireless communication system, which has established high standards in data rate, reliability, efficiency, number of connections, and latency. The early deployment of the 5G has taken place in the so-called sub-6 GHz bands due to its compatibility with the previously deployed infrastructure. One of the novelties of the 5G is the subdivision into small cell coverage areas, which will require the installation of indoor access points requiring multiple port antennas with high efficiency compatible with the Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) technology. As a result, the need for this kind of antenna has increased. The design of these antennas becomes complex and time-demanding when the number of ports is increased. This thesis deals with the design and analysis of multiple-fed cavity-backed solutions with the novelty of introducing new characteristic modes analysis (CMA) based methodologies for the systematic design of this kind of solution, which simplifies the design and calculation process. In addition, all the solutions are analyzed regarding the channel perspective for their evaluation in a real MIMO system environment. Another challenge that brings the 5G system is the exponential growth in the demand for the integration of small antennas in size-limited devices introduced by the all-connected concept and the development of new applications for the Internet of Things (IoT). In particular, the 433 MHz, 868/915 MHz, and 2.4 GHz ISM bands are mainly used for these applications. Miniaturization techniques become imperative in such a limited space, considering that the device can be even 10-20 times smaller than the wavelength of the operating band. Antenna manufacturers have introduced ceramic chip antennas installed in printed circuit boards (PCBs) as the solution for this scenario. They are provided with generic installation guidelines without further physical insight. In this thesis, low-temperature co-fired ceramic (LTCC) chip antennas have been designed and fabricated in-house to provide more information about their radiation performance and optimum allocation to excite the desired modes on the installed PCB. A novel CMA parameter based on the correlation between total and modal fields is introduced to provide physical insight into this topic. / Molins Benlliure, J. (2024). Design and Analysis of 5G/IoT Antennas for sub-6 GHz Applications using Characteristic Modes Analysis [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213673

[ES] La polarización es una propiedad fundamental de la luz que tiene muchas implicaciones tanto en la vida diaria como en los desarrollos tecnológicos más avanzados que emplean la luz. En consecuencia, controlar la polarización de la luz representa una tarea crítica que debe ejecutarse en la mayoría de los sistemas fotónicos. Este proceso se realiza en forma extendida mediante dispositivos pasivos como transformadores de onda que inducen una cantidad fija de birrefringencia o mediante controladores de polarización mecánicos, cuyas principales desventajas son su incapacidad para producir un tipo específico de birrefringencia (lineal pura, circular o elíptica) y sus diseños voluminosos, lo cual los hace inadecuados para la integración. Así, la investigación se centra en otro tipo de controladores de polarización, basados principalmente en metamateriales y fenómenos ópticos no lineales. Al estudiar diferentes interacciones no lineales luz-materia, el fenómeno de dispersión de Brillouin estimulado hacia atrás (SBS) surge como un candidato atractivo para realizar el control de la polarización de la luz. Su respuesta al estímulo de una onda de luz intensa (bombeo) tiene características dependientes de la polarización, y es el proceso no lineal requiere la menor potencia óptica para activarse. Más aún, se ha demostrado continuamente su flexibilidad para el ajuste de la frecuencia y del ancho de banda alterando la respuesta de frecuencia de la onda de bombeo. Esta Tesis Doctoral está dedicada al estudio de las propiedades dependientes de la polarización del SBS con el objetivo de lograr el control total de la polarización de la luz en términos del control de la birrefringencia, la frecuencia y el ancho de banda. Aquí se proporcionan los fundamentos teóricos necesarios para generar y controlar tanto el tipo como la magnitud de la birrefringencia, así como también el retardo de grupo diferencial (DGD) y la dispersión de DGD (DGDD) en fibras ópticas. Los experimentos muestran que estos parámetros se pueden cambiar dinámicamente con sólo una ligera variación de la ganancia del sistema