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This work jointly addresses user scheduling and precoder/combiner design in the downlink of a wideband millimeter wave (mmWave) communications system. We consider Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) modulation to overcome channel frequency selectivity and obtain a number of equivalent narrowband channels. Hence, the main challenge is that the analog preprocessing network is frequency flat and common to all the users at the transmitter side. Moreover, the effect of the signal bandwidth over the Uniform Linear Array (ULA) steering vectors has to be taken into account to design the hybrid precoders and combiners. The proposed algorithmic solution is based on Linear Successive Allocation (LISA), which greedily allocates streams to different users and computes the corresponding precoders and combiners. By taking into account the rank limitations imposed by the hardware at transmission and reception, the performance loss in terms of achievable sum rate for the hybrid approach is negligible. Numerical experiments show that the proposed method exhibits excellent performance with reasonable computational complexity., Comment: This work has been submitted to the IEEE for possible publication. Copyright may be transferred without notice, after which this version may no longer be accessible

El edificio se sitúa en la ciudad ecuatoriana de Ambato, región que se encuentra a 2580 msnm y es declarada zona de alto riesgo sísmico; la superficie aproximada de construcción es de 4355.00m2. La función o uso del edificio es de tipo judicial, se considera un espacio público como edificio público. La estructura se diseña con necesidad de tener una libertad en la organización espacial interna del edificio, delimitados mediante tabiquería montada en seco; por lo que se proyecta un módulo tipo de acero de dimensiones similares en ambos ejes, procurando una distribución uniforme y simétrica de rigideces que varíen gradualmente en altura.

Publication in the conference proceedings of EUSIPCO, Tampere, Finland, 2000

Publication in the conference proceedings of EUSIPCO, Tampere, Finland, 2000

Publication in the conference proceedings of EUSIPCO, Lisbon, Portugal, 2014

Publication in the conference proceedings of EUSIPCO, Barcelona, Spain, 2011

[Abstract] As an extension and improvement of a previous work, this paper presents a graphical interface designed with MATLAB®, which is capable of representing both the spatial and electrical configurations of a conformal antenna array, as well as the different patterns radiated by the array. The tool considers the polarization of the elements of the array, which are not necessarily congruent to each other.

Programa Oficial de Doutoramento en Tecnoloxías da Información e Comunicacións en Redes Móbiles . 5029P01, [Abstract] Reliable transport systems, defense, public safety and quality assurance in the Industry 4.0 are essential in a modern society. In a mission-critical scenario, a mission failure would jeopardize human lives and put at risk some other assets whose impairment or loss would significantly harm society or business results. Even small degradations of the communications supporting the mission could have large and possibly dire consequences. On the one hand, mission-critical organizations wish to utilize the most modern, disruptive and innovative communication systems and technologies, and yet, on the other hand, need to comply with strict requirements, which are very different to those of non critical scenarios. The aim of this thesis is to assess the feasibility of applying emerging technologies like Internet of Things (IoT), Cyber-Physical Systems (CPS) and 4G broadband communications in mission-critical scenarios along three key critical infrastructure sectors: transportation, defense and public safety, and shipbuilding. Regarding the transport sector, this thesis provides an understanding of the progress of communications technologies used for railways since the implantation of Global System for Mobile communications-Railways (GSM-R). The aim of this work is to envision the potential contribution of Long Term Evolution (LTE) to provide additional features that GSM-R would never support. Furthermore, the ability of Industrial IoT for revolutionizing the railway industry and confront today's challenges is presented. Moreover, a detailed review of the most common flaws found in Radio Frequency IDentification (RFID) based IoT systems is presented, including the latest attacks described in the literature. As a result, a novel methodology for auditing security and reverse engineering RFID communications in transport applications is introduced. The second sector selected is driven by new operational needs and the challenges that arise from modern military deployments. The strategic