Dry sand as a specialized layer to improve the acoustic insulation between rooms one above another = La arena como capa intermedia especializada para la mejora del aislamiento acústico entre recintos superpuestos

Se comprueba la mejora en el aislamiento acústico entre recintos de la colocación de una capa de arean entre el solado y el forjado

Influencia de la castración y la línea genética paterna sobre el rendimiento productivo y la calidad de la canal y de la carne en cerdos sacrificados a pesos elevados

El objetivo general de esta Tesis Doctoral fue estudiar la influencia del sexo, el método de castración de los machos y la línea genética paterna sobre la productividad y la calidad de la canal y de la carne en cerdos blancos sacrificados a pesos elevados con destino a la industria de los productos curados de calidad. En el experimento 1, se utilizaron 360 cerdos sacrificados a 125 kg de peso vivo (PV) para estudiar la influencia del sexo y la castración [machos inmunocastrados (MI), machos castrados quirúrgicamente (MC) y hembras enteras (HE)] de dos líneas genéticas paternas Large White (Top York y Tempo) sobre los rendimientos productivos y la calidad de la canal y de la carne. La línea materna utilizada fue Large White × Landrace en todos los casos. Los MI se inmunizaron contra el factor de liberación de gonadotropina (GnRF) mediante la utilización de Improvac a los 78 (16 d en prueba) y 126 (64 d en prueba y 48 d antes del sacrificio) d de edad. Cada uno de los 6 tratamientos experimentales fue replicado 6 veces (cuadra con 10 cerdos). Desde el inicio de la prueba hasta el día de la primera inyección con Improvac (62 a 78 d de edad) los MI y las HE crecieron menos (P < 0,001) que los MC sin que se observaran diferencias en el consumo medio diario de pienso (CMD). Los MC tuvieron peor eficiencia alimenticia que las HE con los MI mostrando valores intermedios (P < 0,01). Entre las dos inyecciones de Improvac (78 a 126 d de edad), los MI crecieron y comieron menos que los MC, mostrando las HE valores intermedios (P < 0,001). Los MI fueron más eficientes que las HE y ambos más eficientes que los MC (P < 0,001). Sin embargo, desde la segunda inyección de Improvac hasta el sacrificio (126 a 174 d de edad) los MI crecieron más y fueron más eficientes (P < 0,001) que las HE y los MC. Al final de la prueba, MI y MC crecieron más (P < 0,01) que HE. Asimismo, los MI fueron más eficientes (P < 0,001) pero presentaron menor rendimiento de canal (P < 0,001) que los MC y las HE. Por otro lado, los MI y las HE depositaron menos grasa dorsal que los MC (P < 0,001). Las hembras tuvieron mayor rendimiento de lomo y menos grasa intramuscular que MI y MC (P < 0,01). Asimismo, las HE tuvieron mayor rendimiento de jamón en fresco y perfilado que los MC con los MI mostrando valores intermedios (P < 0,05). Los cerdos híbridos procedentes de machos Tempo crecieron más (P < 0,001) que los procedentes de machos Top York, sin que se encontraran diferencias para el CMD o para la eficiencia alimenticia. Los híbridos de los cruces con Top York tuvieron mejores rendimientos de jamones frescos y perfilados (P < 0,05) pero menor rendimiento de lomo y menos grasa intramuscular que los cruces con Tempo (P < 0,01). En conclusión, los MI presentaron mejor eficiencia alimenticia, pero menor rendimiento de canal que los MC y las HE. El contenido en grasa intramuscular fue similar entre MC y MI y superior para ambos que para las HE. Los cruces procedentes de la línea paterna Tempo crecieron más y tuvieron mayor contenido en grasa intramuscular, pero un rendimiento en jamón perfilado ligeramente inferior al de los cruces procedentes de la línea paterna Top York. Se concluye que la inmunocastración de los machos es una alternativa viable a la castración quirúrgica para la producción de cerdos pesados destinados a la industria de los productos curados. Debido a su mayor potencial de crecimiento y mayor contenido en grasa intramuscular, los híbridos procedentes de la línea paterna Tempo presentan ventajas frente a los híbridos procedentes de la línea paterna Top York cuando se destinan a la industria de productos curados de calidad. En el experimento 2, se utilizaron 240 cerdos para comparar los rendimientos productivos y los parámetros de calidad de la canal de MI, MC y HE destinados a la industria de productos cárnicos curados procedentes del cruce de la línea materna Large White × Landrace con la línea genética paterna Duroc o Pietrain. Entre las 2 inyecciones de Improvac (87 a 137 d de edad), los MI y las HE crecieron menos que los MC (P < 0,01). Asimismo, los MI comieron menos pienso que las HE y ambos menos que los MC (2,33, 2,55 y 2,77 kg/d; respectivamente; P < 0,001). Como resultado, los MI fueron más eficientes que los MC y las HE (P < 0,001). Desde la segunda inyección de Improvac hasta el momento del sacrificio (137 a 164 d de edad), los MI fueron más eficientes que las HE y ambos más que los MC (0,346, 0,323 y 0,300, respectivamente; P < 0,001). Las diferencias observadas en este periodo entre los sexos en cuanto a rendimientos productivos fueron más pronunciadas en los cerdos procedentes de la línea paterna Pietrain que los de la línea Duroc (P < 0,05 para la interacción). En el global de la prueba (87 a 164 d de edad) el sexo no afectó al crecimiento en los cerdos procedentes de la línea paterna Duroc pero en los cerdos procedentes de la línea paterna Pietrain, los MI y los MC crecieron más que las HE (P < 0,05 para la interacción). Asimismo, los MI tuvieron mejor eficiencia alimenticia (0,406, 0,364 y 0,380, P < 0,001) y menor rendimiento de la canal (76,6, 78,1 y 78,8%; P < 0,001) que los MC y las HE. Las canales de las HE fueron más magras que las canales de los MC, con las canales de los MI mostrando valores intermedios (P < 0,01). El rendimiento en jamones y lomos fue mayor para las HE que para los MI y los MC (P < 0,001). El contenido en grasa intramuscular fue menor en las HE que en los MC, con los MI mostrando valores intermedios (3,5 vs. 3,9 y 3,7%; P < 0,05). Por otra parte, los híbridos procedentes de machos Duroc crecieron más rápido (1,167 vs. 0,986 kg/d; P < 0,001), consumieron más pienso (3,07 vs. 2,56 kg/d; P < 0,001) y tuvieron más grasa intramuscular (P < 0,001), pero menor rendimiento en jamones y lomos (P < 0,01) que los híbridos