Tesis por compendio / [EN] Image segmentation is, along with multimodal and monomodal registration, the operation with the greatest applicability in medical image processing. There are many operations and filters, as much as applications and cases, where the segmentation of an organic tissue is the first step. The case of liver segmentation in radiological images is, after the brain, that on which the highest number of scientific publications can be found. This is due, on the one hand, to the need to continue innovating in existing algorithms and, on the other hand, to the applicability in many situations related to diagnosis, treatment and monitoring of liver diseases but also for clinical planning. In the case of magnetic resonance imaging (MRI), only in recent years some solutions have achieved good results in terms of accuracy and robustness in the segmentation of the liver. However these algorithms are generally not user-friendly. In the case of computed tomography (CT) scans more methodologies and solutions have been developed but it is difficult to find a good trade-off between accuracy and practical clinical use. To improve the state-of-the-art in both cases (MRI and CT), a common methodology to design and develop two liver segmentation algorithms in those imaging modalities has been proposed in this thesis. The second step has been the validation of both algorithms. In the case of CT images, there exist public databases with images segmented manually by experts that the scientific community uses as a common link for the validation and comparison of their algorithms. The validation is done by obtaining certain coefficients of similarity between the manual and the automatic segmentation. This way of validating the accuracy of the algorithm has been followed in this thesis, except in the case of magnetic resonance imaging because, at present, there are no databases publicly available. In this case, there aren't public or accessible images. Accordingly, a private database has been created where several expert radiologists have manually segmented different studies of patients that have been used as a reference. This database is composed by 17 studies (with more than 1,500 images), so the validation of this method in MRI is one of the more extensive currently published. In the validation stage, an accuracy above 90% in the Jaccard and Dice coefficients has been achieved. The vast majority of the compared authors achieves similar values. However, in general, the algorithms proposed in this thesis are more user-friendly for clinical environments because the computational cost is lower, the clinical interaction is non-existent and it is not necessary an initiation in the case of the magnetic resonance algorithm and a small initiation (it is only necessary to introduce a manual seed) for the computed tomography algorithm. In this thesis, a third hypothesis that makes use of the results of liver segmentation in MRI combined to augmented reality algorithms has also been developed. Specifically, a real and innocuous study, non-invasive for clinician and patient has been designed and validated through it has been shown that the use of this technology creates benefits in terms of greater accuracy and less variability versus the non-use in a particular case of laparoscopic surgery. / [ES] La segmentación de imágenes es, junto al registro multimodal y monomodal, la operación con mayor aplicabilidad en tratamiento digital de imagen médica. Son multitud las operaciones y filtros, así como las aplicaciones y casuística, que derivan de una segmentación de un tejido orgánico. El caso de segmentación del hígado en imágenes radiológicas es, después del cerebro, la que mayor número de publicaciones científicas podemos encontrar. Esto es debido por un lado a la necesidad de seguir innovando en los algoritmos ya existentes y por otro a la gran aplicabilidad que tiene en muchas situaciones relacionadas con el diagnóstico, tratamiento y seguimiento de patologías hepáticas pero también para la planificación clínica de las mismas. En el caso de imágenes de resonancia magnética, sólo en los últimos años han aparecido soluciones que consiguen buenos resultados en cuanto a precisión y robustez en la segmentación del hígado. Sin embargo dichos algoritmos, por lo general son poco utilizables en el ambiente clínico. En el caso de imágenes de tomografía computarizada encontramos mucha más variedad de metodologías y soluciones propuestas pero es difícil encontrar un equilibrio entre precisión y uso práctico clínico. Es por ello que para mejorar el estado del arte en ambos casos (imágenes de resonancia magnética y tomografía computarizada) en esta tesis se ha planteado una metodología común a la hora de diseñar y desarrollar sendos algoritmos de segmentación del hígado en las citadas modalidades de imágenes anatómicas. El segundo paso ha sido la validación de ambos algoritmos. En el caso de imágenes de tomografía computarizada existen bases de datos públicas con imágenes segmentadas manualmente por expertos y que la comunidad científica suele utilizar como nexo común a la hora de validar y posteriormente comparar sus algoritmos. La validación se hace mediante la obtención de determinados coeficientes de similitud entre la imagen segmentada manualmente por los expertos y las que nos proporciona el algoritmo. Esta forma de validar la precisión del algoritmo ha sido la seguida en esta tesis, con la salvedad que en el caso de imágenes de resonancia magnética no existen bases de datos de acceso público. Por ello, y para este caso, lo que se ha hecho es la creación previa de una base de datos propia donde diferentes expertos radiólogos han segmentado manualmente diferentes estudios de pacientes con el fin de que puedan servir como referencia y se pueda seguir la misma metodología que en el caso anterior. Dicha base de datos ha hecho posible que la validación se haga en 17 estudios (con más de 1.500 imágenes), lo que convierte la validación de este método de segmentación del hígado en imágenes de resonancia magnética en una de las más extensas publicadas hasta la fecha. La validación y posterior comparación han dejado patente una precisión superior al 90% reflejado en el coeficiente de Jaccard y Dice, muy en consonancia con valores publicados por la inmensa mayoría de autores que se han podido comparar. Sin embargo, y en general, los algoritmos planteados en esta tesis han obtenido unos criterios de uso mucho mayores, ya que en general presentan menores costes de computación, una interacción clínica casi nula y una iniciación nula en el caso del algoritmo de resonancia magnética y casi nula en el caso de algoritmos de tomografía computarizada. En esta tesis, también se ha abordado un tercer punto que hace uso de los resultados obtenidos en la segmentación del hígado en imágenes de resonancia magnética. Para ello, y haciendo uso de algoritmos de realidad aumentada, se ha diseñado y validado un estudio real inocuo y no invasivo para el clínico y para el paciente donde se ha demostrado que la utilización de esta tecnología reporta mayores beneficios en cuanto a mayor precisión y menor variabilidad frente a su no uso en un caso concreto de ciru / [CA] La segmentació d'imatges és, al costat del registre multimodal i monomodal, l'operació amb major aplicabilitat en tractament digital d'imatge mèdica. Són multitud les operacions i filtres, així com les aplicacions i casuística, que comencen en la segmentació d'un teixit orgànic. El cas de segmentació del fetge en imatges radiològiques és, després del cervell, la que major nombre de publicacions científiques podem trobar. Això és degut per una banda a la necessitat de seguir innovant en els algoritmes ja existents i per un altre a la gran aplicabilitat que té en moltes situacions relacionades amb el diagnòstic, tractament i seguiment de patologies hepàtiques però també per a la planificació clínica de les mateixes. En el cas d'imatges de ressonància magnètica, només en els últims anys han aparegut solucions que aconsegueixen bons resultats quant a precisió i robustesa en la segmentació del fetge. No obstant això aquests algoritmes, en general són poc utilitzables en l'ambient clínic. En el cas d'imatges de tomografia computeritzada trobem molta més varietat de metodologies i solucions proposades però és difícil trobar un equilibri entre precisió i ús pràctic clínic. És per això que per millorar l'estat de l'art en els dos casos (imatges de ressonància magnètica i tomografia computeritzada) en aquesta tesi s'ha plantejat una metodologia comuna a l'hora de dissenyar i desenvolupar dos algoritmes de segmentació del fetge en les esmentades modalitats d'imatges anatòmiques. El segon pas ha estat la validació de tots dos algoritmes. En el cas d'imatges de tomografia computeritzada hi ha bases de dades públiques amb imatges segmentades manualment per experts i que la comunitat científica sol utilitzar com a nexe comú a l'hora de validar i posteriorment comparar els seus algoritmes. La validació es fa mitjançant l'obtenció de determinats coeficients de similitud entre la imatge segmentada manualment pels experts i les que ens proporciona l'algoritme. Aquesta forma de validar la precisió de l'algoritme ha estat la seguida en aquesta tesi, amb l'excepció que en el cas d'imatges de ressonància magnètica no hi ha bases de dades d'accés públic. Per això, i per a aquest cas, el que s'ha fet és la creació prèvia d'una base de dades pròpia on diferents experts radiòlegs han segmentat manualment diferents estudis de pacients amb la finalitat que puguen servir com a referència i es puga seguir la mateixa metodologia que en el cas anterior. Aquesta base de dades ha fet possible que la validació es faja en 17 estudis (amb més de 1.500 imatges), cosa que converteix la validació d'aquest mètode de segmentació del fetge en imatges de ressonància magnètica en una de les més extenses publicades fins a la data. La validació i posterior comparació han deixat patent una precisió superior al 90 \% reflectit en el coeficient de \ textit {Jaccard} i \ textit {Dice}, molt d'acord amb valors publicats per la immensa majoria d'autors en que s'ha pogut comparar. No obstant això, i en general, els algoritmes plantejats en aquesta tesi han obtingut uns criteris d'ús molt més grans, ja que en general presenten menors costos de computació, una interacció clínica quasi nul·la i una iniciació nul·la en el cas de l'algoritme de ressonància magnètica i quasi nul·la en el cas d'algoritmes de tomografia computeritzada. En aquesta tesi, també s'ha abordat un tercer punt que fa ús dels resultats obtinguts en la segmentació del fetge en imatges de ressonància magnètica. Per a això, i fent ús d'algoritmes de realitat augmentada, s'ha dissenyat i validat un estudi real innocu i no invasiu per al clínic i per al pacient on s'ha demostrat que la utilització d'aquesta tecnologia reporta més beneficis pel que fa a major precisió i menor variabilitat enfront del seu no ús en un cas concret de cirurgia amb laparoscòpia. / López Mir, F. (2015). Advanced techniques in medical image segmentation of the liver [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59428 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales / Compendio