advantages of 4G broadband technologies massively deployed in civil scenarios are examined. Furthermore, this thesis analyzes the great potential for applying IoT technologies to revolutionize modern warfare and provide benefits similar to those in industry. It identifies scenarios where defense and public safety could leverage better commercial IoT capabilities to deliver greater survivability to the warfighter or first responders, while reducing costs and increasing operation efficiency and effectiveness. The last part is devoted to the shipbuilding industry. After defining the novel concept of Shipyard 4.0, how a shipyard pipe workshop works and what are the requirements for building a smart pipe system are described in detail. Furthermore, the foundations for enabling an affordable CPS for Shipyards 4.0 are presented. The CPS proposed consists of a network of beacons that continuously collect information about the location of the pipes. Its design allows shipyards to obtain more information on the pipes and to make better use of it. Moreover, it is indicated how to build a positioning system from scratch in an environment as harsh in terms of communications as a shipyard, showing an example of its architecture and implementation., [Resumen] En la sociedad moderna, los sistemas de transporte fiables, la defensa, la seguridad pública y el control de la calidad en la Industria 4.0 son esenciales. En un escenario de misión crítica, el fracaso de una misión pone en peligro vidas humanas y en riesgo otros activos cuyo deterioro o pérdida perjudicaría significativamente a la sociedad o a los resultados de una empresa. Incluso pequeñas degradaciones en las comunicaciones que apoyan la misión podrían tener importantes y posiblemente terribles consecuencias. Por un lado, las organizaciones de misión crítica desean utilizar los sistemas y tecnologías de comunicación más modernos, disruptivos e innovadores y, sin embargo, deben cumplir requisitos estrictos que son muy diferentes a los relativos a escenarios no críticos. El objetivo principal de esta tesis es evaluar la viabilidad de aplicar tecnologías emergentes como Internet of Things (IoT), Cyber-Physical Systems (CPS) y comunicaciones de banda ancha 4G en escenarios de misión crítica en tres sectores clave de infraestructura crítica: transporte, defensa y seguridad pública, y construcción naval. Respecto al sector del transporte, esta tesis permite comprender el progreso de las tecnologías de comunicación en el ámbito ferroviario desde la implantación de Global System for Mobile communications-Railway (GSM-R). El objetivo de este trabajo es analizar la contribución potencial de Long Term Evolution (LTE) para proporcionar características adicionales que GSM-R nunca podría soportar. Además, se presenta la capacidad de la IoT industrial para revolucionar la industria ferroviaria y afrontar los retos actuales. Asimismo, se estudian con detalle las vulnerabilidades más comunes de los sistemas IoT basados en Radio Frequency IDentification (RFID), incluyendo los últimos ataques descritos en la literatura. Como resultado, se presenta una metodología innovadora para realizar auditorías de seguridad e ingeniería inversa de las comunicaciones RFID en aplicaciones de transporte. El segundo sector elegido viene impulsado por las nuevas necesidades operacionales y los desafíos que surgen de los despliegues militares modernos. Para afrontarlos, se analizan las ventajas estratégicas de las tecnologías de banda ancha 4G masivamente desplegadas en escenarios civiles. Asimismo, esta tesis analiza el gran potencial de aplicación de las tecnologías IoT para revolucionar la guerra moderna y proporcionar beneficios similares a los alcanzados por la industria. Se identifican escenarios en los que la defensa y la seguridad pública podrían aprovechar mejor las capacidades comerciales de IoT para ofrecer una mayor capacidad de supervivencia al combatiente o a los servicios de emergencias, a la vez que reduce los costes y aumenta la eficiencia y efectividad de las operaciones. La última parte se dedica a la industria de construcción naval. Después de definir el novedoso concepto de Astillero 4.0, se describe en detalle cómo funciona el taller de tubería de astillero y cuáles son los requisitos para construir un sistema de tuberías inteligentes. Además, se presentan los fundamentos para posibilitar un CPS asequible para Astilleros 4.0. El CPS propuesto consiste en una red de balizas que continuamente recogen información sobre la ubicación de las tuberías. Su diseño permite a los astilleros obtener más información sobre las tuberías y hacer un mejor uso de las mismas. Asimismo, se indica cómo construir un sistema de posicionamiento desde cero en un entorno tan hostil en términos de comunicaciones, mostrando un ejemplo de su arquitectura e implementación.