procedentes de machos Pietrain. Se concluye que los MI presentaron mejores productividades pero menores rendimientos de canal que MC y HE. El contenido en grasa intramuscular en el músculo longissimus dorsi fue menor para las HE que para los MC con valores intermedios para los MI. Los cruces procedentes de la genética paterna Duroc crecieron más y tuvieron más grasa intramuscular pero menos rendimiento de jamón que los cerdos procedentes de machos Pietrain. Por tanto, los MI deben ser preferidos a los MC y los cruces con la línea paterna Duroc deben ser preferidos a los cruces con Pietrain para producir canales cuando sus partes nobles están destinadas a la industria de productos cárnicos curados. En base a estos resultados, se concluye que la inmunocastración es una alternativa factible a la castración quirúrgica y que líneas genéticas paternas Tempo y Duroc son mejores para la producción de cerdo blanco pesado que las líneas Top York y Pietrain. Las interacciones entre el sexo y las líneas genéticas paternas estudiadas, sugieren que el resultado final depende en parte de la línea genética paterna utilizada. En cualquier caso, la inmunocastración es una alternativa factible a la castración quirúrgica para la producción de canales destinadas a la industria de los productos cárnicos curados. ABSTRACT The general aim of this PhD Thesis was to study the influence of sex, method of castration, and genetic background of the sire line on growth performance and carcass and meat quality merits of heavy white pigs destined to the dry-cured industry. In experiment 1, 360 pigs slaughtered at 125 kg of body weight were used to study the influence of sex and castration methodology [immunocastrated males (ICM), surgically castrated males (SCM), and intact females (IF)] of 2 terminal Large White sire lines (Top York and Tempo) on growth performance and carcass and meat quality. The female line was Large White × Landrace in all cases. The ICM pigs were immunized against gonadotropin-releasing factor with Improvac at 78 (16 d on trial) and 126 (64 d on trial and 48 d before slaughter) d of age. Each of the 6 treatments was replicated 6 times (10 pigs/pen). From the start of the experiment to the day of the first Improvac injection (62 to 78 d of age), ICM and IF grew slowlier (P < 0.001) than SCM but no differences in feed intake were detected. The SCM pigs had greater gain to feed ratio (G:F) than the IF with the ICM pigs being intermediate (P < 0.01). Between the 2 Improvac injections (78 to 126 d of age), the ICM pigs ate less feed (P < 0.001) and grew slowlier rate than the SCM pigs, with the growth of IF being intermediate. The ICM pigs were more efficient than the IF, and both were more efficient than the SCM pigs (P < 0.001). However, from the second Improvac injection to slaughter (126 to 174 d of age), the ICM pigs grew at a faster rate (P < 0.001) and were more efficient (P < 0.001) than the IF and the SCM pigs. Cumulatively, ICM and SCM pigs grew faster (P < 0.01) than IF and the ICM pigs were more efficient than the other two sexes (P < 0.001). However, the ICM pigs had reduced (P < 0.001) carcass yield compared with SCM and IF. The ICM and IF pigs also had less (P < 0.001) backfat depth than the SCM pigs. Intact females had higher (P < 0.01) loin yield but less intramuscular fat (P < 0.01) than ICM and SCM pigs and higher (P < 0.05) fresh and trimmed ham yields than SCM pigs, with ICM pigs being intermediate. Crossbreds from the Tempo sires grew faster (P < 0.001) than crossbreds from the Top York sires but no differences (P > 0.10) were detected for feed intake or feed efficiency. Crossbreds from the Top York sires had higher (P < 0.05) fresh and trimmed ham yields but less (P < 0.01) loin yield and intramuscular fat content than crossbreds from the Tempo sires. In conclusion, ICM pigs are more efficient, but have less carcass yield than SCM and IF pigs. The intramuscular fat content was lowest for the IF and similar for ICM and SCM pigs. Crossbreds from Tempo sires were heavier and had greater intramuscular fat content, but had less trimmed ham yield as compared with crossbreds from the Top York sires. Immunocastrated pigs can replace SCM pigs for the production of heavy pigs destined for the dry-cured industry. Because of increased carcass weight and the higher intramuscular content, crossbreds from Tempo sires may have an advantage over crossbreds from Top York sires for the dry-cured industry. In experiment 2, a total of 240 pigs were used to compare growth performance and carcass quality traits of immunocastrated males, surgically castrated males, and intact females of crossbreds from Large White × Landrace females and Duroc or Pietrain sires destined to the dry-cured industry. Between the 2 Improvac injections (87 and 137 d of age), ICM and IF pigs had lower average daily gain (ADG) than SCM pigs (P < 0.01). Also, ICM pigs ate less feed than IF and both type of pigs ate less than SCM pigs (2.33, 2.55, and 2.77 kg/d; P < 0.001). Consequently, ICM pigs had better G:F than SCM and IF (P < 0.001). From the second Improvac injection to slaughter (137 to 164 d of age), ICM pigs were more efficient than IF and both were more efficient than SCM pigs (0.346, 0.323, and 0.300 g/g; P < 0.001). The differences in growth performance among genders observed in this period were more pronounced for the Pietrain than for the Duroc crossbreds (P < 0.05 for the interaction). For the entire experimental period (87 to 164 d of age), gender did not affect ADG for Duroc crossbreds but for Pietrain crossbreds ICM and SCM had higher ADG than IF (P < 0.05 for the interaction). The ICM pigs had better feed efficiency (0.406, 0.364, and 0.380; g/g; P < 0.001) and lower carcass yield (76.6, 78.1, and 78.8%; P < 0.001) than SCM or IF. Carcasses from IF were leaner than carcasses from SCM with carcasses from ICM being intermediate (P < 0.01). Ham and loin (P < 0.001) yields were higher for IF than for ICM or SCM pigs. Intramuscular fat content was lower for IF than for SCM pigs with that of ICM pigs being intermediate (3.5 vs. 3.9 and 3.7%; P < 0.05). Cumulatively, crossbreds from Duroc sires had higher ADG (1.167 vs. 0.986 kg/d; P < 0.001) and average daily feed intake (3.07 vs. 2.56 kg/d; P < 0.001) and more intramuscular fat (P < 0.001) but less