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Esta tesis aborda el problema del diseño de sistemas multiantena, donde el caso más general corresponde a un canal multi-input-multi-output (MIMO) con un transmisor y un receptor con más de una antena. La ventaja de estos sistemas es que ofrecen un rendimiento mucho mejor que los de una única antena, tanto en términos de calidad en la transmisión como en capacidad entendida como número de usuarios a los que se les puede prestar servicio simultáneamente.El objetivo es diseñar conjuntamente el transmisor y el receptor, lo que depende directamente de la calidad y la cantidad de información del canal de la que se dispone. En esta tesis se analiza el impacto de dicha información en el diseño.Primero se ha estudiado un sistema MIMO de un único usuario usando la modulación orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) y asumiendo un conocimiento perfecto del canal en ambos extremos. La arquitectura propuesta se basa en conformación conjunta por portadora, calculándose los conformadores óptimos y proponiéndose diversas estrategias de distribución de potencia entre las portadoras con una baja complejidad. Se han analizado también las relaciones asintóticas de estas distribuciones de potencia con otras soluciones clásicas con mayor coste.El diseño anterior se ha extendido a sistemas MIMO multiusuario, donde todos los terminales en el escenario tienen más de una antena y la información del canal es perfecta. El objetivo es la minimización de la potencia total transmitida sujeto a restricciones de tasa de error máxima para cada enlace. El problema matemático obtenido es no convexo, por lo que estrategias clásicas basadas en algoritmos de gradiente o de optimización sucesiva pueden llevar a soluciones subóptimas. Como posible alternativa se ha propuesto la aplicación de simulated annealing, una potente herramienta heurística y estocástica que permite hallar el diseño global óptimo incluso cuando el problema es no convexo.Los errores en la información de canal disponible pueden empeorar el rendimiento del sistema si éstos no se tienen en cuenta explícitamente durante el diseño. La degradación del sistema MIMO-OFDM de un único usuario se ha estudiado en esta situación, obteniendo una expresión analítica de una cota superior de la máxima degradación relativa de la relación señal a ruido más interferencia.El rendimiento se puede mejorar usando técnicas robustas que tengan en cuenta la presencia de dichos errores. Existen dos aproximaciones clásicas: las Bayesianas y las maximin. En las soluciones Bayesianas el problema se formula estadísticamente, donde el objetivo es optimizar el valor medio de una función de rendimiento promediada sobre la estadística del canal real condicionado a su estimación. Por otro lado, los diseños maximin se caracterizan por optimizar el peor rendimiento para cualquier posible error en la información del canal dentro de una cierta región de incertidumbre que modela el conocimiento imperfecto del mismo.Se han mostrado dos ejemplos de diseños Bayesianos. Primero, una distribución de potencia en un sistema OFDM de una única antena que minimiza el valor medio de una cota superior de la tasa de error, y después un diseño de un transmisor multiantena con un banco de filtros que maximiza la relación señal a ruido media (SNR) o minimiza el error cuadrático medio.Finalmente, se ha obtenido el diseño robusto maximin de un sistema MIMO de un único usuario donde en el transmisor se combinan un código bloque ortogonal espacio-tiempo, una distribución de potencia y un banco de conformadores correspondientes a los modos espaciales del canal estimado. La distribución de potencia se ha diseñado acorde a una región de incertidumbre para el error en la estimación de canal de manera que se maximiza la peor SNR en dicha región. Posteriormente, este diseño se ha extendido al caso de modulaciones adaptativas y multiportadora, mostrando que el rendimiento es mejor que para los códigos bloque otrogonales y la conformación no robusta., This Ph.D. dissertation addresses the design of multi-antenna systems, where the most general case corresponds to a transmitter and a receiver with more than one antenna, i.e., a multiple-input-multiple-output (MIMO) channel. The main advantage is that they can provide a much better performance than single-antenna systems, both in terms of transmission quality and system capacity, i.e., number of users that can be served simultaneously.The objective is to carry out a joint transmitter-receiver design, which depends directly on the quantity and the quality of the available channel state information (CSI). In this dissertation, the impact of the CSI on the design has been analyzed.First, a single-user MIMO communication system has been designed assuming the use of the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation and according to a perfect CSI at both sides. The proposed architecture is based on a joint beamforming approach per carrier. The optimum beamvectors have been calculated and several power allocation strategies among the subcarriers have been derived. These power allocation solutions have been shown to be asymptotically related to other classical designs but with a much lower computational load.The previous design has been extended to multi-user communications, where the multi-antenna terminals in the scenario have a perfect CSI. The objective is the minimization of the total transmit power subject to maximum bit error rate (BER) constraints for each link. The mathematical optimization problem is non-convex and, therefore, classical solutions based on gradient search or alternate & maximize schemes may find a local suboptimum design. As a possible solution, the application of the simulated annealing technique has been proposed, a powerful stochastic optimization tool able to find the global optimum design even when the problem is non-convex.The errors in the available CSI may decrease importantly the system performance if they are not taken into account explicitly in the design. This degradation has been studied for the single-user MIMO-OFDM system. An analytical expression of an upper-bound on the maximum relative signal to noise plus interference ratio degradation has been found.The system performance can be improved when exploiting an imperfect CSI by using adequate robustness strategies. Two robust approaches have been proposed: the Bayesian and the maximin solutions. The Bayesian approach is a full statistical solution that optimizes the mean value of the performance function averaged over the statistics of the actual channel and the errors in the CSI. On the other hand, the maximin approach provides a design that optimizes the worst system performance for any possible error in a predefined uncertainty region.Two simple examples of Bayesian designs have been provided. First, a power allocation has been derived for an OFDM system with one transmit and one receive antenna minimizing the mean value of an upper-bound on the BER. Afterwards, a design of a multi-antenna transmitter with a bank of filters and a single-antenna receiver has been proposed, whose objective is either the maximization of the mean signal to noise ratio (SNR) or the minimization of the mean square error.Finally, a robust maximin design has been proposed for a single-user MIMO system, in which the transmitter is based on the combination of an orthogonal space time block code (OSTBC), a power allocation stage, and a set of beamformers coupling the transmission through the estimated channel eigenmodes. The power allocation has been found according to a channel estimate and an uncertainty region for the error in this estimate, so that the worst SNR for any error in the uncertainty region is maximized. This design has been then extended and applied to adaptive modulation schemes and multicarrier modulations, showing that the performance is much better than that achieved by a pure OSTBC solution or a non-robust beamforming scheme.

Aquesta tesi es dedica a l'anàlisi de la justícia a la capa física en entorns de comunicacions amb múltiples antenes i diversos usuaris, cosa que implica un nou punt de vista sobre problemas tradicionals. Malgrat això, el grau d'equitat o desigualtat en la distribució de recursos ha estat estudiat en profunditat en altres camps com Economia o Ciències Socials. En el fons, el enginyers tendeixen a optimizar les prestacions globals, però quan hi ha múltiples usuaris en escena, aquella optimització no és necessàriament la millor opció. En sistemes mòbils, per exemple, l'usuari amb unes males condicions de canal pot patir les conseqüències d'un controlador central que basi les seves decisions en la millor qualitat instantània del canal. En aquest sentit, el problema s'encara des de quatre perspectives diferents: processament d'antenes, assignació de potència, assignació de bits, i combinació de diversitat en espai (SDMA) amb múltiples subportadores (OFDM).Abans del contingut tècnic, es descriu en detall l'entorn on s'emmarca aquesta tesi. La contribució de l'autor com a tal comença amb l'anàlisi de la justícia no només pel processament al transmissor, però també pel límit superior que representa la tècnica cooperativa entre el transmissor i el receptor. L'anàlisi de SNR pel forçador de zeros, el dirty paper i l'estratègia cooperativa entre transmissor i receptor està basada en la teoria de carteres, i consisteix bàsicament a calcular la mitja i la variància de cada esquema. Es veu que una mitja superior ve donada per una major variància en l'assignació de recursos. Així com a aquestes tècniques d'antenes, la justícia hi és implícita, es fa totalment explícita en la tria d'una tècnica de distribució de potència amb un conformador forçador de zeros. Llavors, les funcions objectiu tradicionals a la literatura es comparen en termes de justícia, això és en termes del màxim i el mínim, a més de la mitja o la suma. Aquí es pot veure que optimitzar les prestacions globals d'una cel·la (p.ex tècniques de mínima suma de BER o màxima suma de rate) implica una distribució més desigual dels recursos entre els usuaris. Per una altra banda, les tècniques max-min tendeixen a fer una distribució dels recursos més paritària entre els usuaris, alhora que perden en prestacions globals.A més, l'assignació de potència basada en teoria de jocs es compara a les tècniques tradicionals, i es mostra que la funció d'utilitat àmpliament utilitzada en aquest context té una taxa d'error inacceptable. Llavors, la funció a optimitzar s'ha de triar de forma acurada, per tal d'evitar possibles conseqüències indesitjables. Un altre problema interessant és el control d'admissió, és a dir, la selecció d'un subconjunt d'usuaris que han de ser servits simultàniament. Normalment, el control d'admissió és necessari per complir els requeriments de les comunicacions, en termes de retard o taxa d'error, entre d'altres. Es proposa un nou algoritme que està entre mig de les tècniques tradicionals a l'eix de la justícia, l'assignació uniforme de potència i l'esquema que dóna igual rate i BER a tots els usuaris.Després d'això, l'anàlisi de la justícia es fa per l'assignació de bits. Primer, el punt de vista tradicional de la maximització de la suma de rates es contraposa a la maximització de la mínima rate, que finalment assigna a tots el usuaris un número igual de bits. Un altre cop, el controlador central ha de balancejar les necessitats individuals amb les prestacions globals. Malgrat això, es proposa un algoritme que té un comportament intermig entre els esquemes tradicionals. A més, s'estudien una extensió per tal de combinar la diversitat en espai amb la freqüencial, per tant, s'analitzen sistemes SDMA/OFDM, pels quals s'extenen els algoritmes inicialment dissenyats per SDMA. Com que les funcions objectiu són NP-completes i molt difícils de resoldre fins i tot amb un nombre moderat d'usuaris i antenes, les solucions subòptimes són clarament bones candidates. A més, temes pràctics com la senyalització i la reducció en complexitat són tractats des d'un clar punt de vista d'enginyeria., This dissertation is devoted to the analysis of fairness at the physical layer in multi-antenna multi-user communications, which implies a new view on traditional techniques. However, the degree of equality/inequality of any resource distribution has been extensively studied in other fields such as Economics or Social Sciences. Indeed, engineers usually aim at optimizing the total performance, but when multiple users come into play, the overall optimization might not necessarily be the best thing to do. For instance in wireless systems, the user with a bad channel condition might suffer the consequences from the selective choice based on the instantaneous channel quality made by a centralized entity. In this sense, the problem has four different perspectives: antenna processing, power allocation, bit allocation, and combination of space diversity (SDMA) with multiple subcarriers (OFDM).Before the technical content, the landscape where this dissertation is contained is described in detail. The contribution of the author starts with the analysis of fairness conducted not only for transmit processing, but also for the upper bound that represents the cooperative strategy between the transmitter and the receiver. The SNR analysis for zero forcing, dirty paper, and the cooperative scheme, is based on portfolio theory, and basically consists of the computation of the mean and the variance of each scheme. Interestingly, a higher mean performance comes at the expense of a higher variance in the resource allocation. Whereas in these antenna array techniques, the fairness is implicit, it is made explicit afterwards by the selection of a power allocation technique with a zero forcing beamforming. The traditional objective functions available in the literature are here compared in terms of fairness, i.e. not only the mean or sum value are analyzed, but also the minimum and the maximum. It can be stated that optimizing the global performance of a cell (e.g. a minimum sum BER or maximum sum rate techniques) comes at the expense of an uneven distribution of the resources among the users. On the other hand, max-min techniques tend to distribute the resources more equally at the expense of loosing in global performance.Moreover, the game-theoretic power allocation is compared to traditional techniques, and it is shown that the widespread utility function in this context yields an unacceptable BER. Therefore, the optimizing criterion shall be carefully chosen to avoid undesirable operating consequences. Another interesting problem is the admission control, that is, the selection of a subset of users that are scheduled for transmission. Usually, this selection shall be done because the QoS requirements of the communications, e.g. in terms of delay or error rate, prevent all the users from being served. A new algorithm is proposed that balances between the traditional techniques on the extremes of the fairness axis, the uniform power allocation and the equal rate and BER scheme.After that, the fairness analysis is conducted for the integer bit allocation. First, the traditional approach of the maximization of the sum rate is opposed to the maximization of the minimum rate technique, which ultimately assigns an equal number of bits for all the users. Again, the centralized controller shall balance between the global performance and the individual needs. Nevertheless, an algorithm is proposed, which yields an intermediate behavior among the other traditional schemes. Then, an extension is developed in order to combine the spatial diversity with frequency diversity, that is, SDMA/OFDM systems are analyzed and the initial algorithms for SDMA are extended for such a case. Since the objective functions are NP-complete and very hard to solve even with moderate number of users and antennas, several suboptimal solutions are motivated. Moreover, practical issues such as signaling or a reduction in complexity are faced from a clear engineering point of view.