inducida por SBS. A continuación, se muestra que la polarización se puede controlar en un ancho de banda más amplio que la respuesta natural de Brillouin y que también se puede adaptar para proporcionar un cierto perfil de retardancia. El ensanchamiento espectral del controlador de polarización basado en SBS se logra a través de la ingeniería de la respuesta en frecuencia de la fase de Brillouin mediante la regulación retroalimentada del bombeo, a diferencia de esquemas anteriores basados en el control de la amplitud y del retardo de tiempo. Se demuestra el ensanchamiento de la retardancia desde 51 MHz (interacción natural de SBS) hasta 0.9 GHz, en conjunto con el aplanamiento de su espectro. Finalmente, son analizados diferentes dispositivos que emplean como subsistema central el controlador de polarización basado en SBS. De este análisis se deriva una nueva técnica fotónica para implementar filtros de microondas tanto de banda suprimida como de banda pasante. El principio de funcionamiento se fundamenta en la rotación del estado de polarización de la banda de interés utilizando el controlador de polarización basado en SBS, en combinación con una fotodetección balanceada sensible a la polarización. Estos conceptos permiten la implementación de un filtro de una única etapa de fibra que se puede conmutar dinámicamente de una respuesta rechaza banda a una respuesta pasa banda, incrementando así su flexibilidad y potencial aplicación. Las pruebas llevadas a cabo con una sola etapa de una fibra con dispersión desplazada muestran que es posible implementar una banda de rechazo con un rechazo muy elevado de 67 dB. La atenuación fuera de banda en la configuración pasa banda, que es de 30 dB, tiene un desempeño similar a otros filtros de microondas fotónicos basados en SBS. / [CA] La polarització és una propietat fonamental de la llum que té moltes implicacions tant en la vida diària com en els desenvolupaments tecnològics més avançats que empren la llum. En conseq\"uència, controlar la polarització de la llum representa una tasca crítica que ha d¿executar-se en la majoria dels sistemes fotònics. Este procés es realitza en forma estesa mitjançant dispositius passius com a transformadors d'ona que induïxen una quantitat fixa de birefringència o mitjançant controladors de polarització mecànics, els principals desavantatges de la qual són la seua incapacitat per a produir un tipus específic de birefringència (lineal pura, circular o el líptica) i els seus dissenys voluminosos, la qual cosa els fa inadequats per a la integració. Així, la investigació se centra en un altre tipus de controladors de polarització, basats principalment en metamaterials i fenòmens òptics no lineals. En estudiar diferents interaccions no lineals llum-matèria, elfenomen de dispersió de Brillouin estimulat cap arrere (SBS) sorgix com un candidat atractiu per a realitzar el control de la polarització de la llum. La seua resposta a l'estímul d'una ona de llum intensa (bombament) té característiques dependents de la polarització, i és el procés no lineal requerix la menor potència òptica per a activar-se. Més encara, s'ha demostrat contínuament la seua flexibilitat per a l'ajust de la freqüència i de l'amplada de banda alterant la resposta de freqüència de l'ona de bombament. Esta Tesi Doctoral està dedicada a l'estudi de les propietats dependents de la polarització del SBS amb l'objectiu d'aconseguir el control total de la polarització de la llum en termes del control de la birefringència, la freqüència i l'amplada de banda. Ací es proporcionen els fonaments teòrics necessaris per a generar i controlar tant el tipus com la magnitud de la birefringència, així com també el retard de grup diferencial (DGD) i la dispersió de DGD (DGDD) en fibres òptiques. Els experiments mostren que estos paràmetres es poden canviar dinàmicament amb només una lleugera variació del guany del sistema induïda per SBS. A continuació, es mostra que la polarització es pot controlar en una amplada de banda més àmplia que la resposta natural de Brillouin i que també es pot adaptar per a proporcionar un cert perfil de retardancia. L'eixamplament espectral del controlador de polarització basat en SBS s'aconseguix a través de l'enginyeria de la resposta en freqüència de la fase de Brillouin mitjançant la regulació retroalimentada del bombament, a diferència d'esquemes anteriors basats en el control de l'amplitud i del retard de temps. Es demostra l'eixamplament de la retardancia des de 51 MHz (interacció natural de SBS) fins a 0.9 GHz, en conjunt amb l'aplanament del seu espectre. Finalment, són analitzats