[EN] Deep Learning is a new area of Machine Learning research which aims to create computational models that learn several representations of the data using deep architectures. These methods have become very popular over the last few years due to the remarkable results obtained in speech recognition, visual object recognition, object detection, natural language processing, etc. The goal of this thesis is to present some contributions to the Deep Learning framework, particularly focused on computer vision problems dealing with images. These contributions can be summarized in two novel methods proposed: a new regularization technique for Restricted Boltzmann Machines called Mask Selective Regularization (MSR), and a powerful discriminative network called Local Deep Neural Network (Local-DNN). On the one hand, the MSR method is based on taking advantage of the benefits of the L2 and the L1 regularizations techniques. Both regularizations are applied dynamically on the parameters of the RBM according to the state of the model during training and the topology of the input space. On the other hand, the Local-DNN model is based on two key concepts: local features and deep architectures. Similar to the convolutional networks, the Local-DNN model learns from local regions in the input image using a deep neural network. The network aims to classify each local feature according to the label of the sample to which it belongs, and all of these local contributions are taken into account during testing using a simple voting scheme. The methods proposed throughout the thesis have been evaluated in several experiments using various image datasets. The results obtained show the great performance of these approaches, particularly on gender recognition using face images, where the Local-DNN improves other state-of-the-art results. / [ES] El Aprendizaje Profundo (Deep Learning en inglés) es una nueva área dentro del campo del Aprendizaje Automático que pretende crear modelos computacionales que aprendan varias representaciones de los datos utilizando arquitecturas profundas. Este tipo de métodos ha ganado mucha popularidad durante los últimos años debido a los impresionantes resultados obtenidos en diferentes tareas como el reconocimiento automático del habla, el reconocimiento y la detección automática de objetos, el procesamiento de lenguajes naturales, etc. El principal objetivo de esta tesis es aportar una serie de contribuciones realizadas dentro del marco del Aprendizaje Profundo, particularmente enfocadas a problemas relacionados con la visión por computador. Estas contribuciones se resumen en dos novedosos métodos: una nueva técnica de regularización para Restricted Boltzmann Machines llamada Mask Selective Regularization (MSR), y una potente red neuronal discriminativa llamada Local Deep Neural Network (Local-DNN). Por una lado, el método MSR se basa en aprovechar las ventajas de las técnicas de regularización clásicas basadas en las normas L2 y L1. Ambas regularizaciones se aplican sobre los parámetros de la RBM teniendo en cuenta el estado del modelo durante el entrenamiento y la topología de los datos de entrada. Por otro lado, El modelo Local-DNN se basa en dos conceptos fundamentales: características locales y arquitecturas profundas. De forma similar a las redes convolucionales, Local-DNN restringe el aprendizaje a regiones locales de la imagen de entrada. La red neuronal pretende clasificar cada característica local con la etiqueta de la imagen a la que pertenece, y, finalmente, todas estas contribuciones se tienen en cuenta utilizando un sencillo sistema de votación durante la predicción. Los métodos propuestos a lo largo de la tesis han sido ampliamente evaluados en varios experimentos utilizando distintas bases de datos, principalmente en problemas de visión por computador. Los resultados obtenidos muestran el buen funcionamiento de dichos métodos, y sirven para validar las estrategias planteadas. Entre ellos, destacan los resultados obtenidos aplicando el modelo Local-DNN al problema del reconocimiento de género utilizando imágenes faciales, donde se han mejorado los resultados publicados del estado del arte. / [CA] L'Aprenentatge Profund (Deep Learning en anglès) és una nova àrea dins el camp de l'Aprenentatge Automàtic que pretén crear models computacionals que aprenguen diverses representacions de les dades utilitzant arquitectures profundes. Aquest tipus de mètodes ha guanyat molta popularitat durant els últims anys a causa dels impressionants resultats obtinguts en diverses tasques com el reconeixement automàtic de la parla, el reconeixement i la detecció automàtica d'objectes, el processament de llenguatges naturals, etc. El principal objectiu d'aquesta tesi és aportar una sèrie de contribucions realitzades dins del marc de l'Aprenentatge Profund, particularment enfocades a problemes relacionats amb la visió per computador. Aquestes contribucions es resumeixen en dos nous mètodes: una nova tècnica de regularització per Restricted Boltzmann Machines anomenada Mask Selective Regularization (MSR), i una potent xarxa neuronal discriminativa anomenada Local Deep Neural Network ( Local-DNN). D'una banda, el mètode MSR es basa en aprofitar els avantatges de les tècniques de regularització clàssiques basades en les normes L2 i L1. Les dues regularitzacions s'apliquen sobre els paràmetres de la RBM tenint en compte l'estat del model durant l'entrenament i la topologia de les dades d'entrada. D'altra banda, el model Local-DNN es basa en dos conceptes fonamentals: característiques locals i arquitectures profundes. De forma similar a les xarxes convolucionals, Local-DNN restringeix l'aprenentatge a regions locals de la imatge d'entrada. La xarxa neuronal pretén classificar cada característica local amb l'etiqueta de la imatge a la qual pertany, i, finalment, totes aquestes contribucions es fusionen durant la predicció utilitzant un senzill sistema de votació. Els mètodes proposats al llarg de la tesi han estat àmpliament avaluats en diversos experiments utilitzant diferents bases de dades, principalment en problemes de visió per computador. Els resultats obtinguts mostren el bon funcionament d'aquests mètodes, i serveixen per validar les estratègies plantejades. Entre d'ells, destaquen els resultats obtinguts aplicant el model Local-DNN al problema del reconeixement de gènere utilitzant imatges facials, on s'han millorat els resultats publicats de l'estat de l'art. / Mansanet Sandín, J. (2016). Contributions to Deep Learning Models [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61296

[EN] Material heat processing systems using microwave energy have been used for more than 60 years. Design and implementation techniques have greatly evolved during this time, but a precise control in material temperature is still difficult to achieve due to theoretical and practical reasons. This difficulty arises, in many cases, because a deep knowledge in several technical fields is needed in order to design the process properly, being microwave engineering only one of them. Usually it's necessary to combine knowledge in microwaves with material technology, chemistry, and other fields, in order to have a clear idea about how the process should be. The main aim of this work is the development of experimental equipment that allows the heat treatment of material samples using microwave energy, while providing a great control over the sample temperature and the energy absorbed. Using such an equipment, very valuable data can be obtained for the process dynamics when using microwave technology. With this objective in mind, in a first step different suitable types of microwave applicators have been studied, as well as several optimization techniques for the temperature distribution within the sample. Advantages and disadvantages of multimodal applicators have been analyzed, and a detailed study about the effect of mode stirrers in the field uniformity has been carried out, which is the more common technique for this aim. A next step was the study of thermal effects in materials under high power electromagnetic fields. Heat transfer, convection and phase change phenomena have been studied in order to analyze their effect in the sample temperature. The thermal runaway effect has a special importance in the processing of some materials, mainly when dielectric losses increase with temperature. This phenomenon has been analyzed, as well as some suitable techniques that can be used to avoid it, or at least to reduce its effects. Also, different types of temperature sensors have been reviewed to study its usability in microwave systems, and as a result infrared temperature sensors has been chosen as the more suitable technology. In microwave heating systems the temperature increment in the sample is determined by the microwave power absorbed by the applicator, and for this reason an accurate control over this parameter is required for a good temperature control. It should be remarked that microwave heating processes are dynamic, evolving with the changes in material temperature and properties. For this reason, different procedures for absorbed power control has been analyzed, with highlight in the work carried out regarding the development of a dynamic impedance matching system. Moreover, other strategies for absorbed power regulation have been studied, using different control parameters as the generated power, the cavity tuning or the frequency sweep span. Two different systems have been developed. One is based on a tunable monomode cavity with a mechanic tuning system; the second is based on a non-tunable cavity and the use of a variable frequency generator. Both systems integrate temperature sensors and the equipment required to measure the power delivered to the sample. An automated process control algorithm based on PID has been implemented, allowing autonomous working during the experiments. Both developed systems have been used in a high number of experiments with different nature of samples. Some of these results are presented in this work, showing the excellent performance of the systems and the valuable information that can be obtained for the studied materials. As a final point, several future research lines are proposed in order to continue the work developed up to now. / [ES] Los sistemas de tratamiento térmico de materiales utilizando energía de microondas vienen utilizándose durante más de 60 años. La técnica en el diseño e implementación de este tipo de sistemas ha avanzado enormemente durante este tiempo, pero el control preciso de la temperatura de los materiales sigue presentando muchas dificultades teóricas y prácticas. Esta dificultad, en muchos casos, se presenta debido a que un correcto procesado por microondas de muchos materiales precisa de conocimientos en varias áreas técnicas, siendo la ingeniería de microondas sólo una de ellas. En muchas ocasiones es necesario combinar el conocimiento en esta área con conocimientos en tecnología de materiales, química, etc., para obtener una idea precisa de cómo ha de ser el proceso. El objetivo de este trabajo es desarrollar un equipo experimental que permita el tratamiento por microondas de muestras de materiales, manteniendo en todo momento un gran control sobre la temperatura y energía absorbida, lo que permite obtener unos datos muy valiosos sobre la dinámica de procesado de los materiales con esta tecnología. Con este objetivo, en un primer paso se han estudiado los diferentes tipos de aplicadores de microondas que se pueden utilizar, así como las técnicas de optimización de la distribución de temperatura aplicables a cada tipo de aplicador. Se han analizado las ventajas e inconvenientes que presentan los aplicadores multimodales, con un detallado estudio del efecto de uniformización del campo eléctrico que producen los agitadores de modos, que es la técnica más usada para este propósito. A continuación se han estudiado los efectos térmicos que ocurren sobre los materiales sometidos a un campo electromagnético de alta potencia. Los fenómenos de transmisión de calor, convección y cambio de fase han sido estudiados para analizar su influencia sobre la temperatura que alcanzan los cuerpos. El fenómeno de avalancha térmica tiene una gran importancia en el tratamiento de algunos materiales, sobre todo aquellos cuyas pérdidas dieléctricas crecen con la temperatura, por lo que ha sido analizado junto con las técnicas que pueden utilizarse para evitar su aparición. También se han revisado los diferentes tipos de sensores de temperatura y su aplicabilidad a los sistemas de microondas. En los sistemas de calentamiento por microondas el incremento de