ham and loin yields (P < 0.01) than crossbreds from Pietrain sires. It is concluded that growth performance was better, but carcass yield lower, for ICM pigs than for SCM and IF. Intramuscular fat content in longissimus dorsi muscle was lower for IF than for SCM pigs with ICM pigs being intermediate. Crossbreds from Duroc sires grew faster and had more intramuscular fat but less ham yield than crossbreds from Pietrain sires. Therefore, ICM pigs should be preferred to SCM pigs, and Duroc crossbreds should be preferred to Pietrain crossbreds to produce carcasses destined to the production of primal cuts for the dry-cured industry. We conclude that immunocastration might be a sound alternative to surgical castration in pigs and that Tempo and Duroc might be better for the production of heavy pigs than Top York and Pietrain. The interactions reported between sex and genetic sire line, suggested that the benefits of immunocastration as an alternative to surgical castration might depend at least part on the sire line used. In any case, immunocastration is a good alternative to surgical castration for the production of carcasses destined to the dry-cured industry.

Contribución a la caracterización espacial de canales con sistemas MIMO-OFDM en la banda de 2,45 Ghz

La tecnología de múltiples antenas ha evolucionado para dar soporte a los actuales y futuros sistemas de comunicaciones inalámbricas en su afán por proporcionar la calidad de señal y las altas tasas de transmisión que demandan los nuevos servicios de voz, datos y multimedia. Sin embargo, es fundamental comprender las características espaciales del canal radio, ya que son las características del propio canal lo que limita en gran medida las prestaciones de los sistemas de comunicación actuales. Por ello surge la necesidad de estudiar la estructura espacial del canal de propagación para poder diseñar, evaluar e implementar de forma más eficiente tecnologías multiantena en los actuales y futuros sistemas de comunicación inalámbrica. Las tecnologías multiantena denominadas antenas inteligentes y MIMO han generado un gran interés en el área de comunicaciones inalámbricas, por ejemplo los sistemas de telefonía celular o más recientemente en las redes WLAN (Wireless Local Area Network), principalmente por la mejora que proporcionan en la calidad de las señales y en la tasa de transmisión de datos, respectivamente. Las ventajas de estas tecnologías se fundamentan en el uso de la dimensión espacial para obtener ganancia por diversidad espacial, como ya sucediera con las tecnologías FDMA (Frequency Division Multiplexing Access), TDMA (Time Division Multiplexing Access) y CDMA (Code Division Multiplexing Access) para obtener diversidad en las dimensiones de frecuencia, tiempo y código, respectivamente. Esta Tesis se centra en estudiar las características espaciales del canal con sistemas de múltiples antenas mediante la estimación de los perfiles de ángulos de llegada (DoA, Direction-of- Arrival) considerando esquemas de diversidad en espacio, polarización y frecuencia. Como primer paso se realiza una revisión de los sistemas con antenas inteligentes y los sistemas MIMO, describiendo con detalle la base matemática que sustenta las prestaciones ofrecidas por estos sistemas. Posteriormente se aportan distintos estudios sobre la estimación de los perfiles de DoA de canales radio con sistemas multiantena evaluando distintos aspectos de antenas, algoritmos de estimación, esquemas de polarización, campo lejano y campo cercano de las fuentes. Así mismo, se presenta un prototipo de medida MIMO-OFDM-SPAA3D en la banda ISM (Industrial, Scientific and Medical) de 2,45 Ghz, el cual está preparado para caracterizar experimentalmente el rendimiento de los sistemas MIMO, y para caracterizar espacialmente canales de propagación, considerando los esquemas de diversidad espacial, por polarización y frecuencia. Los estudios aportados se describen a continuación. Los sistemas de antenas inteligentes dependen en gran medida de la posición de los usuarios. Estos sistemas están equipados con arrays de antenas, los cuales aportan la diversidad espacial necesaria para obtener una representación espacial fidedigna del canal radio a través de los perfiles de DoA (DoA, Direction-of-Arrival) y por tanto, la posición de las fuentes de señal. Sin embargo, los errores de fabricación de arrays así como ciertos parámetros de señal conlleva un efecto negativo en las prestaciones de estos sistemas. Por ello se plantea un modelo de señal parametrizado que permite estudiar la influencia que tienen estos factores sobre los errores de estimación de DoA, tanto en acimut como en elevación, utilizando los algoritmos de estimación de DOA más conocidos en la literatura. A partir de las curvas de error, se pueden obtener parámetros de diseño para sistemas de localización basados en arrays. En un segundo estudio se evalúan esquemas de diversidad por polarización con los sistemas multiantena para mejorar la estimación de los perfiles de DoA en canales que presentan pérdidas por despolarización. Para ello se desarrolla un modelo de señal en array con sensibilidad de polarización que toma en cuenta el campo electromagnético de ondas planas. Se realizan simulaciones MC del modelo para estudiar el efecto de la orientación de la polarización como el número de polarizaciones usadas en el transmisor como en el receptor sobre la precisión en la estimación de los perfiles de DoA observados en el receptor. Además, se presentan los perfiles DoA obtenidos en escenarios quasiestáticos de interior con un prototipo de medida MIMO 4x4 de banda estrecha en la banda de 2,45 GHz, los cuales muestran gran fidelidad con el escenario real. Para la obtención de los perfiles DoA se propone un método basado en arrays virtuales, validado con los datos de simulación y los datos experimentales. Con relación a la localización 3D de fuentes en campo cercano (zona de Fresnel), se presenta un tercer estudio para obtener con gran exactitud la estructura espacial del canal de propagación en entornos de interior controlados (en cámara anecóica) utilizando arrays virtuales. El estudio analiza la influencia del tamaño del array y el diagrama de radiación en la estimación de los parámetros de localización proponiendo, para ello, un modelo de señal basado en un vector