[Resumen]Este trabajo considera un sistema Broadcast Channel (BC) que consiste en un transmisor equipado con múltiples antenas y varios usuarios con una o más antenas. Dependiendo del número de antenas en el lado receptor, tales sistemas son conocidos como Multiple-User Multiple-Input Single-Output (MU-MISO), para usuarios con una única antena, o Multiple-User Multiple-Input Multiple-Output (MU-MIMO), para usuarios con varias antenas. Este modelo es adecuado para sistemas actuales de comunicaciones inalámbricas. Respecto a la dirección del flujo de datos, diferenciamos entre el canal downlink o BC, y canal uplink o Multiple Access Channel (MAC). En el BC las señales se envían desde la estación base a los usuarios, mientras que la información perteneciente a los usuarios es transmitida a la estación base en el MAC. En este trabajo nos centramos en el BC donde la estación base aplica precodificación lineal aprovechando las múltiples antenas. La información sobre el estado del canal se asume perfecta en todos los usuarios. Sin embargo, los usuarios no cooperan, y la estación base solo tiene información de canal parcial obtenida a través de un canal de realimentación en los sistemas Frequency-Division Duplex (FDD), que tiene un ancho de banda limitado. Esta limitación fuerza a los usuarios a aplicar algunos métodos, como quantización, para reducir la cantidad de datos a enviar a la estación base. La combinación de la información proporcionada por los usuarios es interpretada en la estación base como información de canal estocástica, y constituye un factor crítico en el diseño de los precodificadores. En la literatura se han considerado varios métodos para evaluar el rendimiento del BC, a saber, Signal to Interference-plus-Noise Ratio (SINR), Minimum Mean Square Error (MMSE), y tasa. Algunos trabajos calculan las medidas correspondientes para cada usuario mientras que otros consideran la suma de todos ellos como la métrica de interés. En nuestro caso, nos centramos en la tasa como figura de mérito. En particular, estamos interesados en garantizar ciertas tasas por usuario. De esta manera, evitamos situaciones injustas que surgen de utilizar la tasa suma como criterio, en las que a los usuarios con canales pobres se les asignan tasas bajas, o incluso cero. Además, reducir la cantidad de potencia necesaria para satisfacer las restricciones de calidad de servicio mencionadas es una característica deseable en los sistemas de comunicaciones inalámbricas. Así, abordamos el problema de optimización consistente en minimizar la potencia total en el transmisor empleada para cumplir un conjunto de restricciones de calidad de servicio, expresadas como tasas por usuario. Durante los últimos años el problema de minimización de potencia ha sido estudiado ampliamente para información tanto perfecta como imperfecta de canal, en los escenarios BC. Asumir conocimiento de canal perfecto es poco realista y, por tanto, consideramos que los usuarios env´ıan la información de canal a la estación base por medio de un canal de realimentación, normalmente disponible en los est´andares de comunicación recientes. Aunque algunos autores han empleado modelos de incertidumbre limitada para el conocimiento de canal tales como rectangular, elipsoidal, o esférico, y han aprovechado esa asunción para resolver el problema de minimización de potencia, no asumimos una forma particular para esa incertidumbre sino un modelo de error estocástico. En el modelo de sistema considerado, MU-MIMO, el número de antenas en la estación base es mayor que el número de antenas en cada usuario, e.g. MU-MISO. Además, los usuarios no cooperan para separar las señales recibidas. Debido a ésto y a la falta de grados de libertad en los usuarios, es necesario el uso de filtros transmisores, también llamados precodificadores, para eliminar las interferencias entre usuarios. De este modo, en este trabajo diseñamos conjuntamente los precodificadores lineales y los filtros receptores minimizando la potencia total en el transmisor sujeta a restricciones de tasa por usuario. Esta formulación del problema no es convexa y, por tanto, es complicada de manejar. Por este motivo, aplicamos la desigualdad de Jensen a las restricciones de tasa para obtener otras basadas en el MMSE. Como consecuencia, nuestro objetivo es diseñar los precodificadores y filtros que minimizan el MMSE para todos los usuarios. Para ello, distintos tipos de dualidades basadas en SINR,Mean Square Error (MSE), o tasa, han sido empleadas para el diseño de los filtros como fórmulas para intercambiar entre el BC y el MAC por conveniencia. En particular, empleamos la dualidad de MSE con conocimiento de canal imperfecto. Además, para la distribución de potencias, explotamos el marco teórico de las standard Interference Function, planteado para resolver el algoritmo de control de potencia. De esta manera, proponemos un algoritmo para solucionar el problema de minimización de potencia en el BC. Para comprobar la factibilidad de las restricciones de calidad de servicio, proponemos un test que permite determinar si el algoritmo converge o no. Además, el algoritmo propuesto permite resolver el problema dual, ésto es, encontrar los objetivos de tasa balanceados correspondientes a una potencia total en el transmisor. Finalmente, algunas aplicaciones