temperatura de la muestra viene determinado por la potencia absorbida por el aplicador, y por tanto un control preciso de esta potencia es vital en el control de la temperatura. Es necesario destacar que los procesos de calentamiento por microondas son dinámicos, evolucionando según la muestra cambia de temperatura y propiedades. Por este motivo se han estudiado los diferentes mecanismos disponibles, destacando el trabajo realizado en el desarrollo de un sistema de adaptación de impedancias dinámico. Además se han analizado otras estrategias para regular la potencia absorbida, controlando diferentes parámetros como la potencia generada, la sintonización de la cavidad o el ancho de barrido de frecuencias. Se han construido dos tipos de sistemas, uno basado en una cavidad monomodo sintonizable mecánicamente, y otro sistema cuya cavidad no es sintonizable, y precisa del uso de un generador de frecuencia variable. Ambos sistemas integran sensores de temperatura y el equipamiento necesario para medir la potencia entregada a la muestra en cada momento. Para el control del proceso se ha implementado un algoritmo de control PID que permite el funcionamiento automatizado a lo largo de los ensayos. Ambos equipos desarrollados se han utilizado para la realización de multitud de ensayos, sobre muestras de diferente naturaleza, lo que permite poner de manifiesto el excelente funcionamiento de estos equipos y la valiosa información que proporciona sobre los materiales estudiados. Para finalizar, se proponen unas líneas futuras de investigación para continuar el trab / [CA] Els sistemes de tractament tèrmic de materials utilitzant energia de microones s'han utilitzat durant més de 60 anys. La tècnica en el disseny i implementació d'este tipus de sistemes ha avançat enormement durant este temps, però el control precís de la temperatura dels materials continua presentant moltes dificultats teòriques i pràctiques. Esta dificultat, en molts casos, es presenta pel fet que un correcte processat per microones de molts materials precisa de coneixements en diverses àrees tècniques, sent l'enginyeria de microones només una d'elles. Moltes vegades és necessari combinar el coneixement en aquesta àrea amb coneixements en tecnologia de materials, química, etc., per a obtindre una idea precisa de com ha de ser el procés. L'objectiu d'este treball és desenvolupar un equip experimental que permeta el tractament per microones de mostres de materials, mantenint en tot moment un gran control sobre la temperatura i energia absorbida, la qual cosa permet obtindre unes dades molt valuoses sobre la dinàmica de processat dels materials amb esta tecnologia. Amb este objectiu, en un primer pas s'han estudiat els diferents tipus d'aplicadors de microones que es poden utilitzar, així com les tècniques d'optimització de la distribució de temperatura aplicables a cada tipus d'aplicador. S'han analitzat els avantatges i inconvenients que presenten els aplicadors multimodals, amb un detallat estudi de l'efecte d'uniformització del camp elèctric que produïxen els agitadors de modes, que és la tècnica més usada per a aquest propòsit. A continuació s'han estudiat els efectes tèrmics que ocorren sobre els materials sotmesos a un camp electromagnètic d'alta potència. Els fenòmens de transmissió de calor, convecció i canvi de fase han sigut estudiats per a analitzar la seua influència sobre la temperatura que aconseguixen els cossos. El fenomen d'allau tèrmica té una gran importància en el tractament d'alguns materials, sobretot aquells les pèrdues dielèctriques dels quals creixen amb la temperatura, per la qual cosa ha sigut analitzat junt amb les tècniques que poden utilitzar-se per a evitar la seua aparició. També s'han revisat els diferents tipus de sensors de temperatura i la seua aplicabilitat als sistemes de microones. En els sistemes de calfament per microones l'increment de temperatura de la mostra ve determinat per la potència absorbida per l'aplicador, i per tant un control precís d'esta potència és vital en el control de la temperatura. És necessari destacar que els processos de calfament per microones són dinàmics, evolucionant segons la mostra canvia de temperatura i propietats. Per este motiu s'han estudiat els diferents mecanismes disponibles, destacant el treball realitzat en el desenrotllament d'un sistema d'adaptació d'impedàncies dinàmic. A més s'han analitzat altres estratègies per a regular la potència absorbida, controlant diferents paràmetres com la potència generada, la sintonització de la cavitat o l'ample d'agranat de freqüències. S'han construït dos tipus de sistemes, un basat en una cavitat monomodo sintonizable mecànicament, i un altre sistema on la cavitat no és sintonizable, i precisa de l'ús d'un generador de freqüència variable. Ambdós sistemes integren sensors de temperatura i l'equipament necessari per a mesurar la potència entregada a la mostra en cada moment. Per al control del procés s'ha implementat un algoritme de control PID que permet el funcionament automatitzat al llarg dels assajos. Ambdós equips desenrotllats s'han utilitzat per a la realització de multitud d'assajos, sobre mostres de diferent naturalesa. Alguns d'estos resultats es presenten en este treball, la qual cosa permet posar de manifest l'excel·lent funcionament d'estos equips i la valuosa informació que proporciona sobre els materials estudiats. Per a finalitzar, es proposen unes línies futures d'investigació per a continuar el treball realitzat fins / Plaza González, PJ. (2016). Control de la temperatura en sistemas de calentamiento por microondas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61475

[ES] En años recientes, el tráfico de datos a nivel mundial está creciendo significativamente. Debido a esto, los nuevos sistemas de telecomunicaciones buscan incrementar las velocidades de transmisión con amplia área de cobertura. Para los retos mencionados, las lentes y sus variantes son soluciones prometedoras. Las lentes tienen propiedades interesantes porque generalmente poseen bajas pérdidas y una gran directividad, que son los requisitos básicos que deben cumplir las antenas para estos nuevos sistemas de comunicaciones. El objetivo de esta tesis es proponer el uso de la Teoría de Modos Característicos para facilitar el diseño, la optimización y el análisis de lentes metálicas con alta ganancia sobre un gran ancho de banda, manteniendo un tamaño compacto en la estructura. El análisis mediante la Teoría de Modos Característicos se ha utilizado como punto de partida para evaluar el comportamiento modal y proporcionar una visión física de las características de radiación de la estructura metálica en un determinado rango de frecuencias. En este trabajo se realiza un estudio de los modos característicos de los principales cuerpos geométricos regulares con simetría de revolución, para ver su potencial en cuanto a ser empleados en el diseño de las lentes metálicas. Específicamente, se investiga la significancia modal, el ángulo característico y la contribución de cada modo a la potencia radiada total cuando incide una onda plana en el cuerpo conductor. Utilizando la información proporcionada por los autovalores, se optimiza la forma y el tamaño de la estructura metálica. Adicionalmente, se selecciona la estructura de alimentación óptima que permita excitar el modo deseado en la estructura. Seguidamente, se propone un método alternativo para el cálculo del punto focal de la estructura metálica. Además, en esta tesis se estudian los alimentadores de lentes más importantes que se han desarrollado en los últimos años y se proponen dos alimentadores prácticos con un bajo nivel de polarización cruzada, para operar en las banda de frecuencias de microondas y milimétricas. Al estudiar las lentes, se comienza comparando y describiendo las técnicas más utilizadas en el diseño de estas estructuras. Seguidamente, se aplica la Teoría de Modos Característicos para el diseño de diversos tipos de lentes metálicas. En primer lugar, se analiza las corrientes modales en diversas estructuras metálicas, para luego con esta información diseñar lentes de bajo perfil. Luego se aplica el mismo enfoque para antenas con estructuras de una sola capa, que tienen dimensiones físicas más grandes. Posteriormente, se estudia y diseña una lente metálica de dos capas, y se analizan diversas combinaciones de estructuras metálicas para conseguir mayor directividad en la antena. Además, se diseña una lente metálica de tres capas y una antena de una sola capa con doble alimentación. Finalmente, se propone una lente para una estación base dual en polarización y con posibilidad de obtener hasta cuatro modos de radiación ortogonales. En el último capítulo de esta tesis, se presentan los prototipos y se evalúan las prestaciones de las siguientes antenas: La lente de una capa formada por un anillo metálico central rodeado por un rodeado por un conjunto de ocho anillos pequeños, la antena formada por dos anillos de diferente diámetro distribuidos en dos capas, una nueva lente de bajo perfil formada por doce anillos metálicos distribuidos en una sola capa y dispuestos a lo largo de un círculo y una lente de bajo perfil formada por dos anillos con tiras metálicas cortocircuitando ambos anillos. En esta parte, se describen las principales medidas realizadas de ganancia, eficiencia y polarización cruzada de las lentes mencionadas. Los diseños son verificados, consiguiendo muy buenos resultados de ganancia en un amplio ancho de banda, validando de esta manera la técnica propuesta. / [CA] En anys recents, el tràfic de dades a nivell mundial està creixent significativament. A causa d'això, els nous sistemes de telecomunicacions busquen incrementar les velocitats de transmissió amb àmplia àrea de cobertura. Per als reptes esmentats, les lents i les seues variants són solucions prometedores. Les lents tenen propietats interessants perquè generalment posseeixen baixes pèrdues i una gran directivitat, que són els requisits bàsics que han de complir les antenes per a aquests nous sistemes de comunicacions. L'objectiu d'aquesta tesi és proposar l'ús de la Teoria de Modes Característics per a facilitar el disseny, l'optimització i l'anàlisi de lents metàl·liques amb alt guany sobre una gran amplada de banda, mantenint una grandària compacta en l'estructura. L'anàlisi mitjançant la Teoria de Modes Característics s'ha utilitzat com a punt de partida per a avaluar el comportament modal i proporcionar una visió física de les característiques de radiació de l'estructura metàl·lica en un determinat rang de frequències. En aquest treball, es realitza un estudi dels modes característics dels principals cossos geomètrics regulars amb simetria de revolució, per a veure el seu potencial quant a ser emprats en el disseny de les lents metàl·liques. Específicament, s'investiga la significança modal, l'angle característic i la contribució de cada mode a la potència radiada total quan incideix una ona plana en el cos conductor. Utilitzant la informació proporcionada pels autovalors, s'optimitza la forma i la grandària de l'estructura metàl·lica. Adicionalment, se selecciona l'estructura d'alimentació òptima que permeta excitar el mode desitjat en l'estructura. Seguidament, es proposa un mètode alternatiu per al cálcul del punt focal de l'estructura metàl·lica. A més, en aquesta tesi s'estudien els alimentadors de lents més importants que s'han desenvolupat en els últims anys, i es proposen dos alimentadors pràctics amb un baix nivell de polarització creuada, per a operar en les banda de frequències de microones i mil·limètriques. En estudiar les lents, es comenca comparant i descrivint les tècniques més utilitzades en el disseny d'aquestes estructures. Seguidament, s'aplica la Teoria de Modes Característics per al disseny de diversos tipus de lents metàl.liques. En primer lloc, s'analitzen els corrents modals en diverses estructures metàl.liques, per a després amb aquesta informació dissenyar lents de baix