diferents dispositius que empren com a subsistema central el controlador de polarització basat en SBS. D'esta anàlisi es deriva una nova tècnica fotònica per a implementar filtres de microones tant de banda suprimida com de banda passant. El principi de funcionament es fonamenta en la rotació de l'estat de polarització de la banda d'interés utilitzant el controlador de polarització basat en SBS, en combinació amb una fotodetecció balancejada sensible a la polarització. Estos conceptes permeten la implementació d'un filtre d'una única etapa de fibra que es pot commutar dinàmicament d'una resposta rebutja banda a una resposta passa banda, incrementant així la seua flexibilitat i potencial aplicació. Les proves dutes a terme amb una sola etapa d'una fibra amb dispersió desplaçada mostren que és possible implementar una banda de rebuig amb un rebuig molt elevat de 67 dB. L'atenuació fora de banda en la configuració passa banda, que és de 30 dB, té un acompliment similar a altres filtres de microones fotònics basats en SBS. / [EN] Polarization is a fundamental property of light that has many implications in daily life as well as in the most advanced technological developments that employ light. Consequently, controlling the polarization of light represents a critical task that must be executed in most photonic systems. This process is extensively done by passive devices such as waveplates that induce a fixed amount of birefringence or by mechanical polarization controllers, whose main disadvantages are their inability to produce a specific type of birefringence (pure linear, circular, or elliptical) and their bulky designs, which make them unsuitable for integration. Consequently, research is focused on other types of polarization controllers, mainly based on metamaterials and nonlinear optic phenomena. When studying different nonlinear light-matter interactions, backward-stimulated Brillouin Scattering (SBS) emerges as an appealing candidate for performing polarization control of light. Its response to the stimulus of an intense light wave (pump) has polarization-dependent characteristics, and the nonlinear process requires the least optical power to be activated. Moreover, its frequency and bandwidth tuning flexibility have been continuously proven by altering the frequency response of the pumping wave. This PhD Thesis is devoted to studying the polarization-dependent properties of SBS to achieve full polarization control of light in terms of birefringence, frequency, and bandwidth. Here, the theoretical background required to generate and control both the type and magnitude of the birefringence is provided, as well as differential group delay (DGD) and DGD dispersion (DGDD) in optical fibers. Experiments show these parameters can be dynamically changed with only slightly variation of the system's SBS-induced gain. Next, it is shown that polarization can be controlled in a bandwidth wider than the natural Brillouin response and can also be tailored to provide a specific retardance profile. The spectral broadening of the SBS-based polarization controller is achieved through the engineering of Brillouin phase frequency response via feedback pump regulation, unlike previous schemes based on amplitude and time delay control. Retardance broadening from 51 MHz (natural SBS interaction) to 0.9 GHz, along with retardance spectrum flattening, is demonstrated. Finally, different devices that employ the SBS-based polarization controller as a core subsystem are analyzed. This analysis derives a new photonic technique to implement both stopband and passband microwave filters. The principle of operation relies on rotating the state of polarization of the band of interest using the SBS-based polarization controller in combination with polarization-sensitive balanced photodetection. These concepts permit implementing a single-fiber stage filter that can be dynamically switched from a stopband response to a passband response, thus enhancing its flexibility and application potential. Tests carried out with a single stage of a dispersion-shifted fiber show that a very high rejection of 67 dB can be implemented in the stopband. Out-of-band attenuation in the passband configuration, which is 30 dB, performs similarly to other SBS-based microwave photonic filters. / Zoireff Juárez, G. (2024). Brillouin-Based Full Polarization Control of Light and Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/205395