de la minimización de potencia surgen de diferentes escenarios y se resuelven por medio del algoritmo propuesto. Usando el lenguaje de programación MATLAB se simulan experimentos con el objetivo de mostrar el rendimiento de los métodos propuestos., [Resumo]Este traballo considera un sistema Broadcast Channel (BC) que consiste nun transmisor equipado con múltiples antenas e varios usuarios cunha ou máis antenas. Dependendo do número de antenas no lado receptor, tales sistemas son coñecidos como Multiple-User Multiple-Input Single-Output (MU-MISO), para usuarios cunha única antena, ou Multiple-User Multiple-Input Multiple-Output (MU-MIMO), para usuarios con varias antenas. Este modelo é adecuado para sistemas actuais de comunicacións sen fíos. Respecto á dirección do fluxo de datos, diferenciamos entre a canle downlink ou BC, e a canle uplink ou Multiple Access Channel (MAC). No BC os sinais env´ıanse dende a estación base aos usuarios, mentres que a información pertencente aos usuarios é transmitida á estación base no MAC. Neste traballo centrámonos no BC onde a estación base aplica precodificación lineal aproveitando as múltiples antenas. A información sobre o estado da canle asúmese perfecta en todos os usuarios. Por contra, os usuarios non cooperan e a estación base só ten información da canle parcial obtida a través dunha canle de realimentación nos sistemas Frequency-Division Duplex (FDD), que ten un ancho de banda limitado. Esta limitación forza aos usuarios a aplicar algúns métodos, como quantización, para reducir a cantidade de datos que se envían á estación base. A combinación da información proporcionada polos usuarios é interpretada na estación base como información da canle estocástica, e constitúe un factor crítico no deseño dos precodificadores. Na literatura consider´aronse varios métodos para avaliar o rendemento do BC, a saber, Signal to Interference-plus-Noise Ratio (SINR), Minimum Mean Square Error (MMSE), e taxa. Algúns traballos calculan as medidas correspondentes para cada usuario mentres que outros consideran a suma de todos eles como a métrica de interese. No noso caso, centrámonos na taxa como figura de mérito. En particular, estamos interesados en garantir certas taxas por usuario. Deste xeito evitamos situación inxustas que xurdan de utilizar a taxa suma como criterio, nas que aos usuarios con canles pobres se lles asignan tasas baixas, ou incluso cero. Ademais, reducir a cantidade de potencia necesaria para satisfacer as restricci ´ons de calidade de servizo mencionadas ´e unha característica desexable nos sistemas de comunicacións se fíos. Así, acometemos o problema de optimización consistente en minimizar a potencia total no transmisor empregada para cumprir un conxunto de restricións de calidade de servizo, expresadas como taxas por usuario. Durante os últimos anos o problema de minimización de potencia foi estudado amplamente para información tanto perfecta como imperfecta de canle, nos escenarios BC. Asumir coñecemento perfecto de canle é pouco realista e, por tanto, consideramos que os usuarios envían a información de canle á estación base por medio dunha canle de realimentación, normalmente dispoñible nos estándares de comunicación recentes. Aínda que algúns autores empregaron modelos de incerteza limitada para o coñecemento de canle tales como rectangular, elipsoidal, ou esférico, e aproveitaron esa asunción para solucionar o problema de minimización de potencia, non asumimos unha forma particular para esa incerteza sen´on un modelo de error estocástico. No modelo de sistema considerado, MU-MIMO, o número de antenas na estación base é maior que o número de antenas en cada usuario, e.g. MU-MISO. Ademais, os usuarios non cooperan para separar os sinais recibidos. Debido a isto e á falta de graos de liberdade nos usuarios, é preciso o uso de filtros transmisores, tamén chamados precodificadores, para eliminar as interferencias entre usuarios. Deste xeito, neste traballo deseñamos conxuntamente os precodificadores lineais e os filtros receptores minimizando a potencia total no transmisor suxeita a restriccións de taxa por usuario. Esta formulación do problema non é convexa e, por tanto, é complicada de manexar. Por este motivo, aplicamos a desigualdade de Jensen ´as restriccións de taxa para obter outras baseadas no MMSE. Como consecuencia, o noso obxectivo é deseñar os precodificadores e filtros que minimizan o MMSE para todos os usuarios. Para iso, distintos tipos de dualidades baseadas en SINR, Mean Square Error (MSE), ou taxa, foron empregadas para o deseño dos filtros coma fórmulas para intercambiar entre o BC e o MAC por conveniencia. En particular, empregamos a dualidade de MSE con coñecemento de canal imperfecto. Ademais, para a distribución de potencias, explotamos o marco teórico das standard Interference Function, formulado para resolver o algoritmo de control de potencia. Desta maneira, propomos un algoritmo para resolver o problema de minimización de potencia no BC. Para comprobar a factibilidade das restricci óns de calidade de servizo, propomos un test que permite determinar se o algoritmo converxe ou non. Ademais, o algoritmo proposto permite resolver o problema dual, ´ısto é, atopar os obxectivos de taxa balanceados correspondentes a unha potencia total no transmisor. Finalmente, algunhas