perfil. Després s'aplica el mateix enfocament per a antenes amb estructures d'una sola capa, que tenen dimensions físiques més grans. Posteriorment, s'estudia i dissenya una lent metàl.lica de dues capes, i s'analitzen diverses combinacions d'estructures metàl·liques per a aconseguir major directivitat en l'antena. A més, es dissenya una lent metàl·lica de tres capes i una antena d'una sola capa amb doble alimentació. Finalment, es proposa una lent per a una estació base dual en polarització, i amb possibilitat d'obtindre fins a quatre modes de radiació ortogonals. En l'últim capítol d'aquesta tesi, es presenten els prototips i s'avaluen les prestacions de les seguents antenes: Una lent metàl·lica d'una capa formada per un anell metàl·lic central envoltat per un conjunt de huit anells xicotets, una antena formada per dos anells de diferent diàmetre distribuits en dues capes, una nova lent de baix perfil formada per dotze anells metàl·lics distribuits en una sola capa i disposats al llarg d'un cercle, i una lent de baix perfil formada per dos anells amb tires metàl·liques curtcircuitant tots dos anells. En aquesta part, es descriuen les principals mesures realitzades de guany, eficiència i polarització creuada de les lents esmentades. Els dissenys són verificats, aconseguint molt bons resultats de guany en una àmplia amplada de banda, validant d'aquesta manera la tècnica proposada. / [EN] In recent years, the worldwide data traffic is increasing significantly. Consequently, the new telecommunications systems seek to increase the data transmission rate with a wide coverage area. To cope with these challenges, lens antennas and their variants are promising solutions. Lenses have interesting properties because they have generally low losses and great directivity, which are the basic requirements that antennas must satisfy for these new communications systems. The aim of this thesis is to propose the use of the Theory of Characteristic Modes to facilitate the design, optimization and analysis of metallic lenses with high gain in a large bandwidth, achieving a compact size for the structure. The analysis with the Theory of Characteristic Modes has been used as a starting point to evaluate the modal behavior and provide a physical insight of the radiation characteristics of the metallic structure in a certain frequency range. In this work, a study of the characteristic modes of the main regular geometric objects with symmetry of revolution is carried out, to investigate its potential to be employed in the design of the metallic lenses. Specifically, the modal significance and characteristic angle is investigated, along with the contribution of each mode to the total radiated power when illuminating the conducting body by a plane wave. Using the information considered by the eigenvalues, the shape and size of the metallic structure is optimized and the optimal feeding is determined, which allows to excite the desired mode in the structure. Then, an alternative method is proposed to calculate the focal point of the metallic structure. Furthermore, in this thesis we study the most important lens feeders that have been developed in recent years, and two practical feeders with low cross polarization level are proposed to operate in microwave and millimeter-wave frequencies. When studying the lenses, we begin to compare and describe the techniques most used in the design of these structures. Then, the Theory of Characteristic Modes is applied to the metallic lenses design. First, the modal currents are analyzed in various metallic structures, and then this information is used to design low profile lenses. The same approach is then applied to antennas with single-layer structures, which have larger physical dimensions. Subsequently, a two-layer metallic lens is studied and designed, and various combinations of the metallic structures are analyzed to achieve greater directivity. In addition, a three-layer metallic lens and a single-layer antenna with double feeder are designed. Finally, a lens is proposed for a dual-polarization base station, with the possibility of obtaining up to four orthogonal radiation modes. The last chapter of this thesis presents the prototypes and the performance of the following antennas: a single-layer lens formed by a central circular metallic ring surrounded by a set of eight metallic rings, an antenna formed by two metallic rings of different diameter distributed in two layers, a new low-profile metallic lens antenna formed by twelve metallic rings distributed in a single layer and arranged along a ring, and a lowprofile lens antenna formed by two metallic rings with strips short-circuiting both rings. In this part, the main measurements of gain, efficiency and cross polarization are presented for the aforementioned lenses. The designs are verified, obtaining good results in a wide bandwidth, thus validating the proposed technique. / Finalmente quiero agradecer a la Universidad Nacional de Chimborazo del Ecuador que a traves del programa de becas, han beneficiado y apoyado mis ´ estudios del doctorado en el exterior, y de esta manera poder desarrollar conocimientos cient´ıficos para colaborar con el progreso del pa´ıs. / Santillán Haro, DA. (2020). Diseño de lentes metálicas usando la teoría de modos característicos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/140315

[ES] La reproducción de las propiedades espaciales del sonido es una cuestión cada vez más importante en muchas aplicaciones inmersivas emergentes. Ya sea en la reproducción de contenido audiovisual en entornos domésticos o en cines, en sistemas de videoconferencia inmersiva o en sistemas de realidad virtual o aumentada, el sonido espacial es crucial para una sensación de inmersión realista. La audición, más allá de la física del sonido, es un fenómeno perceptual influenciado por procesos cognitivos. El objetivo de esta tesis es contribuir con nuevos métodos y conocimiento a la optimización y simplificación de los sistemas de sonido espacial, desde un enfoque perceptual de la experiencia auditiva. Este trabajo trata en una primera parte algunos aspectos particulares relacionados con la reproducción espacial binaural del sonido, como son la escucha con auriculares y la personalización de la Función de Transferencia Relacionada con la Cabeza (Head Related Transfer Function - HRTF). Se ha realizado un estudio sobre la influencia de los auriculares en la percepción de la impresión espacial y la calidad, con especial atención a los efectos de la ecualización y la consiguiente distorsión no lineal. Con respecto a la individualización de la HRTF se presenta una implementación completa de un sistema de medida de HRTF y se introduce un nuevo método para la medida de HRTF en salas no anecoicas. Además, se han realizado dos experimentos diferentes y complementarios que han dado como resultado dos herramientas que pueden ser utilizadas en procesos de individualización de la HRTF, un modelo paramétrico del módulo de la HRTF y un ajuste por escalado de la Diferencia de Tiempo Interaural (Interaural Time Difference - ITD). En una segunda parte sobre reproducción con altavoces, se han evaluado distintas técnicas como la Síntesis de Campo de Ondas (Wave-Field Synthesis - WFS) o la panoramización por amplitud. Con experimentos perceptuales se han estudiado la capacidad de estos sistemas para producir sensación de distancia y la agudeza espacial con la que podemos percibir las fuentes sonoras si se dividen espectralmente y se reproducen en diferentes posiciones. Las aportaciones de esta investigación pretenden hacer más accesibles estas tecnologías al público en general, dada la demanda de experiencias y dispositivos audiovisuales que proporcionen mayor inmersión. / [CA] La reproducció de les propietats espacials del so és una qüestió cada vegada més important en moltes aplicacions immersives emergents. Ja siga en la reproducció de contingut audiovisual en entorns domèstics o en cines, en sistemes de videoconferència immersius o en sistemes de realitat virtual o augmentada, el so espacial és crucial per a una sensació d'immersió realista. L'audició, més enllà de la física del so, és un fenomen perceptual influenciat per processos cognitius. L'objectiu d'aquesta tesi és contribuir a l'optimització i simplificació dels sistemes de so espacial amb nous mètodes i coneixement, des d'un criteri perceptual de l'experiència auditiva. Aquest treball tracta, en una primera part, alguns aspectes particulars relacionats amb la reproducció espacial binaural del so, com són l'audició amb auriculars i la personalització de la Funció de Transferència Relacionada amb el Cap (Head Related Transfer Function - HRTF). S'ha realitzat un estudi relacionat amb la influència dels auriculars en la percepció de la impressió espacial i la qualitat, dedicant especial atenció als efectes de l'equalització i la consegüent distorsió no lineal. Respecte a la individualització de la HRTF, es presenta una implementació completa d'un sistema de mesura de HRTF i s'inclou un nou mètode per a la mesura de HRTF en sales no anecoiques. A mès, s'han realitzat dos experiments diferents i complementaris que han donat com a resultat dues eines que poden ser utilitzades en processos d'individualització de la HRTF, un model paramètric del mòdul de la HRTF i un ajustament per escala de la Diferencià del Temps Interaural (Interaural Time Difference - ITD). En una segona part relacionada amb la reproducció amb altaveus, s'han avaluat distintes tècniques com la Síntesi de Camp d'Ones (Wave-Field Synthesis - WFS) o la panoramització per amplitud. Amb experiments perceptuals, s'ha estudiat la capacitat d'aquests sistemes per a produir una sensació de distància i l'agudesa espacial amb que podem percebre les fonts sonores, si es divideixen espectralment i es reprodueixen en diferents posicions. Les aportacions d'aquesta investigació volen fer més accessibles aquestes tecnologies al públic en general, degut a la demanda d'experiències i dispositius audiovisuals que proporcionen major immersió. / [EN] The reproduction of the spatial properties of sound is an increasingly important concern in many emerging immersive applications. Whether it is the reproduction of audiovisual content in home environments or in cinemas, immersive video conferencing systems or virtual or augmented reality systems, spatial sound is crucial for a realistic sense of immersion. Hearing, beyond the physics of sound, is a perceptual phenomenon influenced by cognitive processes. The objective of this thesis is to contribute with new methods and knowledge to the optimization and simplification of spatial sound systems, from a perceptual approach to the hearing experience. This dissertation deals in a first part with some particular aspects related to the binaural spatial reproduction of sound, such as listening with headphones and the customization of the Head Related Transfer Function (HRTF). A study has been carried out on the influence of headphones on the perception of spatial impression and quality, with particular attention to the effects of equalization and subsequent non-linear distortion. With regard to the individualization of the HRTF a complete implementation of a HRTF measurement system is presented, and a new method for the measurement of HRTF in non-anechoic conditions is introduced. In addition, two different and complementary experiments have been carried out resulting in two tools that can be used in HRTF individualization processes, a parametric model of the HRTF magnitude and an Interaural Time Difference (ITD) scaling adjustment. In a second part concerning loudspeaker reproduction, different techniques such as Wave-Field Synthesis (WFS) or amplitude panning have been evaluated. With perceptual experiments it has been studied the capacity of these systems to produce a sensation of distance, and the spatial acuity with which we can perceive the sound sources if they are spectrally split and reproduced in different positions. The contributions of this research are intended to make these technologies more accessible to the general public, given the demand for audiovisual experiences and devices with increasing immersion. / Gutiérrez Parera, P. (2020). Optimization and improvements in spatial sound reproduction systems through perceptual considerations [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/142696