[ES] Las redes móviles de quinta generación (5G) destacan por su robustez, superando las prestaciones ofrecidas por sus predecesoras. Estas redes, comúnmente denominadas 5G, posibilitan mejoras significativas en los indicadores clave de rendimiento (KPIs, por sus siglas en inglés) con el propósito de respaldar casos de uso y servicios avanzados. Estos KPIs se clasifican en tres escenarios fundamentales: Banda Ancha Móvil Mejorada (eMBB, por sus siglas en inglés), Comunicaciones Ultra Fiables y de Baja Latencia (uRLLC, por sus siglas en inglés) y Comunicaciones Masivas entre Máquinas (mMTC, por sus siglas en inglés). El escenario eMBB se orienta primordialmente hacia servicios que demandan elevadas tasas de transmisión y recepción para garantizar una experiencia de usuario mejorada. En contraste, uRLLC aborda situaciones que requieren estrictos estándares de baja latencia y alta confiabilidad en la red, como es el caso de aplicaciones en tiempo real, donde la pronta respuesta de la red es indispensable. Por su parte, el escenario mMTC se refiere a aplicaciones y servicios que solicitan el respaldo de la red para la conectividad masiva de dispositivos por kilómetro cuadrado, además de una eficiencia energética mejorada. Entre los servicios y aplicaciones más destacados, se encuentran aquellos basados en comunicaciones vehiculares mediante la red celular, conocidos en el estándar como comunicaciones V2X. En términos generales, la comunicación V2X engloba el intercambio de paquetes entre vehículos y diversos elementos de la red. Cuando estas comunicaciones se efectúan mediante estándares basados en redes móviles, ya sea en LTE o NR, la interfaz radio de 5G, se denominan C-V2X. En este contexto, las comunicaciones Vehículo a Vehículo (V2V) posibilitan el intercambio de paquetes entre vehículos, mientras que las comunicaciones de Vehículos con Infraestructuras (V2I) facilitan el intercambio entre vehículos e infraestructuras de red. Por su parte, las comunicaciones de Vehículos con Peatones (V2P) comprenden la transferencia de paquetes entre vehículos y dispositivos portados por peatones, y las comunicaciones Vehículo a Red (V2N) permiten el intercambio de tráfico V2X entre vehículos y la red. Cada tipo de comunicación posibilita la implementación de diversos servicios, desde funciones básicas hasta aplicaciones avanzadas que exigen potenciales requerimientos por parte de la red. En esta Tesis Doctoral, se llevó a cabo una revisión exhaustiva del estándar para comunicaciones V2X LTE y NR V2X, destacando particularmente los modos de comunicación descentralizados, como se mencionó anteriormente. Posteriormente, se realizó una campaña de simulaciones a nivel de sistema para configurar escenarios V2X conforme a las especificaciones del 3GPP. Los resultados obtenidos permitieron evidenciar que las prestaciones del modo 4 en LTE son adecuadas para servicios básicos que no requieren un alto throughput, bajas latencias o estrictos criterios de fiabilidad en la red. En contraste, mediante el modo 2 de NR V2X, se observó un rendimiento mejorado, lo que permite la adaptación a servicios V2X avanzados. Asimismo, se demostró que altas numerologías contribuyen a un mejor comportamiento del sistema al proporcionar una mayor diversidad de recursos, reduciendo la probabilidad de que dos vehículos utilicen los mismos recursos para sus transmisiones en el modo descentralizado. Además, se comprobó que en NR V2X es crucial una combinación adecuada de numerologías, anchos de banda de canal y tamaño de los subcanales sidelink, según los servicios V2X a implementar. Finalmente, se analizó la incorporación de tecnologías de múltiples accesos radio (multi-RAT) con el fin de respaldar servicios avanzados y mejorar la interoperabilidad mediante el uso de tecnologías de acceso basadas en LTE y NR, especialmente en escenarios con múltiples operadores de red móvil (MNOs), interfaces de conexión y modos de comunicación. / [CA] Les xarxes mòbils de cinquena generació (5G) destaquen per la seva robustesa, superant les característiques que ofereixen els seus predecessors. Aquestes xarxes, comunament anomenades 5G, permeten millores significatives en els indicadors de rendiment clau (KPI) per donar suport a casos i serveis d'ús avançats. Aquests KPI es classifiquen en tres escenaris fonamentals: banda ampla mòbil millorada (eMBB), comunicacions de baixa latència i fiabilitat (uRLLC) i comunicacions massives entre màquines (mMTC). L'escenari eMBB s'orienta principalment a serveis que exigeixen altes taxes de transmissió i recepció per garantir una millor experiència d'usuari. En canvi, uRLLC aborda situacions que requereixen estàndards estrictes de baixa latència i alta fiabilitat de la xarxa. Aquesta necessitat