aplicacións da minimización de potencia xorden de diferentes escenarios e resólvense por medio do algoritmo proposto. Usando a linguaxe de programación MATLAB simúlanse experimentos co obxectivo de mostrar o rendemento dos métodos propostos., [Abstract]This work considers a Broadcast Channel (BC) system, where the transmitter is equipped with multiple antennas and each user at the receiver side could have one or more antennas. Depending on the number of antennas at the receiver side, such a system is known as Multiple-User Multiple-Input Single-Output (MU-MISO), for single antenna users, orMultiple-UserMultiple-InputMultiple-Output (MU-MIMO), for several antenna users. This model is suitable for current wireless communication systems. Regarding the direction of the data flow, we differentiate between downlink channel or BC, and uplink channel or Multiple Access Channel (MAC). In the BC the signals are sent from the Base Station (BS) to the users, whereas the information from the users is sent to the BS in the MAC. In this work we focus on the BC where the BS applies linear precoding taking advantage of multiple antennas. The Channel State Information (CSI) is assumed to be perfectly known at each user. However, the users do not cooperate, and the BS only has partial CSI obtained via a feedback link in Frequency-Division Duplex (FDD) systems, which is bandwidth limited. This limitation forces the users to apply some methods, like quantization, to reduce the amount of data to be sent to the BS. The combination of the information provided by the users is interpreted as stochastic CSI at the BS, so that the partial CSI is critical for the design of the precoders. Several criteria have been considered to evaluate the BC performance in the literature, namely, Signal to Interference-plus-Noise Ratio (SINR), Minimum Mean Square Error (MMSE), and rate. While some works compute the corresponding metric for each of the users, others consider the sum of all of them as the value of interest. In our case, we concentrate on rate as figure of merit. In particular, we are interested in guarantying certain per-user rates. That way, we avoid unfair situations of the sum rate criterion arising when the channels for some of the users are poor with assigned low, even zero, rates. Moreover, reducing the amount of power required to fulfill the mentioned Qualityof- Service (QoS) restrictions is a desirable feature for a wireless communication system. Thus, we address the optimization problem consisting on minimizing the total transmit power employed at the BS to fulfill a set of given QoS constraints, expressed as per-user rates. The power minimization problem has been widely studied during the last years for both perfect and imperfect CSI at the BS scenarios. The assumption of perfect CSI is rather unrealistic so that, as we mentioned previously, we consider that the users send the channel information to the BS by means of the feedback channel, usually available in recent wireless communication standards. Although some authors have employed XIV bounded uncertainty models for the CSI such as rectangular, ellipsoidal, or spherical, and have taken advantage of that assumption to solve the power minimization problem, we do not assume a particular shape for that uncertainty, but is modeled as a stochastic error. In the considered MU-MIMO system model the number of antennas at the BS is larger than the number of antennas at each user, e.g. MU-MISO. Moreover, the users do not cooperate to separate the received signals. Due to that and to the lack of degrees of freedom at the users, it makes necessary the use of transmit filters, also denoted as precoders, to remove inter-user interference. Thus, in this work we jointly design the linear precoders and receive filters minimizing the total transmit power subject to per-user rate constraints. This problem formulation is non-convex. As a consequence, it is difficult to deal with. For such a reason, we apply the Jensen’s inequality to the rate constraints to obtain a MMSE based restrictions. Consequently, our aim is to find the precoders and the filters that minimize the MMSE for all the users. To that end, several types of dualities based on SINR, Mean Square Error (MSE), or rate have been employed for the design of the filters as conversion formulas that allow to switch between the BC and the MAC for convenience. We employ the MSE BC/MAC duality for imperfect Channel State Information at the Transmitter (CSIT). Furthermore, for the power allocation design, we take advantage of the standard Interference Function (IF) framework, proposed to solve the power control algorithm. In such a way, an algorithm is proposed to solve the power minimization problem in the BC. To check the feasibility of the QoS constraints, we propose a test that allows to determine the convergence of the algorithm. Additionally, the proposed algorithm can be employed to solve the dual problem, i.e., find the balanced targets for given total transmit power. Finally, some applications of the power minimization problem arising from different scenarios are studied and solved by means of the proposed algorithm. Simulation experiments are carried out using the technical programming language MATLAB in order to show the performance of the proposed methods.