En aquest treball s'estudia el problema de la compressió de video utilitzant funcionalitats basades en el contingut en el marc teòric dels sistemes de codificació de seqüències de video basats en regions. Es tracten bàsicament dos problemes: El primer està relacionat amb com es pot aconseguir una codificació òptima en sistemes de codificació de video basats en regions. En concret, es mostra com es pot utilitzar un metodologia de 'rate-distortion' en aquest tipus de problemes. El segon problema que es tracta és com introduir funcionalitats basades en el contingut en un d'aquests sistemes de codificació de video.La teoria de 'rate-distortion' defineix l'optimalitat en la codificació com la representació d'un senyal que, per una taxa de bits donada, resulta en una distorsió mínima al reconstruir el senyal. En el cas de sistemes de codificació basats en regions, això implica obtenir una partició òptima i al mateix temps, un repartiment òptim dels bits entre les diferents regions d'aquesta partició. Aquest problema es formalitza per sistemes de codificació no escalables i es proposa un algorisme per solucionar-lo. Aquest algorisme s'aplica a un sistema de codificació concret anomenat SESAME. En el SESAME, cada quadre de la seqüència de video es segmenta en un conjunt de regions que es codifiquen de forma independent. La segmentació es fa seguint criteris d'homogeneitat espaial i temporal. Per eliminar la redundància temporal, s'utilitza un sistema predictiu basat en la informació de moviment tant per la partició com per la textura. El sistema permet seguir l'evolució temporal de cada regió per tota la seqüència. Els resultats de la codificació són òptims (o quasi-òptims) pel marc donat en un sentit de 'rate-distortion'. El procés de codificació inclou trobar una partició òptima i també trobar la tècnica de codificació i nivell de qualitat més adient per cada regió. Més endavant s'investiga el problema de codificació de video en sistemes amb escalabilitat i que suporten funcionalitats basades en el contingut. El problema es generalitza incloent en l'esquema de codificació les dependències espaials i temporals entre els diferents quadres o entre les diferents capes d'escalabilitat. En aquest cas, la solució requereix trobar la partició òptima i les tècniques de codificació de textura òptimes tant per la capa base com per la capa de millora. A causa de les dependències que hi ha entre aquestes capes, la partició i el conjunt de tècniques de codificació per la capa de millora dependran de les decisions preses en la capa base. Donat que aquest tipus de solucions generalment són molt costoses computacionalment, també es proposa una solució que no té en compte aquestes dependències.Els algorismes obtinguts s'apliquen per extendre SESAME. El sistema de codificació extès, anomenat XSESAME suporta diferents tipus d'escalabilitat (PSNR, espaial i temporal) així com funcionalitats basades en el contingut i la possibilitat de seguiment d'objectes a través de la seqüència de video. El sistema de codificació permet utilitzar dos modes diferents pel que fa a la selecció de les regions de la partició de la capa de millora: El primer mode (supervisat) està pensat per utilitzar funcionalitats basades en el contingut. El segon mode (no supervisat) no suporta funcionalitats basades en el contingut i el seu objectiu és simplement obtenir una codificació òptima a la capa de millora.Un altre tema que s'ha investigat és la integració d'un mètode de seguiment d'objectes en el sistema de codificació. En el cas general, el seguiment d'objectes en seqüències de video és un problema molt complex. Si a més aquest seguiment es vol integrar en un sistema de codificació apareixen problemes addicionals degut a que els requisits necessaris per obtenir eficiència en la codificació poden entrar en conflicte amb els requisits per una bona precisió en el seguiment d'objectes. Aquesta aparent incompatibilitat es soluciona utilitzant un enfocament basat en una doble partició de cada quadre de la seqüència. La partició que s'utilitza per la codificació es resegmenta utilitzant criteris purament espaials. Al projectar aquesta segona partició permet una millor adaptació dels contorns de l'objecte a seguir. L'excés de regions que implicaria aquesta re-segmentació s'elimina amb una etapa de fusió de regions realitzada a posteriori., En este trabajo se estudia el problema de la compresión de vídeo utilizando funcionalidades basadas en el contenido en el marco teórico de los sistemas de codificación de secuencias de vídeo basados en regiones. Se tratan básicamente dos problemas: El primero está relacionado con la obtención de una codificación óptima en sistemas de codificación de vídeo basados en regiones. En concreto, se muestra como se puede utilizar un metodología de 'rate-distortion' para este tipo de problemas. El segundo problema tratado es como introducir funcionalidades basadas en el contenido en uno de estos sistemas de codificación de vídeo.La teoría de 'rate-distortion' define la optimalidad en la codificación como la representación de una señal que, para un tasa de bits dada, resulta en una distorsión mínima al reconstruir la señal. En el caso de sistemas de codificación basados en regiones, esto implica obtener una partición óptima y al mismo tiempo, un reparto óptimo de los bits entre las diferentes regiones de esta partición. Este problema se formaliza para sistemas de codificación no escalables y se propone un algoritmo para solucionar este problema. Este algoritmo se aplica a un sistema de codificación concreto llamado SESAME. En SESAME, cada cuadro de la secuencia de vídeo se segmenta en un conjunto de regiones que se codifican de forma independiente. La segmentación se hace siguiendo criterios de homogeneidad espacial y temporal. Para eliminar la redundancia temporal, se utiliza un sistema predictivo basado en la información de movimiento tanto para la partición como para la textura. El sistema permite seguir la evolución temporal de cada región a lo largo de la secuencia. Los resultados de la codificación son óptimos (o casi-óptimos) para el marco dado en un sentido de 'rate-distortion'. El proceso de codificación incluye encontrar una partición óptima y también encontrar la técnica de codificación y nivel de calidad más adecuados para cada región.Más adelante se investiga el problema de la codificación de vídeo en sistemas con escalabilidad y que suporten funcionalidades basadas en el contenido. El problema se generaliza incluyendo en el esquema de codificación las dependencias espaciales y temporales entre los diferentes cuadros o entre las diferentes capas de escalabilidad. En este caso, la solución requiere encontrar la partición óptima y las técnicas de codificación de textura óptimas tanto para la capa base como para la capa de mejora. A causa de les dependencias que hay entre estas capas, la partición y el conjunto de técnicas de codificación para la capa de mejora dependerán de las decisiones tomadas en la capa base. Dado que este tipo de soluciones generalmente son muy costosas computacionalmente, también se propone una solución que no tiene en cuenta estas dependencias.Los algoritmos obtenido se usan en la extensión de SESAME. El sistema de codificación extendido, llamado XSESAME soporta diferentes tipos de escalabilidad (PSNR, espacial y temporal) así como funcionalidades basadas en el contenido y la posibilidad de seguimiento de objetos a través de la secuencia de vídeo. El sistema de codificación permite utilizar dos modos diferentes por lo que hace referencia a la selección de les regiones de la partición de la capa de mejora: El primer modo (supervisado) está pensado para utilizar funcionalidades basadas en el contenido. El segundo modo (no supervisado) no soporta funcionalidades basadas en el contenido y su objetivo es simplemente obtener una codificación óptima en la capa de mejora.Otro tema investigado es la integración de un método de seguimiento de objetos en el sistema de codificación.En el caso general, el seguimiento de objetos en secuencias de vídeo es un problema muy complejo. Si este seguimiento se quiere integrar en un sistema de codificación aparecen problemas adicionales debido a que los requisitos necesarios para obtener eficiencia en la codificación pueden entrar en conflicto con los requisitos para obtener una buena precisión en el seguimiento de objetos. Esta aparente incompatibilidad se soluciona usando un enfoque basado en una doble partición de cada cuadro de la secuencia. La partición que se usa para codificar se resegmenta usando criterios puramente espaciales. Proyectando esta segunda partición se obtiene una mejor adaptación de los contornos al objeto a seguir. El exceso de regiones que implicaría esta resegmentación se elimina con una etapa de fusión de regiones realizada a posteriori., This work addresses the problem of video compression with content-based functionalities in the framework of segmentation-based video coding systems. Two major problems are considered. The first one is related with coding optimality in segmentation-based coding systems. Regarding this subject, the feasibility of a rate-distortion approach for a complete region-based coding system is shown. The second one is how to address content-based functionalities in the coding system proposed as a solution of the first problem. Optimality, as defined in the framework of rate-distortion theory, deals with obtaining a representation of the video sequence that leads to a minimum distortion of the coded signal for a given bit budget. In the case of segmentation-based coding systems this means to obtain an 'optimal' partition together with the best coding technique for each region of this partition so that the result is optimal in an operational rate-distortion sense. The problem is formalized for independent, non-scalable coding.An algorithm to solve this problem is provided as well.This algorithms is applied to a specific segmentation-based coding system, the so called SESAME. In SESAME, each frame is segmented into a set of regions, that are coded independently. Segmentation involves both spatial and motion homogeneity criteria. To exploit temporal redundancy, a prediction for both the partition and the texture of the current frame is created by using motion information. The time evolution of each region is defined along the sequence (time tracking). The results are optimal (or near-optimal) for the given framework in a rate-distortion sense. The definition of the coding strategy involves a global optimization of the partition as well as of the coding technique/quality level for each region. Later, the investigation is also extended to the problem of video coding optimization in the framework of a scalable video coding system that can address content-based functionalities. The focus is set in the various types of content-based scalability and object tracking. The generality of the problem has also been extended by including the spatial and temporal dependencies between frames and scalability layers into the optimization schema. In this case the solution implies finding the optimal partition and set of quantizers for both the base and the enhancement layers. Due to the coding dependencies of the enhancement layer with respect to the base layer, the partition and the set of quantizers of the enhancement layer depend on the decisions made on the base layer. Also, a solution for the independent optimization problem (i.e. without tacking into account dependencies between different frames of scalability layers) has been proposed to reduce the computational complexity. These solutions are used to extend the SESAME coding system. The extended coding system, named XSESAME, supports different types of scalability (PSNR, Spatial and temporal) as well as content-based functionalities, such as content-based scalability and object tracking. Two different operating modes for region selection in the enhancement layer have been presented: One (supervised) aimed at providing content-based functionalities at the enhancement layer and the other (unsupervised) aimed at coding efficiency, without content-based functionalities. Integration of object tracking into the segmentation-based coding system is also investigated.In the general case, tracking is a very complex problem. If this capability has to be integrated into a coding system, additional problems arise due to conflicting requirements between coding efficiency and tracking accuracy. This is solved by using a double partition approach, where pure spatial criteria are used to re-segment the partition used for coding. The projection of the re-segmented partition results in more precise adaptation to object contours. A merging step is performed a posteriori to eliminate the excess of regions originated by the re-segmentation.