es manifesta, per exemple, en aplicacions en temps real on la resposta ràpida a la xarxa és un factor indispensable. Pel que fa a l'escenari mMTC, es refereix a aplicacions i serveis que sol·liciten suport de xarxa per a una connectivitat massiva de dispositius per quilòmetre quadrat, a més d'una millora de l'eficiència energètica. Entre els serveis i aplicacions esmentats, destaquen els basats en comunicacions vehiculars a través de la xarxa cel·lular, coneguts segons la norma com a comunicacions V2X. En termes generals, la comunicació V2X engloba l'intercanvi de paquets entre vehicles i diversos elements de xarxa. Quan aquestes comunicacions es realitzen utilitzant estàndards basats en xarxes mòbils, ja sigui en Evolució a llarg termini (LTE) o Nova Ràdio (NR), s'anomenen C-V2X. En aquest context, les comunicacions Vehicle-to-Vehicle (V2V) permeten l'intercanvi de paquets entre vehicles, mentre que les comunicacions Vehicle-to-Infraestructura (V2I) faciliten l'intercanvi entre vehicles i infraestructures de xarxa. Per la seva banda, les comunicacions Vehicle-to-Pedestrian (V2P) inclouen la transferència de paquets entre vehicles i dispositius transportats per vianants, i les comunicacions Vehicle a Xarxa (V2N) permeten l'intercanvi de trànsit V2X entre vehicles i la xarxa. Cada tipus de comunicació permet la implementació de diversos serveis, des de funcions bàsiques fins a aplicacions avançades que requereixen possibles requisits de la xarxa. En aquesta tesi, es va dur a terme una revisió exhaustiva de les directrius estàndard per a les comunicacions V2X LTE i NR V2X, destacant especialment els modes de comunicació descentralitzats, com s'ha esmentat anteriorment. Posteriorment, es va dur a terme una campanya de simulació a nivell de sistema per configurar escenaris V2X segons les especificacions del Projecte d'Associació de Tercera Generació (3GPP). Els resultats obtinguts van mostrar que el rendiment del mode 4 en LTE és adequat per a serveis bàsics que no requereixen un alt rendiment, latències baixes o criteris estrictes de fiabilitat de la xarxa. En canvi, es va observar un rendiment millorat mitjançant el mode 2 NR V2X, permetent l'adaptació a serveis V2X avançats. A més, s'ha demostrat que les numerologies altes contribueixen a un millor rendiment, proporcionant una major diversitat de recursos i reduint la probabilitat que dos vehicles utilitzin els mateixos recursos per a les seves transmissions en mode descentralitzat. A més, es va trobar que a NR V2X una combinació adequada de numerologies, amplades de banda del canal i mida dels subcanals SL és crucial, depenent dels serveis V2X a implementar. Finalment, es va analitzar la incorporació de múltiples tecnologies d'accés a la ràdio (multi-RAT) per donar suport a serveis avançats i millorar la interoperabilitat mitjançant l'ús de tecnologies d'accés basades en LTE i NR, especialment en escenaris amb múltiples operadors de xarxa mòbil (MNO), diferents interfícies de connexió i modes de comunicació. / [EN] Fifth-generation mobile networks, commonly referred to as Fifth Generation (5G), are known for their robustness and surpassing the performance of their predecessors. They enable significant improvements in Key Performance Indicators (KPIs) to support advanced use cases and services. These KPIs are classified into three fundamental scenarios: Enhanced Mobile Broadband (eMBB), Ultra-Reliable and Low Latency Communications (uRLLC), and massive Machine Type Communications (mMTC). The eMBB scenario focuses on services that require high transmission and reception rates to improve the user experience. In contrast, uRLLC addresses situations that demand strict low latency and high-reliability standards in the network. This need is particularly evident in real-time applications where prompt network response is essential. The mMTC scenario pertains to applications and services that require network support for massive device connectivity per square kilometer and enhanced energy efficiency. In particular, services and applications based on vehicular communications via the cellular network, referred to as Vehicle-to-everything (V2X) communications in the standard, are prominent. V2X communication refers to the communication between vehicles and infrastructures. When using mobile network standards such as Long Term Evolution (LTE) or New Radio (NR), it is referred to as Cellular-based V2X (C-V2X). Vehicle-to-Vehicle (V2V) communication enables packet exchange between vehicles, while Vehicle-to-Infrastructure (V2I) facilitates the exchange between vehicles and network