de enfoque de onda esférico (SWSV). Al aumentar el número de antenas del array se consigue reducir el error RMS de estimación y mejorar sustancialmente la representación espacial del canal. La estimación de los parámetros de localización se lleva a cabo con un nuevo método de búsqueda multinivel adaptativo, propuesto con el fin de reducir drásticamente el tiempo de procesado que demandan otros algoritmos multivariable basados en subespacios, como el MUSIC, a costa de incrementar los requisitos de memoria. Las simulaciones del modelo arrojan resultados que son validados con resultados experimentales y comparados con el límite de Cramer Rao en términos del error cuadrático medio. La compensación del diagrama de radiación acerca sustancialmente la exactitud de estimación de la distancia al límite de Cramer Rao. Finalmente, es igual de importante la evaluación teórica como experimental de las prestaciones de los sistemas MIMO-OFDM. Por ello, se presenta el diseño e implementación de un prototipo de medida MIMO-OFDM-SPAA3D autocalibrado con sistema de posicionamiento de antena automático en la banda de 2,45 Ghz con capacidad para evaluar la capacidad de los sistemas MIMO. Además, tiene la capacidad de caracterizar espacialmente canales MIMO, incorporando para ello una etapa de autocalibración para medir la respuesta en frecuencia de los transmisores y receptores de RF, y así poder caracterizar la respuesta de fase del canal con mayor precisión. Este sistema incorpora un posicionador de antena automático 3D (SPAA3D) basado en un scanner con 3 brazos mecánicos sobre los que se desplaza un posicionador de antena de forma independiente, controlado desde un PC. Este posicionador permite obtener una gran cantidad de mediciones del canal en regiones locales, lo cual favorece la caracterización estadística de los parámetros del sistema MIMO. Con este prototipo se realizan varias campañas de medida para evaluar el canal MIMO en términos de capacidad comparando 2 esquemas de polarización y tomando en cuenta la diversidad en frecuencia aportada por la modulación OFDM en distintos escenarios. ABSTRACT Multiple-antennas technologies have been evolved to be the support of the actual and future wireless communication systems in its way to provide the high quality and high data rates required by new data, voice and data services. However, it is important to understand the behavior of the spatial characteristics of the radio channel, since the channel by itself limits the performance of the actual wireless communications systems. This drawback raises the need to understand the spatial structure of the propagation channel in order to design, assess, and develop more efficient multiantenna technologies for the actual and future wireless communications systems. Multiantenna technologies such as ‘Smart Antennas’ and MIMO systems have generated great interest in the field of wireless communications, i.e. cellular communications systems and more recently WLAN (Wireless Local Area Networks), mainly because the higher quality and the high data rate they are able to provide. Their technological benefits are based on the exploitation of the spatial diversity provided by the use of multiple antennas as happened in the past with some multiaccess technologies such as FDMA (Frequency Division Multiplexing Access), TDMA (Time Division Multiplexing Access), and CDMA (Code Division Multiplexing Access), which give diversity in the domains of frequency, time and code, respectively. This Thesis is mainly focus to study the spatial channel characteristics using schemes of multiple antennas considering several diversity schemes such as space, polarization, and frequency. The spatial characteristics will be study in terms of the direction-of-arrival profiles viewed at the receiver side of the radio link. The first step is to do a review of the smart antennas and MIMO systems technologies highlighting their advantages and drawbacks from a mathematical point of view. In the second step, a set of studies concerning the spatial characterization of the radio channel through the DoA profiles are addressed. The performance of several DoA estimation methods is assessed considering several aspects regarding antenna array structure, polarization diversity, and far-field and near-field conditions. Most of the results of these studies come from simulations of data models and measurements with real multiantena prototypes. In the same way, having understand the importance of validate the theoretical data models with experimental results, a 2,4 GHz MIMO-OFDM-SPAA2D prototype is presented. This prototype is intended for evaluating MIMO-OFDM capacity in indoor and outdoor scenarios, characterize the spatial structure of radio channels, assess several diversity schemes such as polarization, space, and frequency diversity, among others aspects. The studies reported are briefly described below. As is stated in Chapter two, the determination of user position is a fundamental task to be resolved for the smart antenna systems. As these systems are equipped with antenna arrays, they can provide the enough spatial diversity to accurately draw the spatial characterization of the radio channel through the DoA profiles, and therefore the source location. However, certain real implementation factors related to antenna errors, signals, and receivers will certainly reduce the performance of such direction finding systems. In that sense, a parameterized narrowband signal model is proposed to evaluate the influence of these factors in the location parameter estimation through extensive MC simulations. The results obtained from several DoA algorithms may be useful to extract some parameter design for directing finding systems based on arrays. The second study goes through the importance that polarization schemes can have for estimating far-field DoA profiles in radio channels, particularly for scenarios that may introduce polarization losses. For this purpose, a narrowband signal model with polarization sensibility is developed to conduct an analysis of several polarization schemes at transmitter (TX) and receiver (RX) through extensive MC simulations. In addition, spatial characterization of quasistatic indoor scenarios is also carried out using a 2.45 GHz MIMO prototype equipped with single and