[EN] Space-division multiplexing fibers emerged as a promising solution to overcome the imminent capacity crunch of conventional singlemode fiber networks. Despite these fibers were initially conceived as distribution media for long-haul high-capacity digital communications, they can be applied to a wide variety of scenarios including centralized radio access networks for wireless communications, data-center interconnects, Microwave Photonics signal processing and fiber sensing. Particular interest is raised by emerging communications paradigms, such as 5G and The Internet of Things, which require a full integration between the optical fiber and the wireless networks segments. Microwave Photonics, discipline that focuses on the generation, processing, control and distribution of radiofrequency signals by photonics means, is called to play a decisive role. One of the major challenges that Microwave Photonics has to overcome to satisfy next-generation communication demands relates to the reduction of size, weight and power consumption while assuring broadband seamless reconfigurability and stability. There is one revolutionary approach that has however been left untapped in finding innovative ways to address that challenge: exploiting space, the last available degree of freedom for optical multiplexing. In this Thesis, we propose to exploit the inherent parallelism of multicore and few-mode fibers to implement sampled discrete true time delay lines, providing, in a single optical fiber, a compact and efficient approach for both Microwave Photonics signal distribution and processing. For the multicore fiber approach, we study the influence of the refractive index profile of each heterogeneous core on the propagation characteristics as to feature specific group delay and chromatic dispersion values. We designed and fabricated two different heterogeneous trench-assisted 7-core fibers that behave as sampled true time delay lines. While one of them was fabricated by using 7 different preforms to feature a plenary performance, the other one employed a single preform with the aim of minimizing fabrication costs. In the case of few-mode fibers, we propose the implementation of a tunable true time delay line by means of a custom-designed fiber with a set of inscribed long period gratings that act as mode converters to properly tailor the sample group delays. We designed and fabricated a true time delay line on a 4-mode fiber by inscribing 3 long period gratings at specific positions along the fiber link. As a proof-of-concept validation, we experimentally demonstrated different Microwave Photonics signal processing functionalities implemented over both multicore and few-mode fiber approaches. This work opens the way towards the development of distributed signal processing for microwave and millimeter wave signals in a single optical fiber. These true time delay lines can be applied to a wide range of Information and Communication Technology paradigms besides fiber-wireless communications such as broadband satellite communications, distributed sensing, medical imaging, optical coherence tomography and quantum communications. / [ES] La multiplexación por división espacial en fibras ópticas surgió como una solución prometedora al inminente colapso en la capacidad de las redes de fibra monomodo convencionales. Aunque estas fibras fueron concebidas inicialmente como medio de distribución en comunicaciones digitales de larga distancia y alta capacidad, pueden emplearse en una amplia variedad de escenarios, incluyendo redes de acceso radio centralizadas para comunicaciones inalámbricas, interconexiones en centros de datos, así como procesado de señal en Fotónica de Microondas y sensado en fibra. Los paradigmas de comunicaciones emergentes despiertan un interés particular, como 5G y el Internet de las Cosas, que requieren una integración total entre el segmento de red de fibra óptica y el inalámbrico. La Fotónica de Microondas, disciplina que se focaliza en la generación, procesado, control y distribución de señales de radiofrecuencia por medio de la fotónica, está destinada a jugar un papel decisivo. Uno de los mayores desafíos que la Fotónica de Microondas debe superar para satisfacer los requisitos de las nuevas generaciones de comunicaciones se basa en la reducción de tamaño, peso y consumo de potencia, mientras se garantiza reconfiguración y estabilidad de banda ancha. Encontramos aquí un enfoque revolucionario capaz de abordar este desafío de una manera innovadora que, sin embargo, no ha sido aprovechado en este contexto: la explotación del espacio, el último grado de libertad para multiplexación óptica. En esta Tesis, proponemos explotar el paralelismo inherente de las fibras ópticas multinúcleo y de pocos modos para implementar líneas de retardo en tiempo real muestreadas que proporcionan, en una sola fibra óptica, una solución compacta y eficiente tanto para distribución como para procesado de señales de Fotónica de Microondas. En el caso de fibras multinúcleo, estudiamos la influencia del perfil de índice de refracción de cada núcleo heterogéneo en las características de propagación para que exhiba unos valores concretos de retardo de grupo y dispersión cromática. Diseñamos y fabricamos dos fibras distintas de 7 núcleos con zanjas que se comportan como líneas de retardo en tiempo real muestreadas. Mientras que una de ellas se fabricó utilizando 7 preformas diferentes para garantizar un funcionamiento completo, la segunda se fabricó utilizando una única preforma con el objetivo de minimizar costes de fabricación. En el caso de fibras de pocos modos, proponemos la implementación de líneas de retardo en tiempo real sintonizables mediante el uso de una fibra específicamente diseñada y la inscripción de un conjunto de redes de difracción de periodo largo que actúan como conversores de modos para ajustar adecuadamente el retardo de grupo de las muestras. Diseñamos y fabricamos una línea de retardo en tiempo real en una fibra de 4 modos mediante la inscripción de 3 redes de difracción de periodo largo en posiciones concretas a lo largo de enlace de fibra. Como validación de prueba de concepto, demostramos experimentalmente diferentes funcionalidades de procesado de señal de Fotónica de Microondas implementadas en fibras multinúcleo y de pocos modos. Este trabajo abre el camino hacia el desarrollo del procesado de señal distribuido para señales de microondas y ondas milimétricas en una única fibra óptica. Además, las líneas de retardo en tiempo real desarrolladas pueden aplicarse a una amplia variedad de paradigmas de Tecnologías de la Información y Comunicaciones más allá de las comunicaciones radio sobre fibra, como es el caso de las comunicaciones de banda ancha por satélite, el sensado distribuido, la imagen médica, la tomografía óptica coherente y las comunicaciones cuánticas. / [CA] La multiplexació per divisió espacial en fibres òptiques va sorgir com una solució prometedora a l'imminent col·lapse en la capacitat de les xarxes de fibra monomode convencionals. Encara que estes fibres foren concebudes inicialment com a mitjà de distribució en comunicacions digitals de llarga distància i alta capacitat, poden emprar-se en una àmplia varietat d'escenaris, incloent xarxes d'accés radio centralitzades per a comunicacions sense fils, interconnexions en centres de dades, així com processat de senyal en Fotònica de Microones i sensat en fibra. Els paradigmes de comunicacions emergents desperten un interès particular, com el 5G i la Internet de les Coses, que requereixen una integració total entre els segments de xarxa de fibra òptica i el de sense fils. La Fotònica de Microones, disciplina que es focalitza en la generació, processat, control i distribució de senyals de radiofreqüència per mitjà de la fotònica, està destinada a jugar un paper decisiu. Un dels majors desafiaments que la Fotònica de Microones ha de superar per satisfer els requisits de les noves generacions de comunicacions es basa en la reducció de grandària, pes i consum de potència, mentre es garanteix reconfiguració i estabilitat de banda ampla Trobem ací un enfocament revolucionari capaç d'abordar aquest desafiament d'una manera innovadora que, no obstant això, no ha sigut aprofitat encara en este context: la explotació de l'espai, l'últim grau de llibertat per a multiplexat òptic. En aquesta Tesi, proposem explotar el paral·lelisme inherent de les fibres òptiques multinucli i de pocs modes per a implementar línies de retard en temps real de mostres discretes que proporcionen, en una sola fibra òptica, una solució compacta i eficient tant per a distribució com per a processat de senyals de Fotònica de Microones. En el cas de fibres multinucli, estudiem la influència del perfil d'índex de refracció de cada nucli heterogeni en les característiques de propagació perquè exhibisca uns valors concrets de retard de grup i dispersió cromàtica. Dissenyem i fabriquem dues fibres distintes de 7 nuclis amb rases que es comporten com a línies de retard en temps real mostrejades. Mentre que una d'elles es va fabricar utilitzant 7 preformes diferents per a garantir un funcionament complet, la segona va fabricar-se utilitzant una única preforma amb l'objectiu de minimitzar costos de fabricació. En el cas de fibres de pocs modes, proposem la implementació de línies de retard en temps real sintonitzables mitjançant l'ús d'una fibra específicament dissenyada i la inscripció d'un conjunt de xarxes de difracció de període llarg que actuen com a convertidors de modes per tal d'ajustar adequadament el retard de grup de les mostres. Dissenyem i fabriquem una línia de retard en temps real en una fibra de 4 modes mitjançant la inscripció de 3 xarxes de difracció de període llarg en posicions concretes al llarg de l'enllaç de fibra. Com a validació de proba de concepte, demostrem experimentalment diferents funcionalitats de processat de senyal de Fotònica de Microones implementades en fibres multinucli i de pocs modes. Aquest treball obri el camí cap al desenvolupament del processat de senyal distribuït per a senyals de microones i ones mil·limètriques en una única fibra òptica. A més, aquestes línies de retard en temps real poden aplicar-se a una àmplia varietat de paradigmes de Tecnologies de la Informació i Comunicacions més enllà de les comunicacions radio sobre fibra, com es el cas de les comunicacions de banda ampla per satèl·lit, el sensat distribuït, la imatge mèdica, la tomografia òptica coherent i les comunicacions quàntiques. / Agradezco al Ministerio de Economía y Competitividad del Gobierno de España por la financiación recibida mediante la ayuda FPI. / García Cortijo, S. (2020). Distributed radiofrequency signal processing based on space-division multiplexing fibers [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/147858

