Luca Sanguinetti Luogo di nascita: Empoli (FI) - Dipartimento di ...

CURRICULUM VITAE
DATI ANAGRAFICI
Nome e cognome: Luca Sanguinetti
Luogo di nascita: Empoli (FI)
Data di nascita: 19 Febbraio 1977
Cittadinanza: Italiana
Residenza: Via Mossotti n. 8 - 56100 Pisa (PI)
Telefono: 347-6757004
Stato civile: Celibe
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STUDI FREQUENTATI E ITER PROFESSIONALE
1. Licenza di scuola media superiore: Maturità Scientifica conseguita presso il Liceo
Scientifico G. Carducci di Piombino (LI) il 30/07/96 con la votazione di 60/60.
2. Laurea: Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni - conseguita presso la Facoltà
d’Ingegneria dell’Università di Pisa il 18/06/2002 con la votazione di 110/110 con Lode.
Titolo Tesi di Laurea: “Problemi di rivelazione del segnale in sistemi OFDM”.
Relatori: Prof. U. Mengali (Università di Pisa) e Prof. M. Morelli (Università di
Pisa).
3. Abilitazione Professionale: Diploma di abilitazione alla professione di Ingegnere
conseguito nel Marzo 2003.
4. Vincitore di concorso per una borsa di Dottorato di Ricerca in Ingegneria
dell'Informazione nel Gennaio 2003.
5. Dottorato: Dottorato di Ricerca in Ingegneria dell'Informazione (XVIII ciclo) frequentato
presso l’Universitàdi Pisa nel periodo Gennaio 2003 - Dicembre 2005. Titolo conseguito il
22 Maggio 2006.
Titolo della dissertazione finale di Dottorato: "Pre-Filtering in MC-CDMA Downlink
Transmissions”.
Tutori dell’attività di Dottorato di Ricerca: Prof. U. Mengali (Università di Pisa) e
Prof. M. Morelli (Università di Pisa).
6. Formazione all’estero: periodo di 6 mesi dal Gennaio 2004 al Giugno 2004 presso il
German Aerospace Center (DLR) con sede a Monaco (Germania), riferimento Dr. Stefan
Kaiser. L’attività di ricerca si è concentrata su tematiche relative al Progetto Europeo
“Broadband VHF”. Nel corso dell’attività si sono maturate competenze nel settore dei
sistemi di comunicazione di quarta generazione.
7. Stage nel Luglio 2003, 2004 e 2005 presso la Scuola Estiva di Ingegneria dell'Informazione
diretta dal Prof. Silvano Populin a Bressanone.
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8. Contratto di supporto alla didattica per l’insegnamento di “Trasmissione Numerica ” (II
Parte – Sistemi di Telecomunicazioni) per il Corso di Laurea di Ingegneria delle
Telecomunicazioni presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università di Pisa (Anno Accademico
2005/2006).
9. Vincitore per un posto da Ricercatore in Formazione presso il Dipartimento di Ingegneria
dell’Informazione: Elettronica, Informatica e Telecomunicazioni dell’Università di Pisa
bandito con D.R. N. 01/16372 del 6.10.2006 affisso all’albo ufficiale in data 9.10.2006 e con
il seguente programma di ricerca: “ Analisi e Progetto dello Strato Fisico dei Sistemi di
Comunicazione di IV Generazione”.
10. Formazione all’estero: periodo di 12 mesi dal Giugno 2007 al Giugno 2008 presso
Department of Electrical Engineering, Princeton University, New Jersey, USA (riferimento
Prof. Harold V. Poor).
11. Ciclo di lezioni per un totale di 15 ore nell’ambito delle attività formative dell’anno
2009 per il Dottorato di Ricerca in Ingegneria dell’Informazione sul seguente tema: ‘Multipe
Antenna Wireless Communication Systems’.