Este trabajo presenta tanto el estado del arte como el análisis de las principales propuestas de protección de agentes móviles frente a los ataques de la plataforma de ejecución. La comprensión del problema de los hosts maliciosos y la dificultad que presenta su resolución es importante para entender que todavía no exista una propuesta que dé solución global a dicho problema. Esto sin duda está limitando el uso de los agentes móviles en sistemas abiertos como Internet.Esta carencia en el ámbito de la seguridad nos ha motivado a desarrollar nuevas propuestas de protección de agentes. Dado que consideramos que las propuestas que tratan de evitar los ataques son demasiado costosas computacionalmente o imposibles de implementar en un sistema real, centraremos nuestros esfuerzos en propuestas que traten de detectar ataques. En ese sentido, se introducen tres nuevas aportaciones que pretenden contribuir a solucionar el problema de los hosts maliciosos. Como primera contribución de la Tesis se introduce un Protocolo de Detección de Sospechosos (SDP) para mejorar algunos aspectos de la propuesta de detección de ataques más conocida, la de las trazas criptográficas de Vigna. No sólo se ha realizado el estudio teórico de SDP, sino que se dispone de una implementación con la cual se han podido realizar pruebas del coste que supone, con resultados positivos. Sin embargo, consideramos que el anterior mecanismo conjunto todavía es demasiado costoso computacionalmente. Por esa razón y como segunda contribución se presenta un mecanismo propio de detección de ataques alternativo al anterior y más ligero computacionalmente. Dicho mecanismo está basado en el empotrado de marcas de agua en el agente, esto es, Watermarking de Agentes Móviles (MAW). Dado que los mecanismos de detección son poco útiles si no hay posibilidad de castigar a los hosts maliciosos, como tercera contribución se presenta una nueva entidad sancionadora, la Autoridad de Revocación de Hosts (HoRA).La implementación de la HoRA está todavía en desarrollo, con lo cual no se han podido realizar las pruebas de evaluación del rendimiento.

El estudio de la medida de la salinidad del océano junto con la humedad del terreno constituyen dos de las aplicaciones más importantes dentro del mundo de la teledetección que no han sido estudiadas hasta la fecha. Concretamente esta tesis se va a centrar en la primera de ellas. La concentración salina de los océanos está ligada al clima y, en consecuencia su conocimiento a nivel global en cada instante puede representar un buen índice de referencia a la hora de realizar las predicciones climáticas, ya que es un indicador de las corrientes marinas, y de la diferencia entre evaporación y precipitación. En el mes de mayo de 1999 la Agencia Espacial Europea (ESA) seleccionó la misión SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) con el fin de realizar estudios en ambos campos, utilizando un radiómetro de apertura sintética bidimensional en banda L (MIRAS; Microwave Imagin Radiometer by Aperture Synthesis) instalado en un satélite que se prevé será puesto en órbita a principios del año 2007.Con objeto de mejorar los modelos de emisión del mar en banda L y de estudiar la recuperación de la salinidad mediante medidas radiométricas multiangulares, la ESA aprobó el experimento WISE (WInd and Salinity Experiment) que se realizó a lo largo de dos campañas, durante los últimos meses de los años 2000 y 2001 en la plataforma petrolífera Casablanca, situada 50 Km mar adentro frente a las costas de Tarragona. En dichas campañas participaron cinco grupos de científicos de diferentes países (España, Francia y Estados Unidos).La finalidad de los experimentos fue el estudio de la temperatura de brillo del mar teniendo en cuenta la influencia de su estado provocado por el viento, la espuma, el mar de fondo, etc. Para ello se utilizó un radiómetro de apertura real tipo Dicke completamente polarimétrico, diseñado y construido en la UPC (Universitat Politècnica de Catalunya) a tal efecto.La tercera campaña, FROG (Foam, Rain, Oil slicks and GPS reflectometry) fue patrocinada por el Ministerio de Ciencia y Tecnología y se realizó durante la primavera del año 2003, junto a la desembocadura del Río Ebro. Ésta consistió en determinar la contribución en la variación de la temperatura de brillo debida a algunos de los efectos ya mencionados tales como: la espuma, la lluvia y las manchas de aceite. Las medidas de la temperatura de brillo se realizaron variando la concentración salina a voluntad, desde 0 psu hasta 38 psu y, estudiando separadamente cada uno de estos efectos.

El acelerado crecimiento de las comunicaciones a través de plataformas de transmisión en banda ancha por vía alámbrica e inalámbrica, sumado al uso cada vez más extenso de modulaciones de amplitud no constante que, debido a su alta eficiencia espectral y bajo coste de implementación, han sido adoptadas en el marco de desarrollo de diversos estándares de transmisión, son aspectos que han servido de soporte y motivación fundamental para el presente trabajo de investigación en el campo de la compensación de distorsiones no lineales en sistemas de comunicación. El estudio de los efectos de la distorsión no lineal y su compensación ha sido desde hace ya muchos años objeto de atención para investigadores de diversas áreas. Hoy, en particular, este estudio sigue siendo fundamental ya que se encuentra directamente implicado en el desarrollo de tecnologías de última generación en el área de las comunicaciones. Los nuevos sistemas de transmisión digital, en especial aquellos basados en OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), son capaces de ofrecer altos niveles de eficiencia espectral utilizando modulaciones lineales multinivel sobre un numeroso conjunto de subportadoras que, al ser (idealmente) ortogonales en frecuencia, pueden ser ubicadas en un ancho de banda muy reducido permitiendo así transmitir elevadas tasas de información por segundo y por ancho de banda. Sin embargo, y a consecuencia de esto, problemas como las interferencias por canal adyacente o la presencia de una distorsión no lineal en la cadena de transmisión afectan de manera crítica las prestaciones de estos sistemas imponiendo severos límites a su viabilidad. De hecho, en el campo de las comunicaciones móviles y satelitales, existen actualmente diversas aplicaciones donde estos esquemas de modulación y multicanalización están ya operativos. En estos casos, la eficiencia de potencia en transmisión resulta primordial para, entre otras razones, lograr una máxima autonomía del equipamiento. En este contexto, el comportamiento no lineal de los amplificadores de alta potencia utilizados en transmisión de radiofrecuencia, constituye el principal obstáculo (desde el punto de vista de la distorsión no lineal) para el buen funcionamiento de los sistemas de comunicación digital basados en OFDM. Afortunadamente, este nocivo efecto puede ser compensado mediante diversas técnicas clásicas de linealización cuyas variantes -ad-hoc' han sido propuestas y ampliamente investigadas, existiendo al día de hoy una nutrida literatura parte de la cual referimos a lo largo de este trabajo. Entre dichas técnicas, la pre-distorsión digital ofrece óptimas condiciones para el diseño de linealizadores adaptativos ya que puede ser implementada a muy bajo coste sobre la información discreta de las señales de banda base. El objetivo que se persigue, en general, es el de proveer las condiciones de linealidad necesarias para explotar las capacidades propias de las modulaciones de alta eficiencia espectral, y al mismo tiempo alcanzar un máximo aprovechamiento de la potencia disponible. En este trabajo de investigación, efectuamos inicialmente una revisión sintetizada de algunas importantes técnicas de linealización para luego dar paso a una revisión más detallada de dos modelos relevantes utilizados para caracterizar el comportamiento no lineal de los amplificadores de alta potencia (modelo se Series de Volterra y modelo de Saleh para amplificadores nolineales sin memoria). Junto con ello se examinan algunas interesantes propiedades estadísticas asociadas al fenómeno de la distorsión no lineal que han dado pie a considerar durante la investigación posibles nuevas aplicaciones en estrategias de pre-distorsión. Se ha querido también incluir la descripción, a nivel de sistema y modelo de señal, de un esquema de transmisión OFDM genérico incluyendo caracterizaciones analíticas detalladas del efecto no lineal a objeto de formalizar en propiedad un modelo discreto exacto que otorgue una visión más profunda para la comprensión del fenómeno estudiado. Finalmente se presenta el diseño y evaluación de un esquema de pre-distorsión basado en un algoritmo iterativo que considera, como principal aporte, la optimización bidimensional de un reducido número de coeficientes de interpolación que identifican de manera adaptativa la característica inversa de ganancia compleja de un amplificador, tanto en función de la particular morfología no lineal de dicha curva, como también de la distribución de probabilidad de las señales de entrada en banda base., The rapid growth of wired and wireless broad-band communications and the pervasive use of spectrally efficient non-constant amplitude modulations, adopted in the framework of several standardized transmission formats, motivates and supports the present research work in the field of non-linear distortion in communication systems. The compensation of nonlinearities has received a lot of attention in past and recent years, presenting direct implications on industrial development of last generation communication technologies. New digital transmission systems, particularly those based on Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), feature high spectral efficiency as they exploit multilevel linear modulations to transmit at high information rates in combination with a dense allocation of a large number of (ideally) orthogonal sub-carriers in a relatively reduced bandwidth. As a result, problems such as adjacent channel interference and non-linear distortion become critical for system performance and, therefore, must be reduced to a minimum. Moreover, numerous applications of such transmission schemes are already operative in the field of satellite and mobile communications, where power efficiency is of primary concern due to, among other reasons, operation autonomy of the equipment and effective transmitted power. In this context, the non-linear behaviour of high power amplifiers (HPAs) constitutes a major impairment for OFDM-based digital communications systems. The compensation of these harmful effects can be achieved using a variety of techniques that have been proposed and widely dealt with in the literature. Among these techniques, digital pre-distortion, which can be carried out at a very low cost over the discrete base-band information, provides optimal features for the efficient implementation of adaptive linearization. Thence, in order to provide good conditions for the reliable use of high spectral efficiency modulations while taking the maximum advantage from the transmitting power budget, it is necessary to incorporate a suitable linearization technique.In the present work, we begin by reviewing some background on linearization techniques. This leads us to continue analyzing two relevant theoretical models typically used in characterizing memory and memoryless nonlinear HPAs (Volterra Series model and Saleh model for memoryless nonlinear HPAs). In addition to this a generic OFDM system and signal structure is described in detail by including the non-linear effect in the analytical model of the transmission chain. This is done in order to formalize an exact discrete OFDM model that help us in achieving a deeper understanding of the phenomenon under consideration. Then, some useful statistical properties and parameters associated to the nonlinear distortion are examined as well as the application of a CDF-based estimation of nonlinearities which is proposed as a new pre-distortion strategy. Finally, a new discrete adaptive pre-distortion scheme is formulated and then tested via simulation. The analysis and design of the main algorithm proposed considers the adaptive identification of the inverse complex gain characteristic of a nonlinear HPA. For this purpose, an iterative 2-D optimization of a reduced number of interpolation functions is formulated under a special two-fold criterion which accounts for the particular morphology of the HPA's nonlinear gain characteristic, as well as the probability distribution of the input base-band information.