[EN] Optical technologies are the backbone of modern communication systems providing high-speed access to the Internet, efficient inter and intra-data center interconnects and are expending towards growing research fields and new markets such as satel- lite communications, LIDARs (Laser Imaging Detection and Ranging) applications, Neuromorphic computing, and programable photonic circuits, to name a few. Be- cause of its maturity and low-cost, silicon photonics is being leveraged to allow these new technologies to reach their full potential.As a result, there is a strong need for innovative, high-speed and energy-efficient photonic integrated building blocks on the silicon platform to increase the readiness of silicon photonic integrated circuits. The work developed and presented in this thesis is focused on the design and char- acterization of advanced passive and active devices, for photonic integrated circuits. The thesis consists of three main chapters as well as a motivation and concluding sections exposing the rationale and the accomplishments of this work. Chapter one describes the design and characterization of an electro-optical Mach-Zehnder mod- ulator embedded in highly efficient vertical pn junction exploiting the free-carrier dispersion effect in the O-band.. Chapter two is devoted to the design and charac- terization of a novel geometry of asymmetrical multimode interference device and its implementation in a Mach-Zehnder modulator. Chapter three is dedicated to the design and characterization of innovative 1-dimensional photonic crystal designs for slow- lightmodulation applications. An extensive analysis of the main trade-off arising from the use of slow light is presented. / [ES] Las tecnologías ópticas son el eje vertebrador de los sistemas de comunicación mod- ernos que proporcionan acceso de alta velocidad a la Internet, interconexiones efi- cientes entre centros de datos y dentro de ellos. Además, se están expandiendo hacia campos de investigación crecientes y nuevos mercados como son las aplicaciones de comunicaciones por satélite, los LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging), la computación neuromórfica y los circuitos fotónicos programables, por nombrar algunos. La fotónica de silicio está considerada y aceptada ampliamente como una de las tecnologías clave para que dichas aplicaciones puedan desarrollarse. Como resultado, hay una fuerte necesidad de estructuras fotónicas básicas integradas que sean innovadoras, que soporten altas velocidades de transmisión y que sean más eficientes en términos de consumo de potencia, a fin de aumentar la capacidad de los circuitos integrados fotónicos de silicio. El trabajo desarrollado y presentado en esta tesis se centra en el diseño y la car- acterización de dispositivos avanzados pasivos y activos, para circuitos fotónicos integrados. La tesis consta de tres capítulos principales, así como de sendas sec- ciones de motivación y conclusiones que exponen los fundamentos y los logros de este trabajo. El capítulo uno describe el diseño y la caracterización de un modulador electro-óptico Mach-Zehnder incorporado en una unión pn vertical altamente eficien- ciente que explota el efecto de dispersión de plasma en banda O. El capítulo dos está dedicado al diseño y caracterización de una nueva geometría de dispositivo de interferencia multimodo asimétrico y su aplicación en un modulador Mach-Zehnder. El capítulo tres está dedicado al diseño y caracterización de innovadores cristales fotónicos unidimensionales para aplicaciones de modulación con luz lenta. Se pre- senta un amplio análisis de los principales retos derivados del uso de la misma. / [CA] Les tecnologies òptiques són l'eix vertebrador d'aquells sistemes de comunicació moderns que proporcionen accés d'alta velocitat a la Internet, així com intercon- nexions eficients inter i entre centres de dades. A més a més, s'estan expandint cap a camps d'investigació creixents i nous mercats com són les aplicacions de co- municacions per satèl·lit, els LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging), la computació neuromòrfica i els circuits fotònics programables, entre d'altres. La fotònica de silici és considerada i acceptada àmpliament com una de les tecnologies clau i necessàries perquè aquestes aplicacions puguen desenvolupar-se. Per aquest motiu, es fa necessària l'existència d'estructures fotòniques bàsiques integrades que siguen innovadores, que suporten altes velocitats de transmissió i que siguen més eficients en termes de consum de potència, a fi d'augmentar la capacitat dels cir- cuits integrats fotònics de silici. El treball desenvolupat i presentat en aquesta tesi se centra en el disseny i la caracterització de dispositius avançats passius i actius, per a circuits fotònics integrats. La tesi consta de tres capítols principals, així com d'una secció de motivació i una altra de conclusions que exposen els fonaments i els assoliments d'aquest treball. El capítol u descriu el disseny i la caracterització d'un modulador electro-òptic Mach-Zehnder incorporat en una unió pn vertical d'alta efi- ciència que explota l'efecte de dispersió de plasma en la banda O. El capítol dos està dedicat al disseny i caracterització d'una nova geometria de dispositiu d'interferència multimode asimètric així com a la seua aplicació en un modulador Mach-Zehnder. El capítol tres està dedicat al disseny i caracterització d'innovadors cristalls fotònics unidimensionals per a aplicacions de modulació amb llum lenta. S'inclou també una anàlisi detallada dels principals reptes derivats de l'ús d'aquest tipus de llum. / I want to thank you the Generelitat Valenciana and the European Project L3MATRIX for the funding, without them my doctorate would not taken place. / Zanzi, A. (2020). Passive and active silicon photonics devices at TLC telecommunication wavelengths for on-chip optical interconnects [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149377

[ES] En el presente trabajo, se investigan algunos aspectos de la interacción de los materiales dieléctricos con ondas de THz. La banda de THz, que incluye las frecuencias de 100 GHz a 30 THz, ha despertado un gran interés sobre todo por su baja energía y su buena capacidad de penetración en materiales de uso diario como tejidos y plásticos. Las características peculiares de estas ondas permiten su aplicación en diversos campos tecnológicos, especialmente como herramientas científicas y para la inspección de control de calidad. Para avanzar en la aplicación práctica de la radiación THz, la presente tesis doctoral investigó varios caminos. En primer lugar, se trataron métodos alternativos de bajo coste para la fabricación de componentes pasivos de THz, centrándose en los polarizadores. El interés en el control de la polarización nace de la demanda de un mayor control sobre las características físicas de los haces de THz. Asimismo, se han investigado los polarizadores wire grid flexible basados en el efecto de absorción dicroica. Se han fabricado polarizadores con grafito y GaIn24,5 depositados en materiales ordinarios utilizados como sustratos (papel y polímeros como PVA y PVC). Mediante la colaboración con el grupo de investigación chino dirigido por el profesor Liu de la Universidad de Tsinghua, se investigaron procesos de fabricación alternativos. Todos los componentes se simularon mediante un simulador comercial basado en la técnica de integrales finitas FIT (CST Microwave Studio). En segundo lugar, se investigó el potencial de la técnica de fixed delay para la detección rápida de elementos homogéneos y transparentes con posible aplicación en la inspección de calidad industrial. En este esquema, la variación de corriente del haz de THz en un punto específico está relacionada con la variación de sus parámetros ópticos, por lo que se demostró la capacidad de detectar defectos, así como de estimar sus volúmenes bajo ciertas condiciones. Por último, un enfoque diferente para el beam profile basado en un slit dieléctrico fue evaluada como alternativa a los métodos convencionales utilizados en la región de THz y la óptica. Todas las mediciones, tanto la espectroscopia como el control de la polarización, se hicieron por medio de un sistema basado en fibra TDS-THz, con antenas fotoconductoras (PCA), tanto para la generación como para la detección de THz. / [EN] In the present work, some aspects of the role of dielectric materials when interacting with THz waves were investigated. The THz bandgap, which covers the frequencies from 100 GHz to 30 THz, has aroused great interest mainly due to its low energy and its good penetration capacity in some materials of daily use such as fabrics and plastics. The peculiar features of terahertz waves enable their application in various technological fields, especially as scientific tools and for quality control inspection. To advance in the practical application of THz radiation, the present doctoral thesis researched several paths. Firstly, alternative low-cost methods for manufacturing THz passive components, in particular, THz polarizers was treated. The interest in polarization control is derived from the demand for greater control over the physical characteristics of THz beams. Flexible wire grid polarizers based on the dichroic absorption effect have been investigated. The polarizers have been manufactured using graphite and GaIn24.5 deployed on ordinary materials used as substrates (paper and polymers such as PVA and PVC). Through a collaboration undertaken with the Chinese research group led by Professor Liu at Tsinghua University, alternative manufacturing processes were researched. All components were simulated through a commercial simulator based on the FIT finite integrals technique (CST Microwave Studio). Secondly, the potential of the fixed delay technique was investigated for rapid sensing of homogeneous and transparent items with possible application to industrial quality inspection. In this scheme, the current variation of the THz beam at a specific point is related to the variation of its optical parameters, thus it was demonstrated the ability of the method in detecting voids as well as in roughly estimating their volumes under certain conditions. Finally, a different approach for beam profiling based on a dielectric slit aperture was evaluated, as an alternative to the conventional methods used in the THz region and optics All measurements, both spectroscopy and polarization control, were made by means of a TDS-THz fibre-based system, with photoconductive antennas (PCA), both for the generation and detection of THz. / [CA] En el present treball, s'investiguen alguns aspectes del paper dels materials dielèctrics quan interactuen amb ones de THz. El bandgap de THz, que cobreix les freqüències de 100 GHz a 30 THz, ha despertat un gran interés principalment a causa de la seua baixa energia i la seua bona capacitat de penetració en alguns materials d'ús diari com els teixits i els plàstics. Les característiques peculiars de les ones de terahertz permeten la seua aplicació en diversos camps tecnològics, especialment com a eines científiques i per a la inspecció de control de qualitat. Per a avançar en l'aplicació pràctica de la radiació THz, la present tesi doctoral investiga diversos camins. En primer lloc, es s'han tractat mètodes alternatius de baix cost per a la fabricació de components passius de THz, centrant-se principalment en polaritzadors de THz. L'interés en el control de la polarització es deriva de la demanda d'un major control sobre les característiques físiques dels feixos de THz. Així mateix, s'han investigat els polaritzadors amb reixes de filferro flexible basats en l'efecte d'absorció dicroica. Els polaritzadors s'han fabricat utilitzant grafit i GaIn24,5 desplegats en materials ordinaris utilitzats com a substrats (paper i polímers com el PVA i el PVC). Mitjançant una col·laboració empresa amb el grup d'investigació xinés dirigit pel professor Liu de la Universitat de Tsinghua, es van investigar processos de fabricació alternatius. Tots els components es van simular mitjançant un simulador comercial basat en la tècnica d'integrals finites FIT (CST Microwave Studio). En segon lloc, s'ha investigat el potencial de la tècnica de retard fix per a la detecció ràpida d'elements homogenis i transparents amb possible aplicació a la inspecció de qualitat industrial. En aquest esquema, la variació actual del feix de THz en un punt específic està relacionada amb la variació dels seus paràmetres òptics, per la qual cosa es va demostrar la capacitat del mètode per a detectar els buits així com en l'estimació aproximada dels seus volums sota certes condicions. Finalment, un enfocament diferent per al perfil de feix basat en una obertura d'escletxa dielèctrica ha sigut avaluada, com a alternativa als mètodes convencionals utilitzats a la regió de THz i l'òptica.Tots els mesuraments, tant l'espectroscòpia com el control de la polarització, es van fer per mitjà d'un sistema basat en fibra TDS-THz, amb antenes fotoconductores (PCA), tant per a la generació com per a la detecció de THz. / Colleoni, MPM. (2020). Dielectric-based Components and Methods for Terahertz Sensing [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149569