ATTIVITÀ DIDATTICA
ED INCARICHI IN AMBITO UNIVERSITARIO
1. Membro della commissione d’esame di Trasmissione Numerica del corso di Laurea in
Ingegneria delle Telecomunicazioni, presso l’Università di Pisa negli Anni Accademici
2003/2004, 2004/2005 e 2005/2006.
2. Nominato cultore della materia per l'insegnamento "Trasmissione Numerica" negli Anni
Accademici 2003/2004, 2004/2005 e 2005/2006.
3. Corso di Trasmissione Numerica (II Parte – Sistemi di Telecomunicazioni) per il Corso di
Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni presso l’Università di Pisa nell’Anno
Accademico 2005/2006.
4. Coautore con il Prof. F. Giannetti, l’Ing. F. Lombardini e l’Ing. M. Moretti del testo
“Esercizi di sistemi di telecomunicazione”, Edizione ETS – PISA, 2005 [D1].
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5. Ciclo di lezioni per un totale di 15 ore nell’ambito delle attività formative dell’anno 2009 per
il Dottorato di Ricerca in Ingegneria dell’Informazione sul seguente tema: ‘Multiple
Antennas in Wireless Communications’.
CAPITOLI IN LIBRI DI TESTO INTERNAZIONALI
Coautore con il Prof. Harold V. Poor di un capitolo sugli aspetti fondamentali dei sistemi di
comunicazione di tipo multi-utente dotati di antenne multiple al trasmettitore e al ricevitore.
Titolo ”Fundamentals of Multi-user MIMO Communications”, in “Advances in Wireless
Communications” Springer-Verlag. [E1]
ATTIVITÀ DI RICERCA
L'attività e le ricerche effettuate si sono svolte nel settore dei sistemi di comunicazione di tipo
wireless e si sono articolate nei seguenti temi:
1. Analisi e sviluppo di tecniche di ricezione per sistemi MC-CDMA. L’attività di ricerca si è
concentrata sulle seguenti tematiche
a. Stima di canale.
b. Ricevitore a cancellazione di interferenza a complessità ridotta.
c. Stima dei parametri per i ricevitori a cancellazione di interferenza.
d. Stima delle direzioni di arrivo del segnale.
2. Analisi e sviluppo di tecniche di pre-filtraggio nei sistemi multiportante.
3. Stima di canale per sistemi a singola portante con equalizzazione nel dominio della
frequenza.
4. Analisi e sviluppo di un ricevitore iterativo per sistemi OFDM.
5. Analisi e sviluppo di algoritmi per il recupero del sincronismo di timing e frequenza nei
sistemi OFDM ad accesso multiplo.
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1. Analisi e sviluppo di tecniche di ricezione per sistemi MC-CDMA
La tecnica MC-CDMA (Multi-Carrier Code-Division Multiple-Access) è stata proposta per la
prima volta nel 1993 ed è attualmente ritenuta una candidata per sistemi cellulari di quarta
generazione (4G) e per reti locali di tipo wireless (WLAN). Essa presenta i vantaggi tipici delle
tecniche OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) e CDMA (Code-Division
Multiple-Access), quali l’elevata efficienza spettrale, la semplicità di equalizzazione in presenza di
canali affetti da fading selettivo, l’estrema flessibilità nel garantire servizi digitali multimediali a bit
rate diversi (sistemi radiomobili a larga banda, accesso wireless ad internet, reti locali wireless),
semplicità di allocazione di canali su domanda e una migliore resistenza alle interferenze a banda
stretta. L’attività di ricerca si è concentrata sull’analisi di sistemi MC-CDMA per trasmissioni su
canali affetti da fading selettivo. La selettività in frequenza del canale distrugge l’ortogonalità delle
sequenze di codice ricevute e provoca l’insorgenza di interferenza da accesso multiplo (MAI), la
quale deve essere opportunamente compensata per evitare una severa degradazione delle
prestazioni del sistema. A tal fine si sono analizzati schemi di ricezione di tipo a singolo utente
(SU) e multi-utente (MU) per entrambe le tratte downlink e uplink. L’attività si è articolata in più
fasi. La prima ha avuto come oggetto l’analisi (in termini di prestazioni e complessità) di ricevitori
lineari di tipo SU e MU. In particolare, le tecniche di rivelazione già impiegate nei sistemi CDMA
sono state opportunamente estese e applicate ai sistemi MC-CDMA. Particolare attenzione è stata
dedicata alla tratta uplink, dove abbiamo impiegato il ricevitore a decorrelazione (DEC-MU) e
quello a minimo errore quadratico medio (MMSE-MU). La loro implementazione si è rivelata
piuttosto complessa a causa dell’inversione di matrici di dimensioni pari al numero di utenti attivi.