[Abstract] In 1948, the Shannon's work titled "A mathematical theory of communication" completely revolutionized the way to understand the problem of the reliable communications. He showed that any communications system is able to transmit with an arbitrarily low error probability as long as the transmission rate is kept below a certain limit. The separation between the source and channel coding was also shown as the optimal strategy to achieve the theoretical limits. Those ideas inspire the development of a whole digital communication theory focused on building more and more sophisticated coding schemes. It leads to most of communication systems were designed according to a digital approach and the separation principle from that moment, whereas other alternatives were set aside. However, in the last years, communication systems based on a jointly optimization of the source and channel encoder has aroused the interest of the researchers again, specially in the case of the transmission of analog signals. This strategy, referred to as analog Joint Source Channel Coding (JSCC), has been also shown to approach the theoretical limits and provides certain advantages with respect to the conventional digital systems, such as high transmission rate, low complexity, almost zero delay and the ability of the system to adapt to time-varying environments without a full redesign. Thus, these appealing properties of the JSCC approach make it specially suitable for both real-time applications with severe requirements on the complexity and/or delay and the transmission of data at high rate over wireless channels. So far, the research on this area mainly focused on the design and evaluation of different analog JSCC systems for the transmission of Gaussian sources over Additive White Gaussian Noise (AWGN) channels. However, the behavior of this strategy on more realistic environments, such as practical implementations over real wireless channels, has not been deeply studied yet. The objective of this thesis is to evaluate the feasibility of the analog JSCC technique in the context of the wireless communications. For that purpose, several analog JSCC systems are specifically designed for the transmission of discrete-time continuous-amplitude samples over wireless channels, with the aim of preserving the desirable properties described for the case of AWGN channels. The application of the JSCC strategy on wireless channels represents a series of important challenges for the design of these analog systems. On one hand, the analog JSCC scheme must be constantly adapted to the fluctuations of the wireless channel for the performance approaches the optimal distortion-cost tradeoff. Fortunately, this procedure does not involve a full redesign of the system since it is just enough to update the encoder parameters according to the actual channel conditions. On the other hand, the wireless communications undergo the undesirable effects of the delay spread caused by the multipath propagation of the transmitted signals. In the current wireless standards, different transmission techniques are usually employed in order to combat such effects and exploit the diversity gain provided by the channel, such as the use of multiples antennas both at the transmitter and the receiver as well as of a multicarrier modulation scheme. The integration of the analog JSCC strategy together with these techniques leads to make substantive modifications on the initial configuration -specially in the design of the decoding operation- to preserve the low complexity and delay of the resulting communication model. Finally, the practical implementation of the analog JSCC on real wireless environment also leads to deal with some additional problems that are not encountered in a simulation scenario., [Resumen] En 1948, el trabajo de Shannon titulado ”A mathematical theory of communication” revolucionó por completo la manera de entender el problema de transmitir información de forma fiable. Shannon demostró que un sistema de comunicación es capaz de transmitir con probabilidad de error arbitrariamente baja siempre que la tasa de transmisión se mantenga por debajo de un cierto límite. Además, postuló que una separación entre la codificación de fuente y de canal es la estrategia óptima para alcanzar los límites teóricos. Estas ideas inspiraron el desarrollo de toda una teoría de la comunicación digital centrada en la construcción de esquemas de codificación cada vez más sofisticados. Esto provocó que, a partir de ese momento, la mayor parte de los sistemas de comunicación se diseñasen siguiendo unha aproximación digital y de acuerdo al principio de separación, mientras que otras alternativas fueron relegadas a un segundo plano. Sin embargo, en estos últimos años, los sistemas de comunicación basados en la optimización conjunta de la codificación de fuente y canal han despertado de nuevo el interés de los investigadores, especialmente en el caso de transmisión de señales analógicas. Esta estrategia –conocida en inglés como analog Joint Source Coding (JSCC)– también es capaz de aproximarse a los límites teóricos, mientras ofrece ciertas ventajas con respecto a los sistemas digitales convencionales como, por ejemplo, una alta tasa de