[EN] Mobile communication systems are currently being developed with the aim of providing peak data rates up to 20 times higher to those of LTE-Advanced Rel 10. However, this performance improvement is often far from being the experimented performance by those users who are far from the Base Station (BS). In this sense, there exists a consensus on the fact that the best way to achieve the same quality for all users is with the use of heterogeneous networks composed of macrocells, microcells, femtocells, and relays. This dissertation addresses the use of Mobile Relays (MRs) to provide service to users who are at the cell-edge. MR is a natural extension of the fi xed relay in which users who are in the idle state could retransmit signals received from other transmitters to enhance data rates. This dissertation focuses on proposing and evaluating new techniques that manage the use of the MR in the new generation cellular networks. In particular, the dissertation studies MR from two complementary points of view. The first point of view investigates the MR management at the network level through a signaling protocol known as Media Independent Handover. The central idea of this mechanism is to use this signaling to connect the BS and the user in one of the following two manners. In the former, both entities are connected directly through the xG (x= 2, 3, 4, 5) wireless network. In the latter, there exists an xG connection between the BS and the MR and another one between the MR and the user through an IEEE 802.11 local wireless network. The investigations in this Thesis aim at fi nding a trade-of f between using multiple MRs and reducing signaling overhead. The second point of view deals with MR integration at air interface level. It consists in detecting, proposing, and evaluating new transmission techniques that solve the drawbacks derived from coherent detection. As with point-to-point systems, employing multiple antennas in a cooperative system can signi cantly improve the spectral efficiency of the systems with only one transmit antenna assuming that the channel estate information is available at the receiver. However, performing a coherent detection in a network assisted by relays consumes much more resources than a point-to-point network since the coherent detection requires the channel estimation of source-relay, relay-destination, and source-destination links. In this Thesis, the proposed solution is to use transmission techniques that do not need the channel knowledge to perform the detection. This dissertation evaluates the use of Single-User (SU) open-loop communication methods over temporally-correlated Rayleigh fading MIMO channels. On the other hand, in multi-carrier systems, the Thesis proposes to transmit the Grassmannian signaling (GS) in the virtual block formed by the coherence time and the coherence bandwidth. This proposal is due to the fact that GS achieves data rates approaching capacity over block-fading channels. However, this channel type is not common in real systems since channel correlation is often found in frequency, time, and space. For this reason, the next objective is to evaluate the performance of GS compared to the diversity transmission modes of LTE, analyzing the impact of user mobility and antenna correlation. Thanks to these investigations, we point that non-coherent systems are promising techniques in mobility scenarios with a high number of transmit antennas. This result motivates its relevance in the design of new SU open-loop transmission methods with multiple antennas. In downlink multi-user non-coherent scenarios, superposition coding and a suboptimum detection scheme are proposed. This detection system reduces the complexity respect to the maximum likelihood detection. Finally, this dissertation proposes that GS is transmitted in a new carrier type, where any reference signal is transmitted. In this way, the user would change its detection method to non-coherent. / [ES] Los sistemas de comunicaciones móviles están siendo desarrollados en la actualidad con el objetivo de ofrecer tasas de datos de pico hasta 20 veces mayores que las proporcionadas por LTE-Advanced Rel 10. Sin embargo, esta mejora en prestaciones está lejos de ser la experimentada por los usuarios que están lejos de la Estación Base (EB). En este sentido, existe un consenso en que la mejor manera de lograr la misma calidad para todos los usuarios es con el uso de redes heterogéneas formadas de macroceldas, microceldas, femtoceldas y relays. Esta Tesis estudia el uso del Relay Móvil (RM) para proporcionar servicio a usuarios que estén en el borde de la celda. El RM es una extensión natural del relay fijo en el cual los usuarios que están en reposo podrían retransmitir señales recibidas de otros transmisores para mejorar las tasas de datos. Esta Tesis se enfoca en proponer y evaluar nuevas técnicas que gestionen el uso del RM en las redes celulares de nueva generación. En particular, la Tesis estudia el MR desde dos puntos de vista complementarios. El primer punto de vista investiga la gestión del RM a nivel de red a través de un protocolo de señalización conocido como Media Independent Handover. La idea principal de este mecanismo es usar esta señalización para conectar la EB y el usuario en una de las siguientes dos maneras. En la primera, ambas entidades están conectadas directamente a través de la red inalámbrica xG (x=2, 3, 4, 5). En la segunda, existe una conexión xG entre la EB y el RM, y otra entre el RM y el usuario a través de una red inalámbrica local IEEE 802.11. Las investigaciones en esta Tesis buscan un compromiso entre usar múltiples RMs y reducir la carga de señalización. El segundo punto de vista trata de la integración del RM a nivel radio. Esto consiste en detectar, proponer y evaluar nuevas técnicas de transmisión que solucionen los inconvenientes derivados de la detección coherente. Como en los sistemas punto a punto, emplear múltiples antenas en un sistema cooperativo puede mejorar la efficiencia espectral respecto a los sistemas con una única antena transmisora asumiendo que el estado del canal está disponible en el receptor. Sin embargo, realizar una detección coherente en una red asistida con relays consume más recursos que una red punto a punto ya que la detección coherente requiere la estimación de canal de los enlaces fuente-relay, relay-destino y fuente-destino. La solución propuesta es usar técnicas de transmisión que no necesiten el conocimiento del canal para realizar la detección. Esta Tesis evalúa el uso de métodos de comunicación en lazo abierto a un único usuario sobre canales MIMO con desvanecimientos Rayleigh temporalmente correlados. Por otra parte, en sistemas multiportadora, se propone transmitir la Señalización Grassmannian (SG) en el bloque virtual formado por el tiempo de coherencia y el ancho de banda de coherencia. Esta propuesta se debe al hecho de que la SG alcanza tasas de datos cercanas a la capacidad en canales block-fading. Sin embargo, este tipo de canal no es común en sistemas reales puesto que la correlación del canal se encuentra a menudo en frecuencia, tiempo y espacio. Por esta razón, el siguiente objetivo es evaluar las prestaciones de la SG comparadas con los modos de transmisión de diversidad de LTE, analizando el impacto de la movilidad del usuario y la correlación de las antenas. Gracias a estas investigaciones, apuntamos que los sistemas no coherentes son técnicas prometedoras en escenarios con movilidad y un alto número de antenas transmisoras. En escenarios no coherentes multiusuario del enlace descendente, se propone utilizar superposition coding y un esquema de detección subóptimo que reduce la complejidad respecto a la detección de máxima verosimilitud. Finalmente, se propone que la SG sea transmitida en una nueva portadora donde ninguna señal de referencia se transmita. De esta forma, el usuar / [CA] Els sistemes de comunicacions mòbils estan sent desenrotllats en l'actualitat amb l'objectiu d'oferir taxes de dades de pic fins a 20 vegades majors que les proporcionades per LTE-Advanced Rel 10. No obstant això, esta millora en prestacions està lluny de ser l'experimentada pels usuaris que estan lluny de l'Estació Base (EB). En este sentit, hi ha un consens en què la millor manera d'aconseguir la mateixa qualitat per a tots els usuaris és amb l'ús de xarxes heterogènies formades de macrocel·les, microcel·les, femtoceldas i relays. Esta Tesi estudia l'ús del Relay Mòbil (RM) per a proporcionar servici a usuaris que estiguen en el bord de la cel·la. El RM és una extensió natural del relay fix en el qual els usuaris que estan en repòs podrien retransmetre senyals rebudes d'altres transmissors per a millorar les taxes de dades. Esta Tesi s'enfoca a proposar i avaluar noves tècniques que gestionen l'ús del RM en les xarxes cel·lulars de nova generació. En particular, la Tesi estudia el MR des de dos punts de vista complementaris. El primer punt de vista investiga la gestió del RM a nivell de xarxa a través d'un protocol de senyalització conegut com Media Independent Handover. La idea principal d'este mecanisme és usar esta senyalització per a connectar l'EB i l'usuari en una de les següents dos maneres. En la primera, ambdós entitats estan connectades directament a través de la xarxa sense fil xG (x=2, 3, 4, 5) . En la segona, hi ha una connexió xG entre l'EB i el RM, i una altra entre el RM i l'usuari a través d'una xarxa sense fil local IEEE 802.11. Les investigacions en esta Tesi busquen un compromís entre usar múltiples RMs i reduir la càrrega de senyalització. El segon punt de vista tracta de la integració del RM a nivell ràdio. Açò consistix a detectar, proposar i avaluar noves tècniques de transmissió que solucionen els inconvenients derivats de la detecció coherent. Com en els sistemes punt a punt, emprar múltiples antenes en un sistema cooperatiu pot millorar l'efficiencia espectral respecte als sistemes amb una única antena transmissora assumint que l'estat del canal està disponible en el receptor. No obstant això, realitzar una detecció coherent en una xarxa assistida amb relays consumix més recursos que una xarxa punt a punt ja que la detecció coherent requerix l'estimació de canal dels enllaços font-relay, relay-destí i font-destí. La solució proposada és usar tècniques de transmissió que no necessiten el coneixement del canal per a realitzar la detecció. Esta Tesi avalua l'ús de mètodes de comunicació en llaç obert a un únic usuari sobre canals MIMO amb esvaïments Rayleigh temporalment correlats. D'altra banda, en sistemes multiportadora, es proposa transmetre la Senyalització Grassmannian (SG) en el bloc virtual format pel temps de coherència i l'amplada de banda de coherència. Esta proposta es deu al fet de que la SG aconseguix taxes de dades pròximes a la capacitat en canals block-fading. No obstant això, este tipus de canal no és comú en sistemes reals ja que la correlació del canal es troba sovint en freqüència, temps i espai. Per esta raó, el següent objectiu és avaluar les prestacions de la SG comparades amb els modes de transmissió de diversitat de LTE, analitzant l'impacte de la mobilitat de l'usuari i la correlació de les antenes. Gràcies a estes investigacions, apuntem que els sistemes no coherents són tècniques prometedores en escenaris amb mobilitat i un alt nombre d'antenes transmissores. En escenaris no coherents multiusuari de l'enllaç descendent, es proposa utilitzar superposition coding i un esquema de detecció subòptim que reduïx la complexitat respecte a la detecció de màxima versemblança. Finalment, es proposa que la SG siga transmesa en una nova portadora on cap senyal de referència es transmeta. D'esta manera, l'usuari canviaria el seu mètode de detecció a no coherent. / Cabrejas Peñuelas, J. (2016). Distributed cooperative MIMO in beyond 2020 wireless networks [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63245