Al fine di limitarne la complessità, l’inversione matriciale è stata effettuata mediante due algoritmi
iterativi (Jacobi e Gauss-Seidel). L’analisi delle prestazioni ha evidenziato che la velocità di
convergenza di questi algoritmi diminuisce all’aumentare del numero degli utenti attivi. La
seconda fase dell’attività di ricerca ha riguardato lo studio di ricevitori di tipo non lineare basati
sulla cancellazione di interferenza parallela (PIC) o seriale (SIC). Un contributo importante è stato
lo sviluppo di un nuovo tipo di ricevitore con prestazioni superiori a quelle del PIC
convenzionale e per questo motivo denominato IPIC (Improved PIC). Quest’ultimo è un
rivelatore a stadi multipli che utilizza come statistica di decisione una combinazione lineare di
quelle impiegate nei ricevitori MMSE-MU e PIC. Nei primi stadi di rivelazione, quando le
decisioni sui simboli trasmessi sono poco affidabili, l’IPIC dà maggiore peso alla statistica
MMSE-MU. In seguito, quando l’affidabilità delle decisioni aumenta, un peso sempre maggiore è
dato alla statistica utilizzata nel PIC [J6],[C6].
a. Stima di canale
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L’applicazione delle tecniche di rivelazione SU e MU richiede la conoscenza della risposta in
frequenza del canale dei vari utenti attivi. Parte dell’attività di ricerca si è quindi concentrata sul
problema della stima di canale per il downlink e l’uplink di sistemi MC-CDMA [J6], [J1], [C1] e
[C6]. Nella tratta downlink il segnale multiplex trasmesso dalla stazione base arriva alla generica
stazione mobile passando attraverso un unico canale. La stima di canale è stata pertanto effettuata
con gli stessi metodi impiegati nei sistemi OFDM [J8]. Nella tratta uplink il canale di
propagazione è diverso da utente a utente, e la stazione base deve stimare un numero di parametri
maggiore che nel downlink [J6], [C6]. Lo stimatore di canale proposto si articola in due fasi
distinte, quella di acquisizione e quella di tracking. Per l’acquisizione si è impiegata la tecnica dei
minimi quadrati (Least Squares, LS) ammettendo che blocchi di simboli noti siano trasmessi
all’inizio di ciascuna trama. Nella fase di tracking le stime di canale vengono aggiornate attraverso
tecniche di tipo LMS (Least Mean Square) o RLS (Recursive Least Square). Per la rivelazione dei
simboli trasmessi si sono utilizzati ricevitori MU lineari e non lineari, le cui prestazioni si sono
rivelate fortemente dipendenti dall’accuratezza ottenuta nella stima di canale [C1]. L’applicazione
e l’analisi delle tecniche proposte ha infine portato alla definizione di una diversa tecnica di stima
di canale in grado di utilizzare proficuamente la correlazione frequenziale del canale, garantendo
così un sensibile miglioramento della precisione di stima [J6], [C6].