dual-polarized antennas. A good agreement between the measured DoA profiles with the propagation scenario is achieved. The theoretical and experimental evaluation of polarization schemes is performed using virtual arrays. In that case, a DoA estimation method is proposed based on adding an phase reference to properly track the DoA, which shows good results. In the third study, the special case of near-field source localization with virtual arrays is addressed. Most of DoA estimation algorithms are focused in far-field source localization where the radiated wavefronts are assume to be planar waves at the receive array. However, when source are located close to the array, the assumption of plane waves is no longer valid as the wavefronts exhibit a spherical behavior along the array. Thus, a faster and effective method of azimuth, elevation angles-of-arrival, and range estimation for near-field sources is proposed. The efficacy of the proposed method is evaluated with simulation and validated with measurements collected from a measurement campaign carried out in a controlled propagation environment, i.e. anechoic chamber. Moreover, the performance of the method is assessed in terms of the RMSE for several array sizes, several source positions, and taking into account the effect of radiation pattern. In general, better results are obtained with larger array and larger source distances. The effect of the antennas is included in the data model leading to more accurate results, particularly for range rather than for angle estimation. Moreover, a new multivariable searching method based on the MUSIC algorithm, called MUSA (multilevel MUSIC-based algorithm), is presented. This method is proposed to estimate the 3D location parameters in a faster way than other multivariable algorithms, such as MUSIC algorithm, at the cost of increasing the memory size. Finally, in the last chapter, a MIMO-OFDM-SPAA3D prototype is presented to experimentally evaluate different MIMO schemes regarding antennas, polarization, and frequency in different indoor and outdoor scenarios. The prototype has been developed on a Software-Defined Radio (SDR) platform. It allows taking measurements where future wireless systems will be developed. The novelty of this prototype is concerning the following 2 subsystems. The first one is the tridimensional (3D) antenna positioning system (SPAA3D) based on three linear scanners which is developed for making automatic testing possible reducing errors of the antenna array positioning. A set of software has been developed for research works such as MIMO channel characterization, MIMO capacity, OFDM synchronization, and so on. The second subsystem is the RF autocalibration module at the TX and RX. This subsystem allows to properly tracking the spatial structure of indoor and outdoor channels in terms of DoA profiles. Some results are draw regarding performance of MIMO-OFDM systems with different polarization schemes and different propagation environments.

Método experimental para la caracterización de las diferentes tecnologías de integración arquitectónica de la energía fotovoltaica en condiciones de funcionamiento real = Experimental method for characterization of several building integrated photovoltaic technologies under real working conditions

Hoy en día, el proceso de un proyecto sostenible persigue realizar edificios de elevadas prestaciones que son, energéticamente eficientes, saludables y económicamente viables utilizando sabiamente recursos renovables para minimizar el impacto sobre el medio ambiente reduciendo, en lo posible, la demanda de energía, lo que se ha convertido, en la última década, en una prioridad. La Directiva 2002/91/CE "Eficiencia Energética de los Edificios" (y actualizaciones posteriores) ha establecido el marco regulatorio general para el cálculo de los requerimientos energéticos mínimos. Desde esa fecha, el objetivo de cumplir con las nuevas directivas y protocolos ha conducido las políticas energéticas de los distintos países en la misma dirección, centrándose en la necesidad de aumentar la eficiencia energética en los edificios, la adopción de medidas para reducir el consumo, y el fomento de la generación de energía a través de fuentes renovables. Los edificios de energía nula o casi nula (ZEB, Zero Energy Buildings ó NZEB, Net Zero Energy Buildings) deberán convertirse en un estándar de la construcción en Europa y con el fin de equilibrar el consumo de energía, además de reducirlo al mínimo, los edificios necesariamente deberán ser autoproductores de energía. Por esta razón, la envolvente del edifico y en particular las fachadas son importantes para el logro de estos objetivos y la tecnología fotovoltaica puede tener un papel preponderante en este reto. Para promover el uso de la tecnología fotovoltaica, diferentes programas de investigación internacionales fomentan y apoyan soluciones para favorecer la integración completa de éstos sistemas como elementos arquitectónicos y constructivos, los sistemas BIPV (Building Integrated Photovoltaic), sobre todo considerando el próximo futuro hacia edificios NZEB. Se ha constatado en este estudio que todavía hay una falta de información útil disponible sobre los sistemas BIPV, a pesar de que el mercado ofrece una interesante gama de soluciones, en algunos aspectos comparables a los sistemas tradicionales de construcción. Pero por el momento, la falta estandarización y de una regulación armonizada, además de la falta de información en las hojas de datos técnicos (todavía no comparables con las mismas que están disponibles para los materiales de construcción), hacen difícil evaluar adecuadamente la conveniencia y factibilidad de utilizar los componentes BIPV como parte integrante de la envolvente del edificio. Organizaciones internacionales están trabajando para establecer las normas adecuadas y procedimientos de prueba y ensayo para comprobar la seguridad, viabilidad y fiabilidad estos sistemas. Sin embargo, hoy en día, no hay reglas específicas para la evaluación y caracterización completa de un componente fotovoltaico de integración arquitectónica de acuerdo con el Reglamento Europeo de Productos de la Construcción, CPR 305/2011. Los productos BIPV, como elementos de construcción, deben cumplir con diferentes aspectos prácticos como resistencia mecánica