Este trabajo presenta tanto el estado del arte como un análisis de los principales sistemas de revocación de certificados digitales. El hecho de comprender bien el mecanismo de revocación de un certificado es importante tanto para los proveedores de servicios PKI como para los usuarios finales de la PKI: una mejor comprensión de las complejidades del sistema de revocación permite a estas entidades mejorar su proceso de decisión a la hora de aceptar o rechazar un certificado teniendo en cuenta la gran cantidad de variables inherentes en los sistemas de revocación. La revocación de certificados se presenta como uno de los problemas más complejos a resolver en toda la PKI. Por tanto este aspecto se está convirtiendo en un punto crucial para el amplio desarrollo de las PKIs. Hay estudios que incluso argumentan que los costes de la PKI derivan en gran medida de la administración de la revocación.Esto nos ha motivado para desarrollar nuevas propuestas. En este sentido, hemos desarrollado tres propuestas: H-OCSP (propuesta de mejora basada en el estándar OCSP), AD-MHT (propuesta basada en los árboles de hash de Merkle) y E-MHT (propuesta que aglutina varios mecanismos que permiten mejorar la eficiencia de los sistemas tradicionales basados en el árbol de hash de Merkle). Las propuestas que se plantean en esta tesis no son solo un conjunto de mecanismos teóricos sino que son también sistemas prácticos que han sido implementados como parte de una plataforma de pruebas llamada Cervantes. El diseño de Cervantes permite además encajar cualquier otro tipo de sistema de revocación sin cambios significativos en la estructura o el código fuente de la plataforma. En particular, en esta tesis se detalla como se han implementado los dos grandes estándares de revocación: CRL y OCSP y como se han implementado las propuestas realizadas. Finalmente utilizando Cervantes se pueden observar resultados de rendimiento para todos los sistemas estudiados y en particular nuestras propuestas han demostrado finalmente ser más escalables y eficientes en tratamiento de la información de revocación que las propuestas anteriores. Certificates are necessary but not sufficient to secure transactions between parties. The Public Key Infrastructure (PKI) has to provide its users the ability to check, at the time of usage, that certificates are still valid (not revoked). So understanding revocation is an important concern to both PKI service providers and end users. By a better understanding of the complexities of certificate revocation, certificate-using entities can improve their decision-making process in order to accept or reject a certain certificate. In this sense, this thesis presents a comprehensive survey and analysis of the main existing revocation schemes. Furthermore, the certificate revocation represents one of the hardest scalability problems of the whole PKI; so this aspect is getting more and more crucial with the development of wide spread PKIs. There are studies that even argue that the running expenses of a PKI derives mainly from administering revocation. This motivate us to propose scalable, timely, secure, and cost-effective systems to manage the revocation information. In this respect, we have three new proposals: H-OCSP (which is a modification over the standard OCSP), AD-MHT (which is based on the Merkle Hash Tree) and E-MHT (which agglutinates several mechanisms that enhance the efficiency of traditional MHT-based systems). Our proposals are not only a set of theoretical mechanisms but they are also practical systems that have been implemented inside a Java test-bed called Cervantes (Certificate Validation Test-bed). The design of Cervantes allows it to fit any kind of revocation system without significative changes in the structure or the source code of the platform. Finally using Cervantes we are able to obtain performance results about each system developed.

Este trabajo presenta tanto el estado del arte como un análisis de los principales sistemas de revocación de certificados digitales. El hecho de comprender bien el mecanismo de revocación de un certificado es importante tanto para los proveedores de servicios PKI como para los usuarios finales de la PKI: una mejor comprensión de las complejidades del sistema de revocación permite a estas entidades mejorar su proceso de decisión a la hora de aceptar o rechazar un certificado teniendo en cuenta la gran cantidad de variables inherentes en los sistemas de revocación. La revocación de certificados se presenta como uno de los problemas más complejos a resolver en toda la PKI. Por tanto este aspecto se está convirtiendo en un punto crucial para el amplio desarrollo de las PKIs. Hay estudios que incluso argumentan que los costes de la PKI derivan en gran medida de la administración de la revocación.Esto nos ha motivado para desarrollar nuevas propuestas. En este sentido, hemos desarrollado tres propuestas: H-OCSP (propuesta de mejora basada en el estándar OCSP), AD-MHT (propuesta basada en los árboles de hash de Merkle) y E-MHT (propuesta que aglutina varios mecanismos que permiten mejorar la eficiencia de los sistemas tradicionales basados en el árbol de hash de Merkle). Las propuestas que se plantean en esta tesis no son solo un conjunto de mecanismos teóricos sino que son también sistemas prácticos que han sido implementados como parte de una plataforma de pruebas llamada Cervantes. El diseño de Cervantes permite además encajar cualquier otro tipo de sistema de revocación sin cambios significativos en la estructura o el código fuente de la plataforma. En particular, en esta tesis se detalla como se han implementado los dos grandes estándares de revocación: CRL y OCSP y como se han implementado las propuestas realizadas. Finalmente utilizando Cervantes se pueden observar resultados de rendimiento para todos los sistemas estudiados y en particular nuestras propuestas han demostrado finalmente ser más escalables y eficientes en tratamiento de la información de revocación que las propuestas anteriores., Certificates are necessary but not sufficient to secure transactions between parties. The Public Key Infrastructure (PKI) has to provide its users the ability to check, at the time of usage, that certificates are still valid (not revoked). So understanding revocation is an important concern to both PKI service providers and end users. By a better understanding of the complexities of certificate revocation, certificate-using entities can improve their decision-making process in order to accept or reject a certain certificate. In this sense, this thesis presents a comprehensive survey and analysis of the main existing revocation schemes. Furthermore, the certificate revocation represents one of the hardest scalability problems of the whole PKI; so this aspect is getting more and more crucial with the development of wide spread PKIs. There are studies that even argue that the running expenses of a PKI derives mainly from administering revocation. This motivate us to propose scalable, timely, secure, and cost-effective systems to manage the revocation information. In this respect, we have three new proposals: H-OCSP (which is a modification over the standard OCSP), AD-MHT (which is based on the Merkle Hash Tree) and E-MHT (which agglutinates several mechanisms that enhance the efficiency of traditional MHT-based systems). Our proposals are not only a set of theoretical mechanisms but they are also practical systems that have been implemented inside a Java test-bed called Cervantes (Certificate Validation Test-bed). The design of Cervantes allows it to fit any kind of revocation system without significative changes in the structure or the source code of the platform. Finally using Cervantes we are able to obtain performance results about each system developed.