Parte dell’attività di ricerca svolta per la tratta uplink è stata inoltre dedicata allo studio e
all’analisi di algoritmi per la stima di canale in sistemi MC-CDMA con pre-equalizzazione [J7]. Si
tratta di sistemi in cui i terminali mobili sfruttano la conoscenza del canale trasmissivo per
allocare la potenza disponibile sulle sole sottoportanti utili (quelle cioè caratterizzate da un
guadagno abbastanza elevato) così da garantire (in assenza di MAI) una migliore ricezione del
segnale trasmesso. D’altra parte, in uno scenario multi utente come quello MC-CDMA, un
approccio di questo tipo è destinato ad esaltare la MAI alla stazione base limitando fortemente le
prestazioni del sistema. Al fine di mitigarne l’effetto sono state impiegate tecniche avanzate di
tipo MU. L’applicazione di queste tecniche richiede la conoscenza della risposta in frequenza del
canale pre-equalizzato dei vari utenti attivi. Sono stati dunque proposti due diversi algoritmi basati
su un approccio LS [J7]. Entrambi i metodi sfruttano la struttura della risposta pre-equalizzata del
canale e richiedono un certo numero di simboli pilota posti all’inizio di ciascuna trama. L’analisi
condotta ha evidenziato un sensibile miglioramento delle prestazioni e una notevole riduzione
dell’overhead rispetto ad algoritmi convenzionali per la stima di canale in sistemi MC-CDMA. Le
tecniche proposte sono state infine estese a sistemi MC-CDMA pre-equalizzati in presenza di un
non perfetto recupero del sincronismo di timing [C7].
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. Ricevitore a cancellazione di interferenza a complessità ridotta
L’ attività di ricerca è stata inoltre dedicata all’analisi di ricevitori per sistemi MC-CDMA con
controllo di potenza. Si tratta di sistemi in cui la stazione base alloca la potenza disponibile a
ciascun terminale mobile in funzione della sua posizione all’interno della cella. In queste
circostanze, se da un lato si riesce a garantire una buona ricezione del segnale anche agli utenti
posizionati ai bordi della cella, dall’altro si espone gli utenti vicini alla stazione base ad una forte
interferenza che limita in maniera drastica le prestazioni di ricevitori tradizionali di tipo lineare e
a singolo utente. Per ovviare a questo problema ci siamo concentrati su ricevitori non lineari di
tipo PIC e, in particolare, sullo studio di metodi tesi a migliorarne le prestazioni e a ridurne la
complessità [J8], dal momento che il terminale mobile dispone di risorse di calcolo limitate
rispetto a quelle della stazione base. L’idea base di un PIC convenzionale è quella di stimare la
MAI e di cancellarla dal segnale ricevuto in parallelo per ciascun utente. La statistica di decisione
è poi calcolata applicando sul segnale ripulito la tecnica di ricombinazione a massimo rapporto
segnale-rumore (MRC). Ciò è motivato dal fatto che in assenza di MAI (ovvero quando la
cancellazione degli utenti interferenti è perfetta) la tecnica MRC fornisce le migliori prestazioni.
Si può quindi capire che ricevitori di questo tipo hanno buone prestazioni a patto che le
decisioni di tentativo utilizzate per la cancellazione della MAI siano adeguatamente accurate.
D’altra parte, in uno scenario multi utente con controllo di potenza, il segnale destinato agli
utenti posizionati in prossimità della stazione base è mascherato da quelli destinati ad utenti più
lontani. Questo implica che le corrispondenti decisioni risultano poco affidabili. Sulla base di
queste considerazioni, si è così pensato ad un ricevitore a due stadi che opera nel modo
seguente. Il primo stadio è un ricevitore di tipo MMSE-SU, il quale fornisce una prima stima dei
dati dei vari utenti. Nel secondo stadio il segnale ricevuto viene poi ripulito dal contributo dei
soli utenti interferenti il cui livello di potenza è maggiore di quello del segnale utile. Ciò conduce
ad un sensibile miglioramento delle prestazioni rispetto ai ricevitori convenzionali, pur
mantenendo un basso carico computazionale.