y la estabilidad; integridad estructural; seguridad de utilización; protección contra el clima (lluvia, nieve, viento, granizo), el fuego y el ruido, aspectos que se han convertido en requisitos esenciales, en la perspectiva de obtener productos ambientalmente sostenibles, saludables, eficientes energéticamente y económicamente asequibles. Por lo tanto, el módulo / sistema BIPV se convierte en una parte multifuncional del edificio no sólo para ser física y técnicamente "integrado", además de ser una oportunidad innovadora del diseño. Las normas IEC, de uso común en Europa para certificar módulos fotovoltaicos -IEC 61215 e IEC 61646 cualificación de diseño y homologación del tipo para módulos fotovoltaicos de uso terrestre, respectivamente para módulos fotovoltaicos de silicio cristalino y de lámina delgada- atestan únicamente la potencia del módulo fotovoltaico y dan fe de su fiabilidad por un período de tiempo definido, certificando una disminución de potencia dentro de unos límites. Existe también un estándar, en parte en desarrollo, el IEC 61853 (“Ensayos de rendimiento de módulos fotovoltaicos y evaluación energética") cuyo objetivo es la búsqueda de procedimientos y metodologías de prueba apropiados para calcular el rendimiento energético de los módulos fotovoltaicos en diferentes condiciones climáticas. Sin embargo, no existen ensayos normalizados en las condiciones específicas de la instalación (p. ej. sistemas BIPV de fachada). Eso significa que es imposible conocer las efectivas prestaciones de estos sistemas y las condiciones ambientales que se generan en el interior del edificio. La potencia nominal de pico Wp, de un módulo fotovoltaico identifica la máxima potencia eléctrica que éste puede generar bajo condiciones estándares de medida (STC: irradición 1000 W/m2, 25 °C de temperatura del módulo y distribución espectral, AM 1,5) caracterizando eléctricamente el módulo PV en condiciones específicas con el fin de poder comparar los diferentes módulos y tecnologías. El vatio pico (Wp por su abreviatura en inglés) es la medida de la potencia nominal del módulo PV y no es suficiente para evaluar el comportamiento y producción del panel en términos de vatios hora en las diferentes condiciones de operación, y tampoco permite predecir con convicción la eficiencia y el comportamiento energético de un determinado módulo en condiciones ambientales y de instalación reales. Un adecuado elemento de integración arquitectónica de fachada, por ejemplo, debería tener en cuenta propiedades térmicas y de aislamiento, factores como la transparencia para permitir ganancias solares o un buen control solar si es necesario, aspectos vinculados y dependientes en gran medida de las condiciones climáticas y del nivel de confort requerido en el edificio, lo que implica una necesidad de adaptación a cada contexto específico para obtener el mejor resultado. Sin embargo, la influencia en condiciones reales de operación de las diferentes soluciones fotovoltaicas de integración, en el consumo de energía del edificio no es fácil de evaluar. Los aspectos térmicos del interior del ambiente o de iluminación, al utilizar módulos BIPV semitransparentes por ejemplo, son aún desconocidos. Como se dijo antes, la utilización de componentes de integración arquitectónica fotovoltaicos y el uso de energía renovable ya es un hecho para producir energía limpia, pero también sería importante conocer su posible contribución para mejorar el confort y la salud de los ocupantes del edificio. Aspectos como el confort, la protección o transmisión de luz natural, el aislamiento térmico, el consumo energético o la generación de energía son aspectos que suelen considerarse independientemente, mientras que todos juntos contribuyen, sin embargo, al balance energético global del edificio. Además, la necesidad de dar prioridad a una orientación determinada del edificio, para alcanzar el mayor beneficio de la producción de energía eléctrica o térmica, en el caso de sistemas activos y pasivos, respectivamente, podría hacer estos últimos incompatibles, pero no necesariamente. Se necesita un enfoque holístico que permita arquitectos e ingenieros implementar sistemas tecnológicos que trabajen en sinergia. Se ha planteado por ello un nuevo concepto: "C-BIPV, elemento fotovoltaico consciente integrado", esto significa necesariamente conocer los efectos positivos o negativos (en términos de confort y de energía) en condiciones reales de funcionamiento e instalación. Propósito de la tesis, método y resultados Los sistemas fotovoltaicos integrados en fachada son a menudo soluciones de vidrio fácilmente integrables, ya que por lo general están hechos a medida. Estos componentes BIPV semitransparentes, integrados en el cerramiento proporcionan iluminación natural y también sombra, lo que evita el sobrecalentamiento en los momentos de excesivo calor, aunque como componente estático, asimismo evitan las posibles contribuciones pasivas de ganancias solares en los meses fríos. Además, la temperatura del módulo varía considerablemente en ciertas circunstancias influenciada por la tecnología fotovoltaica instalada, la radiación solar, el sistema de montaje, la tipología de instalación, falta de ventilación, etc. Este factor, puede suponer un aumento adicional de la carga térmica en el edificio, altamente variable y difícil de cuantificar. Se necesitan, en relación con esto, más conocimientos sobre el confort ambiental interior en los edificios que utilizan tecnologías fotovoltaicas integradas, para abrir de ese modo, una nueva perspectiva de la investigación. Con este fin, se ha diseñado, proyectado y construido una instalación de pruebas al aire libre, el BIPV Env-lab "BIPV Test Laboratory", para la caracterización integral de los diferentes módulos semitransparentes BIPV. Se han definido también el método y el protocolo de ensayos de caracterización en el contexto de un edificio y en condiciones climáticas y de funcionamiento reales. Esto ha sido posible una vez evaluado el estado de la técnica y la investigación, los aspectos que influyen en la integración arquitectónica y los diferentes tipos de integración, después de haber examinado los métodos de ensayo para los componentes de construcción y fotovoltaicos, en condiciones de operación utilizadas hasta ahora. El laboratorio de pruebas