transmisión, baja complejidad, mínimo retardo y capacidad del sistema para adaptarse a entornos variantes en tiempo sin necesidad de rediseñarlo por completo. De esta forma, estas atractivas propiedades hacen que la estrategia JSCC sea especialmente adecuada para aplicaciones en tiempo real con fuertes restricciones de complejidad y/o retardo así como para la transmisión de datos a alta velocidad a través de canales inalámbricos. Hasta ahora, la investigación en este área se ha centrado principalmente en la evaluación de diferentes sistemas JSCC analógicos diseñados para transmitir fuentes Gaussianas sobre canales AWGN. Sin embargo, el comportamiento de esta estrategia en entornos más realistas como, por ejemplo, su implementación práctica sobre canales inalámbricos reales, aún non se ha estudiado en detalle. El objetivo de esta tesis es determinar la viabilidad del esquema JSCC analógico en el contexto de las comunicaciones inalámbricas. Para llevar a cabo esta tarea, varios sistemas JSCC analógicos son específicamente diseñados para permitir la transmisión de símbolos continuos en amplitud y discretos en tiempo a través de canales inalámbricos, intentando preservar las propiedades descritas anteriormente para el caso de canales AWGN., [Resumo] En 1948, o traballo de Shannon titulado ”A mathematical theory of communication” revolucionou por completo a forma de entender o problema de transmitir información de xeito fiable. Shannon demostrou que un sistema de comunicación é capaz de transmitir cunha probabilidade de erro arbitrariamente baixa sempre que a taxa de transmisión se manteña por debaixo dun certo límite. Ademais, probou que unha separación entre a codificación de fonte e de canle é a estratexia óptima para acadar os límites teóricos. Estas ideas inspiraron o desenrolo de toda unha teoría da comunicación dixital centrada na construción de esquemas de codificación cada vez máis sofisticados. Esto fixo que, dende ese momento, a maior parte dos sistemas de comunicación foran deseñados seguindo unha aproximación dixital e de acordo ao principio de separación, mentres que outras alternativas foron relegadas a un segundo plano. Sen embargo, nestos derradeiros anos, os sistemas de comunicación baseados nunha optimización conxunta da codificación de fonte e canle despertou de novo o interese dos investigadores, especialmente no caso da transmisión de sinais analóxicos. Esta estratexia – coñecida en inglés como analog Joint Source Coding (JSCC)– tamén é capaz de aproximar os límites teóricos mentres proporciona certas vantaxes con respecto aos sistemas dixitais convencionais como, por exemplo, unha alta taxa de transmisión, baixa complexidade, mínimo retardo e capacidade do sistema para adaptarse a entornos variantes en tempo sen necesidade de ter que rediseñalo por completo. Deste xeito, estas atractivas propiedades fan que a estratexia JSCC sexa especialmente axeitada para aplicacións en tempo real con fortes restricións de complexidade e/ou retardo así como para a transmisión de datos a alta velocidade a través de canles sen fíos. Ata o de agora, a investigación nesta área centrouse principalmente na avaliación de diferentes sistemas JSCC analóxicos deseñados para a transmisión de fontes Gaussianas sobre canles AWGN. Sen embargo, o comportamento desta estratexia en entornos máis realistas como, por exemplo, implementacións prácticas sobre canles reais sen fíos, aínda non se estudou en profundidade. O obxectivo desta tese é determinar a viabilidade do esquema JSCC analóxico no contexto das comunicacións sen fíos. Para levar a cabo esta tarefa, varios sistemas JSCC analóxicos son específicamente deseñados para permitir a transmisión de símbolos continuos en amplitude e discretos en tempo a través de canles sen fíos, intentando preservar na medida do posible as propiedades descritas anteriormente para o caso de canles AWGN. A aplicación da estratexia JSCC en canles sen fíos representa unha serie de importantes desafíos para o deseño destos sistemas analóxicos. Por unha banda, o sistema JSCC analóxico débese adaptar constantemente ás flutuacións do canle debido aos desvaecementos para conseguir que o seu rendemento se aproxime á solución de compromiso distorsión-custo. Afortunadamente, este proceso non supón redeseñar por completo o sistema xa que chega con actualizar os parámetros do codificador segundo as condicións reais do canle. Por outra banda, as comunicacións sen fíos sofren os efectos nocivos da dispersión do retardo causado pola propagación do multicamiño dos sinais transmitidos. Os actuais estándares de comunicación sen fíos soen empregar unha serie de técnicas de transmisión para combater estes efectos e explotar a ganancia de diversidade que proporciona o canle, como o uso de múltiples antenas tanto no transmisor como no receptor ou dun esquema de modulación ortogonal. A integración da estratexia JSCC e destas técnicas conleva cambios substanciais no esquema inicial –sobre todo no deseño da operación de decodificación– para preservar a baixa complexidade e retardo do modelo de comunicación resultante. Por último, a aplicación desta estratexia en entornos reais tamén conleva ter que afrontar algúns problemas adicionais na práctica que non se atopan nun escenario simulado.