infrastructures. Vehicle-to-Pedestrian (V2P) and Vehicle-to-Network (V2N) are two other types of communication that enable the transfer of packets between vehicles and devices carried by pedestrians and the exchange of V2X traffic between vehicles and the network, respectively. These types of communication enable the implementation of various services, from basic functions to advanced applications with potential network requirements. This thesis provides a comprehensive review of the standard guidelines for V2X LTE and NR V2X communications, with a particular focus on the decentralized communication modes mentioned above. Following this, system-level simulations were conducted to configure V2X scenarios according to 3GPP specifications. The results indicate that LTE mode 4 is sufficient for essential services that do not require high throughput, low latencies, or strict network reliability criteria. On the other hand, NR V2X mode 2 showed improved performance, allowing adaptation to advanced V2X services. High numerologies have been shown to contribute to better performance by providing greater resource diversity and reducing the probability that two vehicles use the same resources for their transmissions in decentralized mode. Additionally, it was found that in NR V2X, an adequate combination of numerologies, channel bandwidths, and sidelink subchannel sizes is crucial, depending on the V2X services to be implemented. Finally, the incorporation of multiple Radio Access Technologies (multi-RAT) was analyzed to support advanced services and improve interoperability through the use of LTE and NR-based access technologies, especially in scenarios with multiple Mobile Network Operators (MNOs), connection interfaces, and communication modes. / González Malla, EE. (2024). Performance Evaluation of 3GPP Standards for C-V2X Communications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/214051

[ES] Esta tesis propone nuevos sistemas híbridos de comunicación de luz visible (VLC) en interiores para diversas aplicaciones que abordan los retos de las redes de comunicaciones inalámbricas de próxima generación. Se desarrollan y demuestran experimentalmente nuevas arquitecturas de enlaces híbridos de fibra óptica de polímero (POF) y VLC con interfaces inalámbricas pasivas que muestran ventajas significativas relacionadas con la ausencia de necesidad de conversiones optoelectrónicas adicionales. Se demuestra un enlace híbrido fibra/inalámbrico basado en un único LED central para interiores que utiliza señales de datos con diferentes anchos de banda y formatos de modulación (QPSK, 16-QAM y 64-QAM) sobre 1.5 m de cable de POF y hasta 2.8 m de enlace inalámbrico, alcanzando velocidades de hasta 294 Mbps con 64-QAM. Además, se emplean diodos láser (LD) en una configuración similar a la anterior, pero en enlaces punto a punto que permiten la multiplexación por división de longitud de onda (WDM) para transmitir señales QPSK y M-QAM en un escenario de Industria 4.0. También se demuestra el potencial del acceso multiusuario a velocidades hasta 3.5 Gbps por usuario y velocidades agregadas hasta 6 Gbps. Este trabajo aborda también un sistema de seguimiento en tiempo real basado en un único espejo de sistemas microelectromecánicos (MEMS) que redirige el haz de luz de la interfaz óptica pasiva y mantiene la conectividad. El montaje experimental incluye un sistema de detección de movimiento basado en una cámara para determinar la posición del receptor y los resultados demuestran velocidades de transmisión de señales de hasta 10 Mbps utilizando el formato de modulación on-off sin retorno a cero (NRZ-OOK). Las comunicaciones ópticas por cámara (OCC) también se han integrado en el sistema híbrido POF/VLC mediante la interfaz óptica pasiva basada en un único LED centralizado. De este modo, se pueden transmitir señales de alta y baja velocidad utilizando un fotodiodo (PD) y un sensor de imagen (IS), respectivamente. Es decir, se han recuperado con éxito dos flujos de datos de 88 Mbps y 4 kbps a través de un POF de 20 m y enlaces ópticos inalámbricos de hasta 3 m. Además, se han desarrollado esquemas de transmisión full dúplex en este tipo de enlaces híbridos POF/VLC/OCC. Se han demostrado velocidades de transmisión de datos de hasta 160 Mbps en el enlace ascendente y una transmisión en el enlace descendente de hasta 500 bps con una SoR del 98,6%. Este trabajo también aborda otras aplicaciones de los sistemas VLC en sistemas inalámbricos de posicionamiento y comunicación. Se propone y demuestra un sistema de posicionamiento por luz visible (VLP) de alta precisión en