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

Aquesta tesi tracta la protecció de dades quan aquestes han de ser lliurades a usuaris en qui no es té absoluta confiança. En aquesta situació, les dades s'han de protegir de manera que segueixin essent utilitzables. Aquesta protecció ha de ser imperceptible, per tal de no destorbar la utilització correcta de les dades, i alhora efectiva, protegint contra la utilització no autoritzada d'aquestes.L'estudi es divideix tenint en compte els dos tipus de dades la protecció transparent de les quals s'estudia: continguts multimèdia i microdades estadístiques.Pel que fa a dades multimèdia, es tracta la seva protecció des de dues vessants: la protecció del copyright i la protecció de la integritat i l'autentificació.En comerç electrònic de continguts multimèdia, els comerciants venen dades a usuaris en qui no confien plenament i que és possible que en facin còpies il·legals. Aquest fet fa que sigui necessari protegir la propietat intel·lectual d'aquests productes. Centrant-se en imatges digitals, es presenten diverses contribucions a les dues principals tècniques de protecció del copyright electrònic: marca d'aigua i empremta digital.Concretament, pel que fa a marca d'aigua, es presenten dos nous esquemes per imatges digitals. El primer és semi-cec i robust contra atacs de compresió, filtratge i escalat. El segon és cec i robust contra atacs de compresió, filtratge, escalat i distorsió geomètrica moderada. Seguidament, es proposa una nova tècnica basada en mesclar objectes marcats que permet combinar i augmentar la robustesa de diferents esquemes de marca d'aigua actuals.En empremta digital, es presenta una construcció per obtenir codis binaris segurs contra atacs de confabulació de fins a tres usuaris deshonestos. La proposta actual obté, per un nombre moderat de possibles compradors, paraules codi més curtes que les obtingudes fins al moment.Freqüentment, els continguts multimèdia es publiquen en llocs de poca confiança on poden ser alterats. En aquestes situacions, la marca d'aigua es pot utilitzar per protegir dades proporcionant-los integritat i autenticació. Es demostra l'aplicabilitat de l'algorisme de marca d'aigua basat en expansió d'espectre en el domini espacial per proporcionar, de forma transparent, autenticació i integritat sense pèrdua a imatges digitals. L'altre tipus de dades tractades en aquesta tesi són les microdades estadístiques.Quan fitxers amb dades estadístiques que contenen informació sobre entitats individuals són lliurats per al seu estudi, és necessari protegir la privacitat d'aquestes entitats. Aquest tipus de dades s'han de lliurar de manera que es combini la utilitat estadística amb la protecció de la privacitat de les entitats afectades. Els mètodes per pertorbar dades amb aquest objectiu s'anomenen mètodes de control del risc de revelació estadística. En aquest camp, es proposa una modificació d'una mètrica existent per mesurar la pèrdua d'informació i el risc de revelació per tal que permeti avaluar mètodes que generen fitxers emmascarats amb un nombre de registres diferent a l'original. Es proposa també un algorisme per post-processar fitxers de dades emmascarades per tal de reduir la pèrdua d'informació mantenint un risc de revelació similar. D'aquesta manera s'aconsegueix millorar els dos millors mètodes d'emmascarament actuals: 'microagregació multivariant' i 'intercanvi de rangs'.Finalment, es presenta una nova aplicació per proporcionar accés multinivell a dades de precisió crítica. D'aquesta manera, les dades protegides es fan disponibles a diferents usuaris, que segons el seu nivell d'autorització, podran eliminar part de la protecció obtenint dades de millor qualitat., This dissertation is about protection of data that have to be made available to possibly dishonest users. Data must be protected while keeping its usability. Such protection must be imperceptible, so as not to disrupt correct use of data, and effective against unauthorized uses. The study is divided according to the two kinds of data whose transparent protection is studied: multimedia content and statistical microdata.Regarding multimedia content, protection is addressed in two ways: 1)copyright protection; 2) integrity protection and authentication.In electronic commerce of multimedia content, merchants sell data to untrusted buyers that may redistribute it. In this respect, intellectual property rights of content providers must be ensured. Focusing on digital images, several contributions are presented on the two main electronic copyright protection techniques: watermarking and fingerprinting.Two new schemes for watermarking for digital images are presented. The first is semi-public and robust against compression, filtering and scaling attacks. The second one is oblivious and robust against compression, filtering, scaling and moderate geometric distortion attacks. Next, a new technique based on mixture of watermarked digital objects is proposed that allows robustness to be increased by combining robustness properties of different current watermarking schemes.In the field of fingerprinting, a new construction to obtain binary collusion-secure fingerprinting codes robust against collusions of up to three buyers is presented. This construction provides, for a moderate number of possible buyers, shorter codewords than those offered by current proposals.Rather often, multimedia contents are published in untrusted sites where they may suffer malicious alterations. In this situation, watermarking can be applied to protecting data in order to provide integrity and authentication. A spatial-domain spread-spectrum watermarking algorithm is described and proven suitable for lossless image authentication.The other kind of data addressed in this dissertation are statistical microdata.When statistical files containing information about individual entities are released for public use, privacy is a major concern. Such data files must be released in a way that combines statistical utility and protection of the privacy of entities concerned. Methods to perturb data in this way are called statistical disclosure control methods. In this field, a modification to a current score to measure information loss and disclosure risk is proposed that allows masked data sets with a number of records not equal to the number of records of the original data set to be considered.Next, a post-masking optimization procedure which reduces information loss while keeping disclosure risk approximately unchanged is proposed. Through this procedure, the two best performing masking methods are enhanced: 'multivariate microaggregation' and 'rankswapping'.Finally, a novel application to providing multilevel access to precision-critical data is presented. In this way, protected data are made available to different users, who, depending on their clearance, can remove part of the noise introduced by protection, thus obtaining better data quality.

Este trabajo estudia la utilidad de representaciones jerárquicas basadas en regiones para el procesado de imagen y de secuencias de vídeo. Las representaciones basadas en regiones ofrecen una forma de realizar un primer nivel de abstracción y reducir el número de elementos a procesar con respecto a la representación clásica basada en el pixel. En este trabajo se revisan las dos representaciones que han demostrado ser de utilidad para el procesado basado en regiones, a saber el grafo de regiones adyacentes y el árbol, y se discute por qué las representaciones basadas en árboles son más adecuadas para nuestro propósito. De hecho, los árboles permiten la representación de la imagen de forma jerárquica y pueden ser aplicadas sobre éste técnicas eficientes y complejas. En este trabajo se discuten dos cuestiones principales: cómo puede ser creada la representación jerárquica a partir de una imagen determinada y cómo se puede manipular o procesar el árbol.Se han desarrollado dos representaciones basadas en árboles: el Árbol de Máximos, y el Árbol de Particiones Binario. El Árbol de Máximos estructura de forma compacta las componentes conexas que surgen de todos los posibles conjuntos de niveles de una imagen de nivel de gris. Es una representación adecuada para la implementación de operadores conexos antiextensivos, desde operadores clásicos (por ejemplo, filtro de área) hasta operadores nuevos (como el filtro de movimiento desarrollado en este trabajo). El Árbol de Particiones Binario estructura el conjunto de regiones que se obtiene durante la ejecución de un algoritmo de fusión basado en regiones. Desarrollado para superar alguno de los inconvenientes impuestos por el árbol de Máximos -- en particular la falta de flexibilidad de la creación del árbol y la auto-dualidad de la representación del árbol --, ha demostrado ser una representación apta para un gran número de aplicaciones, tal y como se muestra en este trabajo.Las estrategias de procesado se basan en técnicas de poda. Las técnicas de poda eliminan algunas ramas del árbol basándose en un algoritmo de análisis aplicado a los nodos del árbol. Las técnicas de poda aplicadas al árbol de Máximos permiten obtener operadores anti-extensivos, mientras que para el caso del árbol de Particiones Binario se obtienen operadores auto-duales si éste ha sido creado de forma auto-dual. Las técnicas de poda desarrolladas en este trabajo están dirigidas hacia las siguiente aplicaciones: filtrado, segmentación y recuperación de datos basada en el contenido.Las aplicaciones de filtrado (en el contexto de los operadores conexos) y segmentación están basados en el mismo principio: los nodos del árbol son analizados de acuerdo a un criterio determinado, y la decisión de eliminar o preservar un nodo se basada normalmente en un umbral aplicado sobre la anterior medida del criterio. La poda se realiza entonces de acuerdo con la ésta decisión. Como resultado, la imagen asociada al árbol podado representa una versión filtrada o segmentada de la imagen original de acuerdo con el criterio seleccionado. Alguno de los criterios discutidos en este trabajo están basados, por ejemplo, en área, movimiento, marcador & propagación o una estrategia de tasa-distorsión. El problema de la falta de robustez de las estrategias clásicas para criterios no crecientes es estudiado y solucionado gracias a un algoritmo de optimización basado en el algoritmo de Viterbi.La recuperación de imágenes basada en el contenido es la tercera aplicación en la que nos hemos centrado en este trabajo. Las representaciones jerárquicas basadas en regiones son particularmente adecuadas para este propósito ya que permiten representar la imagen a diferentes escalas de resolución, y por lo tanto las regiones asociadas a una imagen pueden ser descritas a diferentes escalas de resolución. En este trabajo nos centramos en un sistema de recuperación de imágenes que soporta preguntas de bajo nivel basadas en descriptores visuales y relaciones espaciales. Para ello, se adjuntan descriptores de región a los nodos del árbol. Se discuten dos tipos de preguntas: pregunta basada en una región, en el que la pregunta esta formada por una región, y pregunta basada en múltiples regiones, en el que la pregunta esta formada por un conjunto de regiones. En el primero la recuperación se realiza utilizando descriptores visuales, mientras que en el segundo se utilizan descriptores visuales y relaciones espaciales. Además, se presenta una estrategia de realimentación por relevancia para eludir la necesidad de establecer manualmente el peso asociado a cada uno de los descriptores.Un aspecto importante que se ha tenido en cuenta a lo largo de este trabajo es la implementación eficiente de los algoritmos desarrollados tanto para la creación como el procesado del árbol. En el caso de la creación del árbol, la eficiencia se obtiene principalmente gracias al uso de colas jerárquicas, mientras que en el procesado se utilizan algoritmos basados en estrategias recursivas para obtener algoritmos eficientes., This work discusses the usefulness of hierarchical region based representations for image and video processing. Region based representations offer a way to perform a first level of abstraction and reduce the number of elements to process with respect to the classical pixel based representation. In this work the two representations that have demonstrated to be useful for region based processing are reviewed, namely region adjacency graphs and trees, and it is discussed why tree based representations are better suited for our purpose. In fact, trees allow representing the image in a hierarchical way and efficient and complex processing techniques can be applied on it. Two major issues are discussed in this work: how the hierarchical representation may be created from a given image and how the tree may be manipulated or processed.Two tree based representations have been developed: the Max-Tree, and the Binary Partition Tree. The Max-Tree structures in a compact way the connected components that arise from all possible level sets from a gray-level image. It is suitable for the implementation of anti-extensive connected operators, ranging from classical ones (for instance, area filter) to new ones (such as the motion filter developed in this work). The Binary Partition Tree structures the set of regions that are obtained during the execution of a region merging algorithm. Developed to overcome some of the drawbacks imposed by the Max-Tree -- in particular the lack of flexibility of the tree creation and the self-duality of the tree representation --, it has demonstrated to be a representation useful for a rather large range of applications, as it is shown in this work.Processing strategies are focused on pruning techniques. Pruning techniques remove some of the branches of the tree based on an analysis algorithm applied on the nodes of the tree. Pruning techniques applied on the Max-Tree lead to anti-extensive operators, whereas self-dual operators are obtained on the Binary Partition Tree, if the tree is created in a self-dual manner. The pruning techniques that have been developed in this work are directed to the following applications: filtering, segmentation and content based image retrieval.The filtering (in the context of connected operators) and segmentation applications are based on the same principle: the nodes of the tree are analyzed according to a fixed criterion, and the decision to remove or preserve a node usually relies on a threshold applied on the former measured criterion. Pruning is then performed according to the previous decision. As a result, the image associated to the pruned tree represents a filtered or segmented version of the original image according to the selected criterion. Some of the criteria that are discussed in this work are based, for instance, on area, motion, marker & propagation or a rate-distortion strategy. The problem of the lack of robustness of classical decision approaches of non-increasing criteria is discussed and solved by means of an optimization strategy based on the Viterbi algorithm.Content based image retrieval is the third application we have focused on in this work. Hierarchical region based representations are particularly well suited for this purpose since they allow to represent the image at different scales of resolution, and thus the regions of the image can be described at different scales of resolution. In this work we focus on an image retrieval system which supports low level queries based on visual descriptors and spatial relationships. For that purpose, region descriptors are attached to the nodes of the tree. Two types of queries are discussed: single region query, in which the query is made up of one region and, multiple region query, in which the query is made up of a set of regions. In the former visual descriptors are used to perform the retrieval whereas visual descriptors and spatial relationships are used in the latter case. Moreover, a relevance feedback approach is presented to avoid the need of manually setting the weights associated to each descriptor.An important aspect that has been taken into account throughout this work is the efficient implementation of the algorithms that have been developed for both creation and processing of the tree. In the case of the tree creation, efficiency has been obtained mainly due to the use of hierarchical queues, whereas in the processing step analysis algorithms based on recursive strategies are used to get efficient algorithms.