c. Stima dei parametri per i ricevitori a cancellazione d’interferenza
L’utilizzo di tecniche a cancellazione d’interferenza richiede la conoscenza del numero degli
utenti attivi e delle sequenze di spreading ad essi assegnate, informazioni di cui il generico utente
di solito non dispone. A tal fine un contributo importante è stato lo sviluppo di algoritmi
computazionalmente efficienti in grado di fornire le informazioni richieste sulla base della stima
di potenza assegnata alle sequenze di spreading di ciascun utente [C8], [J8]. Nel far questo
abbiamo assunto che la trasmissione sia organizzata in trame e che ciascuna trama sia preceduta
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da un certo numero di blocchi di simboli noti al ricevitore. Abbiamo quindi sviluppato un
algoritmo basato sul criterio della massima verosimiglianza (ML), il quale fornisce una stima delle
ampiezze dei segnali di ciascuno utente. La stima così ottenuta fornisce indicazioni sul numero di
utenti attivi e viene utilizzata per individuare gli utenti da cancellare.
d. Stima delle direzioni di arrivo del segnale
Parte dell’attività di ricerca svolta per la tratta uplink è stata inoltre dedicata allo studio e
all’analisi di algoritmi per la stima delle direzioni di arrivo del segnale. In [J11] e [C12] si
propongono degli algoritmi per la stima delle DOA (Directions Of Arrivals) di tutti gli utenti
attivi. A tal fine si impiega una procedura multi-stadio in cui dapprima si effettua la stima del
canale e la rivelazione dei dati per ciascun utente, e successivamente (concentrandosi su un
utente per volta) si ricostruisce il contributo di tutti gli interferenti e lo si sottrae dal segnale
ricevuto. In tal modo si ottiene un segnale idealmente privo di interferenza da accesso multiplo
cosicchè le DOA di ciascun utente possono essere stimate in maniera indipendente da quelle
degli altri con i tradizionali metodi impiegati nei sistemi a singolo utente. Nonostante questa
semplificazione, la stima a massima verosimiglianza delle DOA è particolarmente complessa
poiché richiede una ricerca esaustiva in uno spazio multidimensionale. Per ovviare a questo
problema, sono stati sviluppati due diversi schemi alternativi. Uno è basato sull’algoritmo SAGE
(Space-Alternating Generalized Expectation-Maximization) l’altro sull’algoritmo ESPRIT (Signal
Parameters Estimation via Rotational Invariance Technique). Entrambi gli schemi sono robusti
nei confronti dell’interferenza da accesso multiplo e funzionano bene anche su canali tempovarianti.
2. Analisi e sviluppo di tecniche di pre-filtraggio nei sistemi multiportante
La necessità di combattere la MAI nella tratta downlink in sistemi MC-CDMA con algoritmi
efficienti per i terminali mobili ci ha condotto all’analisi di tecniche di prefiltraggio di tipo lineare
e non-lineare. L’idea base di queste tecniche è quella di prefiltrare il segnale trasmesso alla
stazione base così da mitigare l’effetto distorcente del canale trasmissivo. In questo modo il
segnale ricevuto ai terminali mobili risulta non distorto, e si possono quindi impiegare tecniche a
bassa complessità per la ricezione del segnale. Chiaramente, per utilizzare tecniche di
prefiltraggio occorre conoscere la risposta in frequenza del canale al trasmettitore. A tal fine ci
siamo concentrati su sistemi che operano in modalità TDD (Time Division Duplex). Si tratta di
sistemi in cui la stazione base e i terminali mobili impiegano lo stesso canale a divisione di tempo
per la trasmissione del segnale. Nell’ipotesi di canale lentamente variabile, la stazione base può
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quindi impiegare la stima di canale ottenuta nella tratta uplink per predistorcere il segnale nella
successiva fase downlink.