interiores en 2D/3D que utiliza redes neuronales artificiales (ANN) y alcanza una precisión de posicionamiento de 1.8 cm en 2D y 2.7 cm en 3D. Por último, se propone e implementa un enlace fronthaul óptico convergente para el acceso inalámbrico heterogéneo por ondas milimétricas (mmW) y VLC en redes de próxima generación. Basado en un láser modulado directamente y una modulación externa con portadora suprimida para la generación fotónica de la señal en la banda de las milimétricas, el enlace de fibra de 10 km suministra simultáneamente señal de datos en la banda base para modular el LED en el enlace VLC y datos en la banda de mmW. Se han realizado pruebas experimentales para el acceso simultáneo VLC y mmW a distancias v de hasta 2.5 y 4 m, respectivamente, con rendimientos máximos de aproximadamente 55 y 400 Mbps para anchos de banda de señales con multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM) de 30 y 100 MHz, respectivamente. Las arquitecturas propuestas y las demostraciones experimentales presentadas contribuyen a la evolución de los sistemas VLC con mayor capacidad, flexibilidad y posibilidades de posicionamiento para satisfacer las crecientes demandas de las comunicaciones inalámbricas de interior de próxima generación. / [CA] Esta tesis proposa nous sistemes híbrids de comunicació de llum visible (VLC) en interiors per a diverses aplicacions que aborden els reptes de les xarxes de comunicacions sense fils de pròxima generació. Es desenvolupen i es demostren experimentalment noves arquitectures d'enllaços híbrids de fibra òptica polimèrica (POF) i VLC amb interfícies sense fils passives que mostren avanços significatius relacionats amb l'absència de conversions optoelectròniques addicionals. Es demostra un enllaç híbrid fibra/sense fils basat en un únic LED central per a interiors que utilitza senyals de dades amb diferents amplàries de banda i formats de modulació (QPSK, 16-QAM i 64-QAM) sobre 1.5 m de cable de fibra òptica polimèrica (POF) i fins a 2.8 m d'enllaç sense fils, assolint velocitats de fins a 294 Mbps amb 64-QAM i 1.5 m d'enllaç sense fils. A més, s'empren diodes làser (LD) en una configuració similar a la dels enllaços punt a punt multiplexats per divisió de longitud d'ona (WDM) per transmetre senyals QPSK i M-QAM en un escenari d'Indústria 4.0. També es demostra el potencial de l'accés multiusuari a velocitats de fins a 3.5 Gbps per usuari i velocitats combinades de fins a 6 Gbps. Aquest treball aborda també un sistema de seguiment en temps real basat en un únic mirall de sistemes microelectromecànics (MEMS) que redirigeix el feix de llum de la interfície òptica passiva i manté la connectivitat. El muntatge experimental inclou un sistema de detecció de moviment basat en una càmera per determinar la posició del receptor i els resultats demostren velocitats de transmissió de senyals de fins a 10 Mbps utilitzant el format de modulació on-off sense retorn a zero (NRZ-OOK). Les comunicacions òptiques per càmera (OCC) també s'han integrat en el sistema híbrid POF/VLC mitjançant la interfície òptica passiva basada en un únic LED central. D'aquesta manera, es poden transmetre senyals d'alta i baixa velocitat utilitzant un fotodiodi (PD) i un sensor d'imatge (IS), respectivament. És a dir, s'han recuperat amb èxit dos fluxos de dades d'88 Mbps i 4 kbps a través d'un POF de 20 m i enllaços òptics sense fils de fins a 3 m. A més, s'han desenvolupat esquemes de transmissió full dúplex en aquest tipus d'enllaços híbrids POF/VLC/OCC. En aquest cas, s'han demostrat velocitats de transmissió de dades de fins a 160 Mbps en l'enllaç ascendent i una transmissió de baixa velocitat de dades de fins a 500 bps amb una SoR del 98.6 % l¿enllaç descendent. Aquest treball també aborda altres aplicacions dels sistemes VLC en sistemes sense fils de posicionament i comunicació. Concretament, es proposa i es demostra un sistema de posicionament per llum visible (VLP) d'alta precisió en interiors en 2D/3D que utilitza xarxes neuronals artificials (ANN) i aconsegueix una precisió de posicionament de 1.8 cm en 2D i 2.7 cm en 3D. Per últim, es proposa i implementa un enllaç frontal òptic convergent per a l'accés sense fils heterogeni per ones mil·límetres (mmW) i VLC en xarxes de pròxima generació. Basat en un làser modulat directament i una modulació externa amb portadora suprimida per a la generació fotònica a la banda dels mmW, l'enllaç de fibra de 10 km subministra simultàniament senyal de dades en la banda base per modular el LED en l'enllaç VLC i dades en la banda dels mmW per ser radiades en un enllaç d'antena. S'han realitzat