En la presente tesis doctoral se ha realizado una serie de aportaciones para contribuir al desarrollo de los sistemas de comunicaciones móviles de tercera generación. Esta nueva generación de sistemas utilizará una técnica de acceso del tipo CDMA y pretende poder garantizar una cierta calidad de transmisión en las comunicaciones. En este sentido, esta tesis presenta nuevas propuestas tanto para el protocolo de acceso al medio (MAC) como para los algoritmos de gestión de los recursos radio (RRM).Las propuestas han sido presentadas, estudiadas y analizadas en diferentes entornos representativos de trabajo y se ha demostrado su validez para su utilización en un sistema real de comunicaciones. Además, por su sencillez de implementación y alta eficiencia en la utilización de los recursos, se ha comprobado que todas ellas son candidatas muy adecuadas para poder formar parte de los estándares en formación para los citados sistemas.Glosando los aspectos desarrollados en la presente tesis doctoral, cabe destacar los siguientes puntos:? Se han estudiado en profundidad las necesidades y requerimientos del interfaz radio en los sistemas de comunicaciones móviles de tercera generación, centrando el estudio en las transmisiones en modo paquete para entornos con acceso CDMA.? Se ha propuesto un nuevo protocolo MAC para trabajar en este entorno de operación. Asimismo, se ha realizado un modelo teórico del protocolo para el análisis de su rendimiento en sistemas genéricos con tráfico homogéneo. Se ha analizado con detalle el modelo para demostrar las propiedades cuasi-óptimas del protocolo, tanto en retardo como en throughput y estabilidad. El protocolo además introduce un concepto nuevo de control distribuido que minimiza la información de control necesaria, mejorando con ello las prestaciones del sistema.? Se han realizado simulaciones por ordenador de un sistema de comunicaciones cuyo MAC es el nuevo protocolo propuesto para verificar la validez del modelo teórico. Se ha comprobado que se minimiza el retardo de propagación, se alcanza la máxima eficiencia en la utilización del canal radio y se mantiene la estabilidad para cualquier carga de tráfico.? Se ha propuesto una estructura de receptor físico para la detección de las secuencias de peticiones de acceso. Se ha analizado el rendimiento del receptor y se han derivado las probabilidades de error en la detección de las secuencias para entornos reales móviles. En esta situación, se ha realizado el estudio de estabilidad del protocolo y se han introducido las modificaciones necesarias para mantener la robustez del mismo, alcanzando el objetivo buscado.? Se ha realizado un trabajo de optimización del protocolo de acceso para mantener sus propiedades para cualquier entorno de tráfico de entrada, haciendo especial hincapié en el peor escenario posible. Este escenario es aquel en el que los usuarios generan mensajes muy racheados de longitud mínima. Se han introducido nuevas mejoras en el protocolo para mantener su rendimiento cuasi-óptimo en este escenario límite.? Se han realizado nuevas simulaciones de sistema por ordenador de cara a demostrar la capacidad inherente del protocolo para manejar situaciones de tráfico heterogéneo donde es posible adaptar las velocidades de transmisión de forma dinámica para mejorar el rendimiento del sistema. Para este cometido se han definido unos modelos de tráfico basados en las aplicaciones más usuales.? Se ha estudiado el comportamiento de un sistema celular de comunicaciones móviles donde el protocolo MAC es el nuevo protocolo propuesto. Se han realizado simulaciones en las que se demuestra que es posible mejorar el rendimiento general del sistema gracias al uso de la información de control que ofrece el propio protocolo en los criterios para la gestión de los handovers y el control de potencia.? Se han propuesto y analizado nuevas estrategias de gestión de los recursos radio, tanto para el subsistema de transmisión como para el subsistema de resolución de colisiones, de cara a dotar al sistema de la capacidad de garantizar una cierta calidad de servicio en las comunicaciones. Estas estrategias mantienen la idea de la gestión distribuida, lo que minimiza la información de señalización necesaria en el sistema. Se han definido unas clases de servicio de comprobación, con sus correspondientes parámetros de calidad y se ha demostrado el correcto funcionamiento del sistema en presencia de tráfico heterogéneo proveniente de todas estas clases. Se ha verificado que se cumplen los requisitos exigidos al sistema, cumpliéndose los criterios de prioridad y garantizando la calidad de las transmisiones.Por tanto, podemos concluir que la presente tesis doctoral se enmarca dentro de los estudios de investigación orientados a ofrecer nuevas aportaciones para ser incluidas en el nivel 2 del modelo OSI de los futuros sistemas de comunicaciones móviles de tercera generación., This thesis provides some new contributions for the development of the future third generation mobile communication systems. This new generation will use a CDMA multiple access technique and pretends to guarantee a certain quality of service in the transmissions. In this sense, this thesis presents new proposals of Medium Access Control Protocols (MAC) and radio resource management algorithms (RRM).These proposals have been presented, studied and analysed in different representative scenarios and it has been proved their suitability for a real communication system. They are also simple to implement and they have a very high efficiency in the use of the transmission resources. Therefore, all of them are promising in order to became part of the future standards.Summarising the main aspects of the thesis, they are:? The requirements of the radio interface of the future third generation mobile communication systems have been studied in detail, focusing in packet switched mode and CDMA access.? A new MAC protocol has been proposed to work in this scenario. A theoretical model has been developed in order to obtain its performance in a generic traffic situation. The near-optimum properties of the protocol have been demonstrated. These properties affect delay, throughput and stability. The protocol also introduces a new concept of distributed control, which minimises control information, improving the overall performance.? Some computer simulations have been carried out to verify the analytic model. It has been proved that the packet delay is minimised and the channel efficiency is almost the maximum theoretical one. Also, the stability is kept for any traffic load.? A receiver structure for the detection of the access requests has been proposed. This scheme has been studied and analysed, and all the misdetection probabilities have been derived in the presence of a real radio channel with fast fading. The required modifications in the MAC protocol needed to maintain the stability have been introduced and analysed. ? The MAC protocol parameters have been optimised in order to keep the same performance properties whichever the traffic load pattern could be. In particular, the worst case scenario of very frequent short messages has been studied in detail. Some modifications have been proposed and introduced in order to reach this objective.? Some computer simulations have been carried out to demonstrate the inherent capacity of the MAC protocol to operate in heterogeneous traffic situations. Also, a dynamic rate adaptation algorithm has been proposed and analysed to improve the overall performance.? A cellular mobile communications system based on the MAC protocol has been designed and simulated. It has been proved that the control information of the protocol can be used to improve the mobility mechanisms of the system: power control and handover decisions.? New Radio Resource Management strategies have been proposed and analysed, in order to provide the system the capacity to guarantee a certain quality of service in the transmissions.

La presente tesis doctoral se enmarca dentro del sector de las comunicaciones móviles, y en particular de los denominados sistemas de tercera generación, que se plantean como objetivo el poder ofrecer una gran diversidad de servicios multimedia bajo unas ciertas garantías de calidad de servicio que difieren sustancialmente de las habitualmente consideradas para los servicios de voz. Bajo esta perspectiva, los sistemas de transmisión por paquetes basados en la técnica de acceso múltiple por división en código CDMA son capaces de llevar a cabo este cometido gracias a la flexibilidad que aportan y a la eficiencia en el uso de los recursos radio.El planteamiento del trabajo ha consistido en identificar un conjunto de funcionalidades en el nivel de acceso al medio MAC para gestionar la calidad de servicio a ofrecer. Éstas son las siguientes: - Protocolo de acceso múltiple: permite a los usuarios acceder al sistema y poder notificar sus necesidades de transmisión.- Algoritmo de gestión de recursos: encargado de ordenar las diferentes transmisiones a la vez que de determinar sus parámetros de transmisión (ganancia de procesado, niveles de potencia, ...).- Estrategia de asignación dinámica de canales (DCA): permite discernir cuales de los recursos son más apropiados para cada uno de los usuarios en términos de interferencia recibida y generada hacia el resto, y presenta interés en un esquema de acceso híbrido por división en tiempo y en código.- Control de admisión: en base a la evaluación conjunta de las anteriores funcionalidades, se determina el límite máximo de usuarios de cada clase de servicio para mantener las garantías de todos ellos. A partir de aquí, el control de admisión es el responsable de garantizar que el número de usuarios en cada caso no supere el máximoestablecido.Las diferentes funcionalidades a nivel MAC se sustentan en estrategias de retransmisión apropiadas a nivel de enlace lógico LLC para garantizar la integridad de la transmisión de la información. A lo largo del trabajo se han ido cubriendo los diferentes aspectos citados para los modos de duplexado por división en frecuencia FDD y en tiempo TDD. En particular, con respecto a los protocolos de acceso múltiple se ha estudiado el protocolo ISMA (Inhibit Sense Multiple Access) y se ha planteado su integración dentro de una estructura de tramas similar a la considerada en las propuestas UTRA FDD y UTRA TDD para UMTS, a la vez que se han desarrollado mecanismos eficientes de regulación de acceso y de la velocidad de transmisión capaces de ofrecer, por sí solos, buenas prestaciones en términos de eficiencia y de retardo para aquellos servicios con bajos requerimientos de calidad. Al considerarse servicios con requerimientos más estrictos en términos de retardo se ha planteado la combinación del protocolo propuesto con una estrategia de sondeo, que permite acotar el tiempo de acceso, y un algoritmo de gestión de recursos para arbitrar eficientemente las transmisiones. Como resultado de la evaluación conjunta de estos procesos, se ha obtenido la región de admisión para diferentes condiciones de tráfico que determina el control de admisión a efectuar. En relación al esquema DCA para los mecanismos basados en TDD, se han planteado diversas posibilidades de distribución de las diferentes ranuras temporales para minimizar las interferencias móvil a móvil y base a base. Por último, se han considerado también las estrategias de retransmisión, a partir de la evaluación del esquema ARQ híbrido del tipo II, que ha sido estudiado analíticamente mediante el desarrollo de un modelo de Markov y comparado frente a otras estrategias como el esquema ARQ híbrido del tipo I., The framework for this study are the third generation mobile communication systems, whose main objective consists in offering a diversity of multimedia services under certain Quality of Service (QoS) guarantees. These requirements differ from those usually considered for the speech services in second generation networks. Under this framework, packet transmission systems based on the code division multiple access CDMA strategy present a high flexibility and efficiency in the management of the scarce radio resources to deal with the specified services.A set of functions has been identified in the Medium Access Control layer (MAC) when the CDMA radio resources need to be managed to guarantee a certain QoS. These are the following: - Multiple Access Protocol: It specifies a set of rules to allow users access the system and indicate their transmission requirements.- Radio Resource Management algorithm: It is responsible for ordering the different transmissions while at the same time establishing their transmission parameters (spreading factor, transmitted power, .) depending on the specific QoS for each user. - Dynamic Channel Allocation (DCA) strategy: it decides which are the most suitable resources for each user depending on the measured interference as well as the interference generated to other users. Such a strategy is required in hybrid TDMA/CDMA schemes.- Admission Control: It is responsible for deciding whether a new user can be accepted in the system depending on its required QoS and the requirements of the previously accepted users. After evaluating the overall behaviour of the multiple access protocol, the radio resource management algorithm and the DCA strategy, a limit is found for the maximum number of users that can be accepted for each service class. Then, the admission control mechanism guarantees that the number of users remains always below this limit.The different MAC layer functions make use also of suitable retransmission strategies at the Logical Link Control (LLC) layer to guarantee the integrity of the information that is being transmitted.All the previous topics have been covered along this work when taking into account both the Frequency Division and Time Division duplex modes (FDD and TDD). In particular, the ISMA (Inhibit Sense Multiple Access) protocol has been studied as a proposal for multiple access protocol and it has been integrated in a frame structure similar to the considered in the proposals UTRA FDD and UTRA TDD for UMTS. Efficient access regulation mechanisms and algorithms for adaptively varying the transmission bit rate have been developed in the context of the ISMA-CDMA. They are able to guarantee by their own a good delay and throughput levels for those services with low stringent QoS requirements. However, in order to deal also with services requiring a very low delay, the ISMA-DS/CDMA protocol has been combined with a polling strategy that allows establishing a bound in the access delay and with a radio resource management that prioritises transmissions in a smart way. As a result of the evaluation of these procedures, the admission region has been obtained for different traffic situations, thus establishing the limits for the admission control mechanism. Regarding the DCA scheme for TDD based mechanisms, different possibilities.have been considered for distributing the different time slots aiming to minimise the mobile to mobile and base to base interference characteristic of TDD/CDMA environments.Finally, retransmission schemes have also been considered with a particular focus on the evaluation of the type II hybrid ARQ strategy, that has been compared to other schemes like the type I hybrid ARQ. An analytical Markov model has also been developed for the type II hybrid ARQ strategy.