L’attività di ricerca svolta si è articolata in più fasi distinte. La prima è stata dedicata allo
studio e all’analisi di tecniche di prefiltraggio lineare già impiegate nel downlink e nell’uplink di
sistemi MC-CDMA [C3], [J2]. Un importante contributo è stato lo sviluppo di una nuova tecnica
di prefiltraggio basata sulla minimizzazione di un’opportuna funzione costo pari alla somma
degli inversi dei rapporti segnale-rumore più interferente (SINR) [J4]. L’analisi condotta ha
evidenziato che lo schema proposto migliora le prestazioni rispetto ad altri algoritmi noti in
letteratura. Durante la seconda fase dell’attività di ricerca ci siamo concentrati sulla sola tratta
downlink. Lo studio ha portato alla definizione di un algoritmo di pre-filtraggio lineare basato sul
criterio della minimizzazione dell’errore quadratico medio. In particolare, questa tecnica mira a
mitigare l’effetto distorcente del canale sulle sequenze di codice ricevute sfruttando sia la
conoscenza del canale trasmissivo sia quella dello schema SU impiegato al terminale mobile per
la ricezione del segnale [C4]. Ciò ha evidenziato un sensibile miglioramento delle prestazioni del
sistema rispetto a quelle di sistemi MC-CDMA convenzionali in cui sono utilizzate le sole
tecniche SU (senza alcun prefiltraggio). L’ultima fase dell’attività di ricerca si è infine focalizzata
sull’analisi di tecniche di prefiltraggio di tipo non lineare. In particolare, le tecniche già impiegate
nei sistemi MIMO-SU (Multiple-Input Multiple-Output-SU) sono state oppurtanamente estese e
applicate ai sistemi MC-CDMA [C9], [C11], [J9] e [J10]. Dall’analisi condotta è emerso che gli
schemi di pre-filtraggio di tipo non-lineare offrono prestazioni decisamente migliori di quelli
lineari. Sono stati proposti due diversi algoritmi [C9]. Il primo è basato sul criterio ZF (Zero
Forcing) e mira a rimuovere completamente l’interferenza a ciascun terminale mobile rispettando
sia il vincolo sulla potenza trasmessa che la qualità del servizio richiesta da ciascun terminale. Il
secondo è basato invece sul criterio della minimizzazione dell’errore quadratico medio e si è
rivelato di gran lunga più efficiente degli algoritmi di pre-filtraggio tradizionali di tipo lineare.
Inoltre, ha consentito un confronto di prestazioni tra due diversi schemi di accesso multiplo
proposti per future applicazioni multimediali di quarta generazione, ovvero OFDMA
(Orthogonal Frequency-Division Multiple-Access) e MC-CDMA [J10]. Dall’analisi condotta è
emerso che i sistemi OFDMA sono più effcienti ed offrono un ottimo compromesso tra
prestazioni e complessità.
3. Stima di canale per sistemi a singola portante con equalizzazione nel dominio della
frequenza
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L’attività di ricerca si è concentrata sull’analisi dei sistemi radiomobili di nuova generazione
in presenza di canali affetti da fading selettivo. Come è noto, la selettività in frequenza del canale
trasmissivo si traduce in una distorsione lineare del segnale trasmesso, che a sua volta genera
interferenza intersimbolica (ISI) al ricevitore. Questa deve essere opportunamente compensata
per evitare una severa degradazione delle prestazioni del sistema. Le tecniche comunemente
impiegate per combattere l’ISI sono genericamente note come “tecniche di equalizzazione”. Nei
sistemi convenzionali a singola portante (PSK, QAM) si utilizzano equalizzatori di tipo lineare o
a reazione che operano nel dominio del tempo. Si tratta di tecniche standard nelle quali il
numero di operazioni per intervallo di simbolo cresce linearmente con il numero di simboli
interferenti o, equivalentemente, con la velocità di trasmissione. Per questo motivo tali tecniche