experimentales, que consiste en dos habitaciones idénticas a escala real, 1:1, ha sido equipado con sensores y todos los sistemas de monitorización gracias a los cuales es posible obtener datos fiables para evaluar las prestaciones térmicas, de iluminación y el rendimiento eléctrico de los módulos fotovoltaicos. Este laboratorio permite el estudio de tres diferentes aspectos que influencian el confort y consumo de energía del edificio: el confort térmico, lumínico, y el rendimiento energético global (demanda/producción de energía) de los módulos BIPV. Conociendo el balance de energía para cada tecnología solar fotovoltaica experimentada, es posible determinar cuál funciona mejor en cada caso específico. Se ha propuesto una metodología teórica para la evaluación de estos parámetros, definidos en esta tesis como índices o indicadores que consideran cuestiones relacionados con el bienestar, la energía y el rendimiento energético global de los componentes BIPV. Esta metodología considera y tiene en cuenta las normas reglamentarias y estándares existentes para cada aspecto, relacionándolos entre sí. Diferentes módulos BIPV de doble vidrio aislante, semitransparentes, representativos de diferentes tecnologías fotovoltaicas (tecnología de silicio monocristalino, m-Si; de capa fina en silicio amorfo unión simple, a-Si y de capa fina en diseleniuro de cobre e indio, CIS) fueron seleccionados para llevar a cabo una serie de pruebas experimentales al objeto de demostrar la validez del método de caracterización propuesto. Como resultado final, se ha desarrollado y generado el Diagrama Caracterización Integral DCI, un sistema gráfico y visual para representar los resultados y gestionar la información, una herramienta operativa útil para la toma de decisiones con respecto a las instalaciones fotovoltaicas. Este diagrama muestra todos los conceptos y parámetros estudiados en relación con los demás y ofrece visualmente toda la información cualitativa y cuantitativa sobre la eficiencia energética de los componentes BIPV, por caracterizarlos de manera integral. ABSTRACT A sustainable design process today is intended to produce high-performance buildings that are energy-efficient, healthy and economically feasible, by wisely using renewable resources to minimize the impact on the environment and to reduce, as much as possible, the energy demand. In the last decade, the reduction of energy needs in buildings has become a top priority. The Directive 2002/91/EC “Energy Performance of Buildings” (and its subsequent updates) established a general regulatory framework’s methodology for calculation of minimum energy requirements. Since then, the aim of fulfilling new directives and protocols has led the energy policies in several countries in a similar direction that is, focusing on the need of increasing energy efficiency in buildings, taking measures to reduce energy consumption, and fostering the use of renewable sources. Zero Energy Buildings or Net Zero Energy Buildings will become a standard in the European building industry and in order to balance energy consumption, buildings, in addition to reduce the end-use consumption should necessarily become selfenergy producers. For this reason, the façade system plays an important role for achieving these energy and environmental goals and Photovoltaic can play a leading role in this challenge. To promote the use of photovoltaic technology in buildings, international research programs encourage and support solutions, which favors the complete integration of photovoltaic devices as an architectural element, the so-called BIPV (Building Integrated Photovoltaic), furthermore facing to next future towards net-zero energy buildings. Therefore, the BIPV module/system becomes a multifunctional building layer, not only physically and functionally “integrated” in the building, but also used as an innovative chance for the building envelope design. It has been found in this study that there is still a lack of useful information about BIPV for architects and designers even though the market is providing more and more interesting solutions, sometimes comparable to the existing traditional building systems. However at the moment, the lack of an harmonized regulation and standardization besides to the non-accuracy in the technical BIPV datasheets (not yet comparable with the same ones available for building materials), makes difficult for a designer to properly evaluate the fesibility of this BIPV components when used as a technological system of the building skin. International organizations are working to establish the most suitable standards and test procedures to check the safety, feasibility and reliability of BIPV systems. Anyway, nowadays, there are no specific rules for a complete characterization and evaluation of a BIPV component according to the European Construction Product Regulation, CPR 305/2011. BIPV products, as building components, must comply with different practical aspects such as mechanical resistance and stability; structural integrity; safety in use; protection against weather (rain, snow, wind, hail); fire and noise: aspects that have become essential requirements in the perspective of more and more environmentally sustainable, healthy, energy efficient and economically affordable products. IEC standards, commonly used in Europe to certify PV modules (IEC 61215 and IEC 61646 respectively crystalline and thin-film ‘Terrestrial PV Modules-Design Qualification and Type Approval’), attest the feasibility and reliability of PV modules for a defined period of time with a limited power decrease. There is also a standard (IEC 61853, ‘Performance Testing and Energy Rating of Terrestrial PV Modules’) still under preparation, whose aim is finding appropriate test procedures and methodologies to calculate the energy yield of PV modules under different climate conditions. Furthermore, the lack of tests in specific conditions of installation (e.g. façade BIPV devices) means that it is difficult knowing the exact effective performance of these systems and the environmental conditions in which the building will operate. The nominal PV power at Standard Test Conditions, STC (1.000 W/m2, 25 °C temperature and AM 1.5) is usually measured in indoor laboratories, and it characterizes the PV module at specific conditions