Esta tesis aborda la sincronización de una o varias réplicas de una señal conocida recibidas en un entorno con propagación multicamino e interferencias direccionales. Uno de los hilos conductores de este trabajo es la aplicación sistemática del principio de máxima verosimilitud (ML) junto con un modelo de señal en el cual las armas espaciales no tienen estructura, y en cual el ruido es Gaussiano y presenta una matriz de correlación desconocida. Esta última suposición es fundamental a la hora de obtener estimadores capaces de atenuar las señales interferentes que presentan algún tipo de estructura, y esto se consigue sin necesidad de recurrir a la estimación de ciertos parámetros de dichas señales. Por otra parte, la suposición de que las armas espaciales carecen de estructura tiene ventajas desde un punto de vista práctico, al mismo tiempo que simplifica la estimación del resto de parámetros ya que las estimaciones de estas firmas se pueden calcular de forma cerrada. Esto constituye un primer paso hacia la eliminación de las búsquedas en múltiples dimensiones, que es otro de los objetivos perseguidos en este trabajo.En la primera parte de la tesis se deduce la solución de máxima verosimilitud para el problema general de estimación de retardos cuando el ruido tiene correlación espacial desconocida. Se demuestra que el criterio resultante para los retardos es consistente y asintóticamente eficiente, pero también es altamente no-lineal debido a la presencia del determinante de una matriz y no permite, por tanto, el uso de procedimientos sencillos de optimización. Asimismo, se demuestra y se argumenta intuitivamente que el criterio _ optimo ML se puede aproximar por una función de coste más sencilla que es asintóticamente equivalente. A diferencia de otros problemas de estimación, en el caso tratado aquí, el primer término del desarrollo de Taylor del estimador ML no conserva la eficiencia asintótica. La característica esencial de la nueva función de coste es que depende linealmente de la matriz de proyección sobre el subespacio de las señales y, por lo tanto, admite ser minimizada mediante el algoritmo IQML, que es eficiente desde el punto de vista computacional. Además, la existencia de métodos de inicialización sencillos y robustos a las interferencias, los cuales se basan en el uso de una matriz de pesos igual a la identidad y posiblemente también en el algoritmo ESPRIT, hace que el esquema de estimación propuesto pueda ser viable para un diseño práctico. La nueva función de coste se puede aplicar de la misma manera a la estimación del retardo en un canal FIR. En este caso, el algoritmo IQML se puede modificar de forma que, en cada iteración, la estimación del retardo se obtiene a partir de las raíces de un polinomio cuyo orden es igual a la longitud del canal.El objetivo perseguido por los estimadores presentados en la segunda parte de la tesis es aprovechar una particularidad de los sistemas GNSS (Global Navigation Satellite Systems), que consiste en que la dirección de llegada de la señal directa puede ser conocida a priori. Basándose en esta información adicional y suponiendo que el array está calibrado, se propone un modelo simplificado, aunque al mismo tiempo aproximado, para la señal recibida. En este modelo todas las señales excepto la señal directa se engloban en un término con correlación espacial desconocida. Se analizan los estimadores ML del retardo y de la fase de portadora de la señal directa. El sesgo producido por las componentes multicamino al utilizar estos estimadores se reduce de forma muy importante con respecto al sesgo que sufren otros métodos. De hecho, el error cuadrático medio de los estimadores propuestos es en muchas ocasiones muy próximo o incluso inferior al mínimo error que se puede alcanzar con modelos más detallados del canal multicamino. Asimismo, se presentan dos algoritmos de estimación del retardo basados en el cálculo de las raíces de un polinomio. Se demuestra también que las estimaciones ML se pueden obtener a partir de la señal de salida de un conformador de haz híbrido. Debido a que el propio conformador depende de las estimaciones del retardo y de la amplitud de la señal directa, el uso de un algoritmo iterativo surge de forma natural. La formulación mediante el conformador híbrido proporciona una interpretación alternativa interesante de la estimación ML, y podrá ser apropiada para una realización práctica. Finalmente, se demuestra analíticamente y numéricamente que el estimador propuesto para el retardo es robusto frente a errores en el valor nominal del vector de enfoque de la señal directa, y se presenta una manera de extender el margen tolerable de errores de apuntamiento.En la última parte de la tesis se trata la sincronización de un usuario deseado que transmite una secuencia de entrenamiento conocida en un sistema de comunicaciones DS-CDMA.El modelo de señal utilizado agrupa el ruido, y la interferencia externa y de acceso múltiple en un término de ruido equivalente que presenta una matriz de correlación espacio-temporal desconocida. Partiendo de este modelo, se deduce un estimador del retardo que es una aproximación para un numero grande de muestras del estimador ML exacto y que es apropiado para canales con desvanecimientos lentos y noselectivos en frecuencia. El estimador propuesto es una técnica de un solo usuario y es resistente al efecto near-far. Su importancia radica en el hecho de que aprovecha la estructura de las señales en el dominio temporal y espacial, lo que contrasta con otros métodos existentes que, a pesar de utilizar un array de antenas, sólo utilizan la estructura de las señales en uno de los dos dominios. En un sistema de comunicaciones móviles, el usuario deseado está interferido por un número generalmente elevado de señales de otros usuarios y por posibles interferencias externas. En concordancia con este hecho, los resultados numéricos han mostrado que el uso conjunto de todos los grados de libertad espacio-temporales es indispensable para la correcta adquisición y seguimiento del retardo en sistemas con una carga elevada de usuarios y/o en presencia de interferencias externas., The thesis deals with the synchronization of one or several replicas of a known signal received in a scenario with multipath propagation and directional interference. A connecting theme along this work is the systematic application of the maximum likelihood (ML) principle together with a signal model in which the spatial signatures are unstructured and the noise term is Gaussian with an unknown correlation matrix. This last assumption is key in obtaining estimators that are capable of mitigating the disturbing signals that exhibit certain structure. On the other hand, the assumption of unstructured spatial signatures is interesting from a practical standpoint and facilitates the estimation. The elimination of the multidimensional searches required by many estimators is one of the main objectives of the thesis.In the first part of the thesis, the maximum likelihood solution to the general time delay estimation problem for the case of noise with unknown spatial correlation is derived. The resulting criterion for the delays is shown to be consistent and asymptotically efficient; but it is highly non-linear, and does not lead to simple optimization procedures. It is shown that the optimal ML criterion can be approximated by an asymptotically equivalent cost function. The cost function depends linearly on the projection matrix onto the subspace spanned by the signals, and hence it can be minimized using the IQML algorithm. The existence of simple initialization schemes based on identity weightings or ESPRIT makes the approach viable for practical implementation. The proposed cost function can be applied to the estimation of the delay in a FIR channel. In this case, each iteration of IQML comes down to rooting a polynomial.The goal of the estimators presented in the second part of the thesis is to take advantage of one particularity of the GNSS (Global Navigation Satellite Systems) systems, such as GPS and GLONASS, consisting in that the direction-of-arrival of the line-of-sight signal may be known a priori. A simplified and approximate model for the received signal is proposed. The ML estimators of the time delay and carrier phase of the direct signal largely reduce the bias produced by multipath components. Their RMSE is in many situations very close to or even better than the best possible performance attainable with more detailed models of the multipath channel. It is also shown that the ML estimates can be obtained from the output signal of a hybrid beamformer. In the last part of the thesis, the synchronization of a desired user transmitting a known training sequence in a DS-CDMA communication system is addressed. Multiple-access interference, external interference and noise are assumed to have unknown space-time correlation. A large-sample ML code-timing estimator that operates in frequency-nonselective, slowly fading channels is derived. It is a single-user and near-far resistant method. It is shown that the use of all spatial and temporal degrees of freedom is indispensable for the correct acquisition and tracking of the synchronization parameters in heavily loaded systems and/or in the presence of external interference.