non sono facilmente implementabili nei sistemi di nuova generazione, caratterizzati da alte
velocità di trasmissione e da canali con elevato delay spread. La necessità di combattere l’ISI con
algoritmi computazionalmente efficienti ci ha condotto all’analisi di tecniche di equalizzazione
lineare che operino nel dominio della frequenza. Così facendo è infatti possibile ottenere
prestazioni e complessità paragonabili a quelle di modulazioni multi-portanti (OFDM, MC-
CDM), senza rinunciare a tutti i vantaggi tipici di una trasmissione a singola portante, quali la
minore sensibilità alle distorsioni non lineari degli amplificatori di potenza e all’offset di
frequenza dovuto all’instabilità degli oscillatori. L’applicazione di queste tecniche richiede la
conoscenza della risposta in frequenza del canale. A tal fine sono stati studiati alcuni algoritmi
per la stima di canale [J5], i quali operano in due fasi distinte: quella di acquisizione e quella di
tracking. Per quanto riguarda l’acquisizione abbiamo analizzato due diverse tecniche basate su un
approccio ai minimi quadrati (Least-Squares, LS). Il primo dei due è indicato con l’acronimo
UCE (Unstructured Channel Estimator) e assume che la risposta in frequenza del canale sia
indipendente su sottobande adiacenti. Il secondo utilizza invece la correlazione esistente tra
sottobande adiacenti per migliorare la precisione di stima ed è indicato con l’acronimo SCE
(Structured Channel Estimator). Entrambi i metodi richiedono la conoscenza dei simboli
trasmessi. A tal fine si è suddivisa la trasmissione in trame e si sono inseriti blocchi pilota
(costituiti da simboli noti ai ricevitori) all’interno di ciascuna trama. Nella fase di tracking le stime
di canale vengono aggiornate attraverso tecniche di tipo LMS (Least Mean Squares) o RLS
(Recursive Least Squares). Le prestazioni dei vari ricevitori sono state valutate numericamente e
messe a confronto. Dall’analisi condotta è emerso che gli schemi di ricezione proposti offrono
un buon compromesso tra prestazioni e complessità. La stima di tipo SCE si è rivelata la più
efficiente. In presenza di canali lentamente variabili perde circa 2 dB rispetto ad un ricevitore
ideale con canale noto, mentre guadagna 6 dB rispetto allo schema UCE. Abbiamo infine
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osservato che l’impiego di antenne multiple in ricezione conduce ad un sensibile miglioramento
delle prestazioni del sistema. In particolare, l’analisi condotta ha evidenziato che un ricevitore di
tipo SCE-LMS ha ottime capacità di inseguimento delle variazioni del canale anche per velocità
dell’ordine di 140 km/h a patto di utilizzare 4 antenne al ricevitore.
4. Analisi e sviluppo di un ricevitore iterativo per sistemi OFDM a singolo utente.
L’applicazione delle tecniche di rivelazione nei sistemi OFDM a singolo utente richiede la
conoscenza del canale al ricevitore. A tal fine le tecniche comunemente impegate sono basate
sulla trasmissione di un certo numero di blocchi di simboli noti al ricevitore. Tuttavia soluzioni
di questo tipo conducono ad una inevitale riduzione dell’efficienza spettrale del sistema. Per
ovviare a questo problema si è sviluppato uno schema di ricezione di tipo iterativo basato
sull’algoritmo EM (Expecation-Maximization) che consente di stimare congiuntamente al
ricevitore la risposta in frequenza del canale e i simboli trasmessi [J3]. Un importante contributo
è stato inoltre lo sviluppo di una nuova tecnica per la stima delle statische di canale e del rumore
termico. L’analisi condotta ha evidenziato che lo schema proposto offre ottime prestazioni in
termini di complessità e precisione della stima di canale e dei simboli trasmessi.