in order to be able to compare different modules and technologies on a first step. The “Watt-peak” is not enough to evaluate the panel performance in terms of Watt-hours of various modules under different operating conditions, and it gives no assurance of being able to predict the energy performance of a certain module at given environmental conditions. A proper BIPV element for façade should take into account thermal and insulation properties, factors as transparency to allow solar gains if possible or a good solar control if necessary, aspects that are linked and high dependent on climate conditions and on the level of comfort to be reached. However, the influence of different façade integrated photovoltaic solutions on the building energy consumption is not easy to assess under real operating conditions. Thermal aspects, indoor temperatures or luminance level that can be expected using building integrated PV (BIPV) modules are not well known. As said before, integrated photovoltaic BIPV components and the use of renewable energy is already a standard for green energy production, but would also be important to know the possible contribution to improve the comfort and health of building occupants. Comfort, light transmission or protection, thermal insulation or thermal/electricity power production are aspects that are usually considered alone, while all together contribute to the building global energy balance. Besides, the need to prioritize a particular building envelope orientation to harvest the most benefit from the electrical or thermal energy production, in the case of active and passive systems respectively might be not compatible, but also not necessary. A holistic approach is needed to enable architects and engineers implementing technological systems working in synergy. A new concept have been suggested: “C-BIPV, conscious integrated BIPV”. BIPV systems have to be “consciously integrated” which means that it is essential to know the positive and negative effects in terms of comfort and energy under real operating conditions. Purpose of the work, method and results The façade-integrated photovoltaic systems are often glass solutions easily integrable, as they usually are custommade. These BIPV semi-transparent components integrated as a window element provides natural lighting and shade that prevents overheating at times of excessive heat, but as static component, likewise avoid the possible solar gains contributions in the cold months. In addition, the temperature of the module varies considerably in certain circumstances influenced by the PV technology installed, solar radiation, mounting system, lack of ventilation, etc. This factor may result in additional heat input in the building highly variable and difficult to quantify. In addition, further insights into the indoor environmental comfort in buildings using integrated photovoltaic technologies are needed to open up thereby, a new research perspective. This research aims to study their behaviour through a series of experiments in order to define the real influence on comfort aspects and on global energy building consumption, as well as, electrical and thermal characteristics of these devices. The final objective was to analyze a whole set of issues that influence the global energy consumption/production in a building using BIPV modules by quantifying the global energy balance and the BIPV system real performances. Other qualitative issues to be studied were comfort aspect (thermal and lighting aspects) and the electrical behaviour of different BIPV technologies for vertical integration, aspects that influence both energy consumption and electricity production. Thus, it will be possible to obtain a comprehensive global characterization of BIPV systems. A specific design of an outdoor test facility, the BIPV Env-lab “BIPV Test Laboratory”, for the integral characterization of different BIPV semi-transparent modules was developed and built. The method and test protocol for the BIPV characterization was also defined in a real building context and weather conditions. This has been possible once assessed the state of the art and research, the aspects that influence the architectural integration and the different possibilities and types of integration for PV and after having examined the test methods for building and photovoltaic components, under operation conditions heretofore used. The test laboratory that consists in two equivalent test rooms (1:1) has a monitoring system in which reliable data of thermal, daylighting and electrical performances can be obtained for the evaluation of PV modules. The experimental set-up facility (testing room) allows studying three different aspects that affect building energy consumption and comfort issues: the thermal indoor comfort, the lighting comfort and the energy performance of BIPV modules tested under real environmental conditions. Knowing the energy balance for each experimented solar technology, it is possible to determine which one performs best. A theoretical methodology has been proposed for evaluating these parameters, as defined in this thesis as indices or indicators, which regard comfort issues, energy and the overall performance of BIPV components. This methodology considers the existing regulatory standards for each aspect, relating them to one another. A set of insulated glass BIPV modules see-through and light-through, representative of different PV technologies (mono-crystalline silicon technology, mc-Si, amorphous silicon thin film single junction, a-Si and copper indium selenide thin film technology CIS) were selected for a series of experimental tests in order to demonstrate the validity of the proposed characterization method. As result, it has been developed and generated the ICD Integral Characterization Diagram, a graphic and visual system to represent the results and manage information, a useful operational tool for decision-making regarding to photovoltaic installations. This diagram shows all concepts and parameters studied in relation to each other and visually provides access to all the results obtained during the experimental phase to make available all the qualitative and quantitative information on the energy performance of the BIPV components by characterizing them in a comprehensive way.