[Abstract] Since Marconi succeeded in carrying out the first wireless transmission in 1894, experimental research has been always linked with wireless communications. Today, most wireless communications research relies only on computer simulations. Although computer simulations are necessary and recommendable for wireless systems evaluation, they only reflect the simulation environment rather than the actual scenarios in which wireless systems operate. Consequently, it is desirable to assess wireless communications systems in real-world scenarios while, at the same time, keeping the required effort within reasonable terms. Among the different strategies suitable for undertaking such assessment, the testbed approach constitutes a simple and flexible enough solution based on the software-defined radio concept in which only the fundamental operations (usually the transmission and the acquisition) are carried out in realtime, while the remaining tasks are implemented off-line in high-level programming languages (e.g. MATLAB) and using floating point operations. The testbed approach leads to a suitable solution in terms of cost, manpower and a priori knowledge, making them affordable for small research groups with scarce resources, as in our case. In this work we introduce the GTEC MIMO testbed, which is just another multiple antenna wireless testbed based on commercial off-the-shelf hardware modules. We complement the hardware equipment with a software architecture designed to ease the utilization of the testbed as well as to simplify the software needed for the measurement process. Making use of the GTEC MIMO testbed we carried out several measurement campaigns in indoor scenarios with the objective of exploring the feasibility of blind estimation techniques of the wireless channel in Alamouti coded systems; assessing state of the art channel codes as the Serially-Concatenated Low Density GeneratorMatrix (SCLDGM); and evaluating analog joint source-channel coding. Thanks to the collaboration with the Institute of Communications and Radio-Frequency Engineering at the Vienna University of Technology, we also assessed mobile communications systems in very realistic, outdoor, urban scenarios making use of the Vienna MIMO Testbed. More specifically, we evaluated the performance of High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA) by measuring the actual throughput of the physical layer downlink and comparing it with the estimated channel capacity as well as with the estimated maximum attainable throughput according to the HSDPA standard.

[Resumen] CDMA (Code División Múltiple Access) es el esquema de acceso múltiple de los sistemas de comunicaciones móviles de banda ancha de tercera generación. Está técnica ha sido elegida porque proporciona una gran eficiencia espectral ly una flexibilidad en la interfaz de radio. No obstante, la capacidad de los sistemas CDMA prácticos está limitada por la interferencia de acceso múltiple. (MAI, Multiple Access Interference), debída a la no-otorgonalidad de los códigos, y la interferencia inter-simbólica (ISI, Inter-Symbol Interference), debida al carácter dispersivos del canal de radio. En este trabajo, se introduce una nueva técnica para la supresión lineal de interferencias que aprovecha las características estadísticas de la señal del usuario deseado teniendo en cuenta el ruido aditivo blanco gaussiano (AWGN, Additive White, Gaussian Noise) en el canal. Utilizando este conocimiento, se aplica el principio de Máxima Verosimilitud (ML, Maximum Likelihood), para estimar los coeficientes del receptor multiusuario lineal que suprime tanto la MAI como la ISI en canales multitrayecto con dispersión temporal. Dado que el receptor ML propuesto aprovecha la caracterización estadística de las señales portadoras de información recibidas, y ésta es la misma tanto para el usuario deseado como para los usuarios interferentes, el receptor puede ser capturado por una interferencia en lugar de por el usuario de interés. Para superar esta limitación se proponen dos posibles aproximaciones. Por una parte, se introduce una técnica semiciega que simultánemanete aprovecha la transmisión de secuencias de entrenamiento y los estadísticos de los símbolos transmitidos desconocidos.