[EN] Digital Terrestrial Television (DTT), offers greater robustness against noise and interference, more efficient use of radioelectric spectrum by the possibility of using single frequency networks (SFN) and the possibility of transmitting several television channels for the same radio channel. In addition, it is possible to provide value-added services such as HDTV and 3D. In the transition from analog to digital television, it must be perform a first stage of simulcast, where both analogue and digital signals should coexist. In this stage, a critical point is the low availability of frequencies. Therefore, first it is necessary to perform a frequency planning at regional level between the countries and internally for each country. Due to the high power that DTT transmitters normally radiate, and the locations of the transmitters at high points, frequency planning at regional level should take into account coordination areas and protection distances inside the border of each country. Finally, DTT network planning should be perform for the assigned frequencies. Additionally, the most efficient usage of the radio electric spectrum involved the introduction of the DTT, have allowed the release of certain frequency bands traditionally allocated for broadcasting. The released bands are known as Digital Dividend (DD), and correspond to the 800 MHz band (790-862 MHz) and 700 MHz (698-806 MHz) in Europe, and 700 MHz band in America. These bands have been allocated for the use of fourth generation mobile communications 4G LTE. The inclusion of LTE in the digital dividend bands, represents an additional problem for the deploy of DTT networks. Because both, DTT and LTE networks must coexist in adjacent frequency channels. Therefore, two coexistence cases must be considered. On the one hand, to the deployment of new DTT networks, must be analyzed the potential interference from LTE networks, as well the possible solutions to mitigate the interference. Moreover, for DTT networks already deployed, interference problems must be solved at the lowest possible cost and impact. This thesis deals with frequency planning for DTT networks in South America, where several DTT standards have been adopted. Most countries in the region have adopted the Japanese-Brazilian standard ISDB-Tb. However, Colombia has adopted the European second generation standard DVB-T2, with the particularity that Colombia is the first country in the world in which DVB-T2 must work with 6 MHz channelization, and must coexist with the analog TV standard NTSC. This along with the late release of the DD band in America, presents a much more complex scenario for DTT planning network in the region. First the frequency planning at the regional level for all countries of South America is studied, later the frequency planning at national level for Colombia is addressed. For this purpose, is investigated the coexistence of the European second generation standard (DVB-T2), the Japanese-Brazilian first generation standard (ISDB-Tb), the American analog TV standard NTSC and the mobile communications standard LTE working in digital dividend bands, as well as different technical solutions to mitigate interference on DTT networks. Finally, the recommendations of coexistence between analogue television networks NTSC, digital television networks ISDB-T, DVB-T2 and mobile communications networks 4G LTE are presented. These recommendations constitute a useful handbook for DTT network planning in South America. / [ES] La Televisión Digital Terrestre (TDT) con respecto a la difusión de televisión analógica ofrece, mayor robustez en la señal frente a ruido e interferencias, uso más eficiente del espectro radioeléctrico gracias a la posibilidad de utilizar redes de frecuencia única, en ingles SFNs (Single Frequency Network) y la posibilidad de transmitir varios canales de televisión por un mismo canal radioeléctrico. Además, es posible ofrecer servicios de valor añadido, tales como televisión en alta definición y programación 3D. En el proceso de transición de televisión analógica a digital, se debe llevar a cabo una primera etapa de simulcast, donde tanto señales analógicas como digitales deben convivir. En esta etapa, un punto crítico es la baja disponibilidad de frecuencias. Por tanto, en primer lugar es necesario hacer una planificación de frecuencias a nivel regional entre los países y a nivel interno de cada país. Debido a las altas potencias con que normalmente radian los transmisores de TDT, y las ubicaciones de los transmisores en puntos elevados, la planificación de frecuencias a nivel regional debe tener en cuenta zonas de coordinación y distancias de protección dentro de la frontera de cada país. Finalmente se debe planificar las redes de TDT a las frecuencias asignadas. Adicionalmente, la utilización más eficiente del espectro radioeléctrico que conlleva la introducción de la TDT, ha permitido la liberación de ciertas bandas de frecuencia asignadas tradicionalmente a radiodifusión. Las bandas liberadas son conocidas como Dividendo Digital (DD), y corresponden a la banda de 800 MHz (790-862 MHz) y 700 MHz (698-806 MHz) en Europa, y la banda de 700 MHz en América. Dichas bandas han sido asignadas para la utilización de servicios de comunicaciones móviles de cuarta generación 4G LTE. La inclusión del estándar LTE en las bandas de dividendo digital, representa un problema adicional para el despliegue de las redes de TDT. Debido a que tanto la TDT como las redes LTE deben coexistir en canales adyacentes en frecuencia. Por tanto, dos casos de convivencia deben ser considerados. Por un lado, para el despliegue de nuevas redes de TDT, se deben analizar las posibles interferencias desde las redes LTE, así como las posibles soluciones para mitigar dichas interferencias. Por otra parte para redes de TDT ya desplegadas, los problemas de interferencias deben ser resueltos con el menor impacto y costo posibles. La presente tesis aborda la planificación de frecuencias para las redes de TDT en Sudamérica, donde varios estándares de TDT han sido adoptados. La mayoría de los países de la región han adoptado el estándar Japones-Brasileño ISDB-Tb. Sin embargo, Colombia ha adoptado el estándar europeo de segunda generación DVB-T2, con la particularidad de ser el primer lugar en el mundo en que DVB-T2 debe trabajar con canalización de 6 MHz, y debe convivir con el estándar de televisión analógica NTSC. Esto junto con la tardía liberación del Dividendo Digital (DD) en América, presentan un escenario mucho más complejo para la planificación de las redes de TDT en la región. En primer lugar se estudia la planificación de frecuencias a nivel regional para todos los países de Sudamérica, para posteriormente abordar la planificación a nivel nacional para Colombia. Con tal fin, se investiga la convivencia entre el estándar de TDT europeo de segunda generación (DVB-T2), el estándar Japones-Brasileño de primera generación (ISDB-Tb), el estándar americano de televisión analógica NTSC y el estándar de comunicaciones móviles LTE en las bandas del dividendo digital, así como las diferentes soluciones técnicas para mitigar interferencias sobre las redes de TDT. Finalmente, se presentan las recomendaciones de convivencia entre redes de televisión analógica NTSC, redes de televisión digital ISDB-T, DVB-T2 y redes de comunicaciones móviles 4G LTE, que constituyen un útil manual para la pl / [CA] La Televisió Digital Terrestre (TDT) respecte a la difusió de televisió analògica oferix, major robustesa en el senyal enfront de soroll i interferències, ús més eficient de l'espectre radioelèctric gràcies a la possibilitat d'utilitzar xarxes de freqüència única, en engonals SFNs (Single Frequency Networks) i la possibilitat de transmetre uns quants canals de televisió per un mateix canal radioelèctric. A més, és possible oferir servicis de valor afegit, com ara televisió en alta definició i programació 3D. En el procés de transició de televisió analògica a digital, s'ha de dur a terme una primera etapa de simulcast, on tant senyals analògics com digitals han de conviure. En esta etapa, un punt crític és la baixa disponibilitat de freqüències. Per tant, en primer lloc és necessari fer una planificació de freqüències a nivell regional entre els països i a nivell intern de cada país. A causa de les altes potències amb què normalment radien els transmissors de TDT, i les ubicacions dels transmissors en punts elevats, la planificació de freqüències a nivell regional ha de tindre en compte zones de coordinació i distàncies de protecció dins de la frontera de cada país. Finalment s'ha de planificar la les xarxes de TDT a les freqüències assignades. Addicionalment, la utilització més eficient de l'espectre radioelèctric que comporta la introducció de la TDT, ha permés l'alliberament de certes bandes de freqüència assignades tradicionalment a radiodifusió. Les bandes alliberades són conegudes com a Dividend Digital (DD), i corresponen a la banda de 800 MHz (790-862 MHz) i 700 MHz (698-806 MHz) a Europa, i la banda de 700 MHz a Amèrica. Les dites bandes han sigut assignades per a la utilització de servicis de comunicacions mòbils de quarta generació 4G LTE. La inclusió de l'estàndard LTE en les bandes de dividend digital, representa un problema addicional per al desplegament de les xarxes de TDT. Pel fet que tant la TDT com les xarxes LTE han de coexistir en canals adjacents en freqüència. Per tant, dos casos de convivència han de ser considerats. D'una banda, per al desplegament de noves xarxes de TDT, s'han d'analitzar les possibles interferències des de les xarxes LTE, així com les possibles solucions per a mitigar les dites interferències. D'altra banda per a xarxes de TDT ja desplegades, els problemes d'interferències han de ser resolts amb el menor impacte i cost possibles. La present tesi aborda la planificació de freqüències per a les xarxes de TDT a Sud-amèrica, on diversos estàndards de TDT han sigut adoptats. La majoria dels països de la regió han adoptat l'estàndard Japones-Brasileño ISDB-Tb. Sin embargo, Colòmbia ha adoptat l'estàndard europeu de segona generació DVB-T2, amb la particularitat de ser el primer lloc en el món en què DVB-T2 ha de treballar amb canalització de 6 MHz, i ha de conviure amb l'estàndard de televisió analògica NTSC. Açò junt amb el tardà alliberament del DD a Amèrica, presenten un escenari molt més complex per a la planificació de les xarxes de TDT en la regió. En primer lloc s'estudia la planificació de freqüències a nivell regional per a tots els països de Sud-amèrica, per a posteriorment abordar la planificació a nivell nacional per a Colòmbia. Amb tal fi, s'investiga la convivència entre l'estàndard de TDT europeu de segona generació (DVB-T2), l'estàndard Japones-Brasileño de primera generació (ISDB-T), l'estàndard americà de televisió analògica NTSC i l'estàndard de comunicacions mòbils LTE en les bandes del dividend digital, així com les diferents solucions tècniques per a mitigar interferències sobre les xarxes de TDT. Finalment, es presenten les recomanacions de convivència entre xarxes de televisió analògica NTSC, xarxes de televisió digital ISDB-T, DVB-T2 i xarxes de comunicacions mòbils 4G LTE, que constituïxen un útil manual per a la planificació de les xarxes de / Ribadeneira Ramírez, JA. (2016). Planificación de Frecuencias para Televisión Digital Terrestre (TDT) en Sudamérica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63669