proves experimentals per a l'accés simultani VLC i mmW a distàncies d'ús màxims d'aproximadament 55 i 400 Mbps per amplàries de banda de senyals amb multiplexació per divisió de freqüències ortogonals (OFDM) de 30 i vii 100 MHz, respectivament. Les arquitectures proposades i les demostracions experimentals permeten avançar cap a implementacions pràctiques del VLC amb major capacitat, flexibilitat i possibilitats de posicionament per satisfer les creixents demandes de les comunicacions sense fils interiors de pròxima generació. / [EN] This thesis proposes new hybrid indoor visible light communication (VLC) systems for various applications addressing the challenges of next-generation wireless communications networks. Novel hybrid polymer optical fibre (POF) and VLC link architectures with passive wireless interfaces are developed and experimentally demonstrated, showing significant advantages related to the lack of need for additional optoelectronic conversions. A hybrid fibre/wireless link based on a single central LED is demonstrated for indoor purposes using data signals with different bandwidths and modulation formats (QPSK, 16-QAM and 64-QAM) over 1.5 m of POF and up to 2.8 m of wireless link, reaching speeds of up to 294 Mbps with 64-QAM and 1.5 m of wireless link. Moreover, laser diodes (LD) are employed in a similar setup where wavelength division multiplexed (WDM) point-to-point links are implemented to transmit QPSK and M-QAM signals in an Industry 4.0 scenario. The potential of multi-user access at rates up to 3.5 Gbps per user and combined rates up to 6 Gbps using QPSK modulation is also demonstrated. As one of the main disadvantages of the VLC links is the requirement for line-of-sight between the transmitter and receiver, this work also addresses a real-time tracking system based on a single micro-electro-mechanical systems (MEMS) mirror that redirects the light beam from the passive optical interface and maintains the connectivity. The experimental setup includes a camera-based motion detection system to determine the receiver's position. The results demonstrate signal transmission rates of up to 10 Mbps using a non-return-to-zero on-off modulation (NRZ-OOK) format. Optical camera communications (OCC) have also been integrated into the hybrid POF/VLC system using the passive optical interface based on a single central LED. Thus, high-speed and low-speed signals can be transmitted and then received using a photodiode (PD) and image sensor (IS), respectively, i.e. two data streams of 88 Mbps and 4 kbps are successfully recovered over a 20 m POF and up to 3 m wireless optical links. Full characterisation of the system performance has been done in terms of the error vector magnitude (EVM) in the PD link, while the IS-based system is characterised in terms of successful reception (SoR). Moreover, full-duplex transmission schemes have been developed for hybrid POF/VLC/OCC links. In this case, data rates of up to 160 Mbps have been demonstrated using a 16-QAM modulation scheme in the uplink and low data rate transmission of up to 500 bps with 98.6% SoR using NRZ-OOK modulation. This work also develops further applications of VLC systems in wireless positioning and communication systems. Concretely, a high-accuracy 2D/3D indoor visible light positioning (VLP) system using artificial neural networks (ANN) is proposed and demonstrated, achieving a positioning accuracy of 2 mm in 2D and 9.3 mm in 3D scenarios. Finally, a converged optical fronthaul link is proposed and implemented for heterogeneous millimetre wave (mmW) and VLC wireless access in next-generation networks. Based on a directly modulated laser and external carrier suppressed modulation for photonic upconversion to the mmW band, the 10 km fibre link simultaneously delivers baseband data signal to modulate the LED in the VLC link and data at the mmW band to be radiated in an antenna link. Experimental tests have been carried out for simultaneous VLC and mmW access at distances of up to 2.5 and 4 m, respectively, with maximum throughputs of approximately 55 and 400 Mbps for orthogonal frequency division multiplexed (OFDM) signal bandwidths of 30 and 100 MHz, respectively. The proposed architectures and experimental demonstrations pave the way for the practical implementation of VLC with increased capacity, flexibility, and positioning capabilities to meet the growing demands of next-generation indoor wireless communications. / Apolo Gonzaga, JA. (2024). Hybrid Visible Light Communication Indoor Networks [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/214062