Los sistemas de posicionamiento global GNSS (GPS y GLONASS) se han convertido en una herramienta básica para obtener medidas geodésicas de la Tierra y en una fuente de datos para el estudio atmosférico. Proporcionan cobertura global y permanente y por la precisión, exactitud y densidad de datos, las señales radio transmitidas pueden ser usadas para la representación espacio-temporal de la atmósfera.La tecnología de los receptores GPS ha evolucionado con una sorprendente rapidez, resultando en instrumentos con suficiente calidad de medida para ser utilizados en estudios geodésicos, comparables a los resultados de técnicas como la interferometría de muy larga base (VLBI), y estudios atmosféricos cuyos resultados pueden ser usados en meteorología.En la tesis Tomografía Atmosférica utilizando Señales Radio de Satélites nos hemos centrado en el uso del sistema GPS por disponer mayor cantidad y calidad de referencias y herramientas para el procesado de los datos. No obstante, se ha demostrado la posibilidad de extender el concepto a cualquier sistema de transmisión radio desde satélite como sondeador atmosférico. La estructura de la tesis se ha dividido en dos áreas: el procesado de datos GPS para extraer información referente a los parámetros atmosféricos de interés, y la aplicación de técnicas tomográficas para la resolución de problemas inversos. En particular, la tomografía se ha aplicado a la ionosfera y la atmósfera neutra. En ambos casos, los resultados tienen un innegable impacto socio-económico: a) la monitorización del estado ionosférico es fundamental por las perturbaciones que la ionosfera provoca en las transmisiones radio que la atraviesan, y b) la estimación del contenido de vapor de agua de la troposfera es de utilidad en la predicción meteorológica y climática.La tomografía ionosférica se empezó a desarrollar usando únicamente datos de la red global IGS. A continuación se mejoró la resolución vertical mediante la utilización de datos de ocultaciones del experimento GPS/MET. La mejora de la resolución se ve limitada a la región en la que estos datos existen. Finalmente, se utilizaron datos de altimetría del satélite TOPEX/POSEIDON para mejorar los mapas y para demostrar la posibilidad de calibración instrumental de los altímetros radar usando técnicas tomográficas.La aplicación a la troposfera se obtuvo tras la mejora y refinamiento tanto del procesado de datos GPS como del proceso de inversión tomográfica. Los primeros resultados se obtuvieron mediante los datos experimentales de la red permanente en Kilauea, Hawaii, por la configuración particular de los receptores. Estos resultados demostraban la capacidad de obtener representaciones espacio-temporales de la troposfera mediante datos GPS. El análisis de los datos de la campaña REGINA, realizada en el Onsala Space Observatory, nos permitió la descripción de un fenómeno meteorológico complejo mediante la tomografía troposférica usando datos GPS y su verificación por comparación directa con medidas realizadas por radiosondeo.En conclusión, se ha demostrado la posibilidad de aplicar tomografía a la atmósfera utilizando señales radio de satélites y, en particular, la constelación GPS., The Global Navigation Satellite Systems (GPS and GLONASS) have become a basic tool to obtain geodetic measurements of the Earth and a source of data for the atmospheric analysis. Since these systems provide a global, dense and permanent coverage with precise and accurate data, the radio signals they transmit can be used for the spatio-temporal representation of the atmosphere.GPS receivers technology has evolved at a surprising pace: nowadays they have sufficient measurement quality as to be used in geodetic studies, together with other techniques such as the Very Long Base Interferometry (VLBI), and in atmospheric studies whose results can be input into meteorological analysis.In the thesis "Atmospheric Tomography Using Satellite Radio Signals" we have focused on the use of GPS system due to the better quality and quantity of references and tools for the data processing. This notwithstanding, we have proven the possibility to broaden the concept to include any other radio signal transmitting satellite system as an atmospheric sounder. The thesis has been divided into two main areas: GPS data processing to extract the information related to the atmospheric parameters under study, and the implementation of tomographic techniques to the solution of the inverse problem. In particular, tomography has been applied to the ionosphere and to the neutral atmosphere. In both cases, results have a socio-economic impact: a) monitoring the ionosphere is essential for radio transmissions across it because of the perturbations it may produce on the signal, and b) estimating water vapour content in the troposphere is highly useful for meteorological and climate forecastFor the ionospheric tomography we initally only used the data from the global IGS network. Vertical resolution was afterwards improved using the occultation data of the GPS/MET experiment. The improvement, however, was limited to the region where these data existed. Finally, we used altimeter data from the TOPEX/POSEIDON satellite to improve the maps and to prove the radar altimeter calibration capability of the tomographic technique.The application to the troposphere was possible after the improvement and refinement of both the GPS data processing and the tomographic inversion. The first results were obtained using the experimental data from the permanent network in Kilauea, Hawaii. The particular geometry of the receivers in this local network made it highly suited for these initial results, which proved the possibility of obtaining spatio-temporal representations of the troposphere using GPS data. The data analysis of the REGINA campaign, which took place at the Onsala Space Observatory, provided the description of a complex meteorological phenomenon using only GPS data tropospheric tomography. We verified the results with a direct comparison with radiosonde data.Concluding, we have demonstrated the capabilities of atmospheric tomography using satellite radio signals, with particular emphasis on the GPS signals.

En esta tesis se ha abordado el problema de la determinación directa del régimen permanente de circuitos no lineales autónomos con parámetros distribuidos en el dominio temporal. Con la obtención de las ecuaciones de equilibrio en el dominio transformado de Laplace, es posible escribir directamente el sistema de ecuaciones discretizado en el dominio temporal, donde las incógnitas son el periodo de oscilación y las muestras de las variables de control. Así, toda variable genérica V(s) es transformada en un vector de muestras equiespaciadas de v(t), y cada uno de los operadores, derivada y retardo, en una matriz circulante. La formulación obtenida es tal que posibilita el posterior desarrollo analítico de la sensibilidad del sistema de ecuaciones discretizado respecto al periodo de oscilación y las muestras de las variables de control, permitiendo una eficaz resolución del sistema de ecuaciones utilizando métodos globalmente convergentes basados en modificaciones del método de Newton. Además, con el método de análisis propuesto, es posible reconvertir un problema de optimización en un problema de análisis y, en consecuencia, de menor complejidad. La utilización de los aproximantes de Padé multipunto, para aproximar una línea de transmisión RLCG con elementos de parámetros concentrados y una línea de transmisión ideal, permite extender el método propuesto a los circuitos que incorporan líneas RLCG.Una vez determinadas las soluciones en régimen permanente, el siguiente problema a abordar es el estudio de la estabilidad de estas soluciones, utilizándose los resultados de este estudio para detectar bifurcaciones de Hopf, de desdoblamiento de órbitas y puntos límite. En esta tesis se describe una técnica que permite seguir a) la rama que continua tras la aparición de un punto límite y b) la rama de periodo doble existente en una bifurcación de desdoblamiento de órbitas, como se comprueba sobre el circuito de Chua retardado (TDCC),Otra aportación de esta tesis, desarrollada íntegramente en el plano teórico, ha consistido en estrechar los lazos existentes entre el estudio de la estabilidad en el dominio temporal y el dominio frecuencial. El punto de partida se encuentra en la obtención de una transformación que permite trasladar cualquier formulación de análisis del dominio frecuencial al temporal y viceversa. La extensión de estos vínculos al estudio de la estabilidad deriva en la obtención de importantes resultados. Destaca, entre éstos, la obtención de la formulación de estabilidad utilizada por el método de balance armónico (HB), partiendo de un estudio de la estabilidad realizado en el dominio temporal. Estos resultados se complementan con los obtenidos por otros autores que, partiendo de una formulación en el dominio temporal con variables de estado, obtienen una formulación en el dominio frecuencial. Con la finalidad de no avanzar en el vacío, las ideas que aparecen en esta tesis han sido siempre contrastadas, en algunos casos por más de una vía. Así, el circuito de Van der Pol se analiza con el método de HB y con el método propuesto utilizando tres formulaciones distintas. El estudio de la estabilidad de los puntos de equilibrio del TDCC se contrasta con resultados analíticos. La determinación de las regiones de funcionamiento del circuito de Van der Pol excitado y la construcción de su curva solución se comparan con los resultados obtenidos usando HB. Los resultados de análisis del TDCC con línea RLCG son contrastados con los resultados obtenidos utilizando métodos de integración. Finalmente, se realiza una validación experimental del oscilador con línea de transmisión, sobre el cual se resuelve un problema de análisis y otro de optimización., This thesis has tackled the problem of the direct determination of the steady state analysis of autonomous circuits with transmission lines and generic nonlinear elements. With the equilibrium equations obtained in the Laplace transformed domain, it is possible to directly write the discretized system of equations in the temporal domain where the unknowns to determine are the samples of the control variables, directly in the steady state, along with the oscillation period. Thus, every generic variable V(s) is converted into a vector of equally spaced samples of v(t) and each one of the operators, derivative and delay, into a circulant matrix. The formulation obtained is such that makes it possible the subsequent analytic development of the sensibility of the system of equations discretized with respect to the oscillation period and the samples of the control variables, allowing to solve the system of equations effectively using globally convergent techniques based on modifications of the Newton method. Moreover, with the analysis method suggested here, it is possible to turn a problem of optimization into a problem of analysis and, subsequently, of a lesser complexity. Besides, the use of the multipoint Padé approximants, to approximate an RLCG transmission line with lumped elements and an ideal transmission line, makes it possible to extend the suggested method to the circuits that include RLCG transmission lines.Once the steady state solutions have been determined, the next problem to deal with is the study of the stability of these solutions. The results of this study are used to detect Hopf bifurcations, period-doubling bifurcations and limit points. In this thesis a technique is described which allows us to follow a) the branch that follows after the appearance of a limit point and b) the branch of double period that exists in a period-doubling bifurcation point, as it can be proved in the time delayed Chua's circuit (TDCC).Another contribution of this thesis, totally developed at a theoretical level, has consisted in strengthening the existing bonds between the study of the stability both in the temporal and in the frequency domain. The starting point is a transformation that makes it possible to transfer any analysis formulation from the frequency domain to the temporal one and vice versa. The extension of these links to the study of the stability leads to important results. It stands out, among them, the obtained formulation of stability used by the harmonic balance (HB) method, starting from a stability study made in the temporal domain. These results complement each other with those obtained by other authors who, starting from a formulation in the temporal domain with state variables, obtain a formulation in the frequency domain. With the purpose of validating the ideas that appear in this thesis, these have always been contrasted, in some cases in more than one way. Thus, the Van der Pol oscillator is analyzed with the HB method and with the method suggested here using three different formulations. The study of the stability of the equilibrium points of the TDCC is contrasted with analytic results. The determination of the working regions of the excited Van der Pol oscillator and the construction of its solution curve is compared with the results obtained using HB. The results of the analysis of the TDCC with RLCG line are contrasted with those obtained using integration techniques. Finally, an experimental validation of an oscillator with transmission line is made, in which a problem of analysis and another one of optimization are solved.

La tesis contiene en primer lugar un estudio de las técnicas de interferometria radiometrica, con énfasis en las causas de error y su impacto en las características del sensor. A continuación se proponen y comparan varias técnicas de calibracion basadas en la inyección de ruido.Un aspecto notable de la tesis consiste en el desarrollo de técnicas de reconstrucción de la imagen radiometrica adaptadas a la geometría del sensor miras propuesto por la agencia espacial europea (esa).La tesis incluye tambien el diseño de un prototipo a escala reducida de radiometro interferometrico que se ha utilizado para verificar los resultados teóricos y simulados.En resumen se trata de un trabajo muy completo y riguroso, con numerosas aportaciones originales, que han sido contrastadas experimentalmente.