5. Recupero del sincronismo di timing e di frequenza nei sistemi OFDMA.
L’attività di ricerca si è concentrata sull’analisi e lo sviluppo di tecniche per la stima
dell’offset di frequenza e di timing nei sistemi OFDMA a standard IEEE 802.16. Si tratta di
sistemi in cui gli utenti che desiderano comunicare con la stazione base (RSSs, Ranging
Subscriber Stations) attivano un processo di sincronizzazione chiamato Initial Ranging (IR). In
particolare, ciascuno di essi effettua una prima stima dell’offset di timing e di frequenza sulla
base di un canale di controllo (a tal fine possono essere impiegate le stesse tecniche utilizzate nei
istemi OFDM a singolo utente) ed impiega le stime così ottenute per la trasmissione del segnale
nella successiva tratta uplink. In questa fase, ciascun RSS seleziona in modo casuale un codice e
lo trasmette su uno specifico gruppo di sottobande per un intervallo temporale che comprende
un certo numero di blocchi OFDM. A causa degli errori di stima compiuti nella tratta downlink
e delle differenti posizioni degli utenti all’interno della cella, il segnale di ciascun RSS è ricevuto
alla stazione base con un diverso offset di timing e di frequenza. Inoltre, poiché i codici di
ciascun RSS sono stati scelti in modo casuale è possibile che due o più RSS abbiano selezionato
lo stesso codice. Per cui la stazione base deve inanzituto stimare il numero di RSSs che accedono
alla rete ed individuare eventuali collisioni. Dopodichè deve separare i segnali dei diversi utenti e
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stimare i parametri di sincronizzazione di ciascuno di essi. Al termine di questa procedura deve
trasmettere un segnale di controllo in cui comunica a ciascun RSS se il processo di
sincronizzazione è andato a buon fine oppure no. Nel primo caso il RSS è autorizzato a
trasmettere i propri dati informativi. A questo proposito, il canale di controllo contiene anche le
informazioni necessarie al RSS per sincronizzarsi con i riferimenti temporali e frequenziali della
stazione base. Nel caso in cui la fase di IR non abbia dato esito positivo invece il RSS è costretto
a riavviare il processo di sincronizzazione fino a quando questo non va a buon fine.
Le tecniche note in letteratura per risolvere il problema dell’IR si basano in gran parte su
correlazioni compiute nel dominio della frequenza o del tempo. Purtroppo soluzioni di questo
tipo sono fortemente sensibili alla selettività in frequenza del canale e ad eventuali offset di
frequenza. Per ovviare a questo problema è stata sviluppata una diversa procedura multi-stadio
che ha portato alla stesura di un brevetto attualmente in fase di revisione [B1]. In particolare, la
soluzione proposta nel primo stadio stima il numero di RSSs attivi impiegando un algoritmo di
tipo MDL (Minimum Description Lenght) e, dopodichè, procede al recupero dell’offset di
frequenza e di timing di ciascun RSS. A tal fine sono stati impiegati due diversi algoritmi. In [J12]
e [C15] si propone una soluzione in cui prima si stima l’offset di frequenza sulla base di un
algoritmo di tipo MUSIC (Multiple Signal Classification) che richiede una ricerca esaustiva di
tipo monodimensionale. Dopodichè la stima così ottenuta è impiegata per calcolare l’offset di
timing sulla base di una soluzione di tipo ad-hoc [J12] e di una ai minimi quadrati [C15].
Viceversa, in [J13] e [C16] si propone una tecnica alternativa in cui gli offset di timing e di
frequenza sono stimati indipendentemente e in forma chiusa impiegando un algoritmo basato
sull’ESPRIT (Signal Paramters Estimation via Rotational Invariance Technique). Le prestazioni
delle due diverse tecniche sono state valutate numericamente e messe a confronto con gli
algoritmi noti in letteratura. Dall’analisi condotta è emerso che gli schemi proposti offrono un
buon compromesso tra prestazioni e complessità ed inoltre funzionano bene anche su canali
tempo-varianti.
COLLABORAZIONI E PARTECIPAZIONI
A PROGETTI DI RICERCA
1. L’attività di ricerca di cui ai punti 1 e 2 si è svolta nell’ambito del Progetto di ricerca
“Piattaforme Riconfigurabili per Interoperabilità in Mobilità (PRIMO)”, coordinatore Prof.
Sergio Benedetto (Università di Torino) con argomento “Studio di tecniche di ricezione e stima di
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canale per trasmissioni multiportante (OFDM, MC-CDMA, MC DS-CDMA, MC-SS-MA) a larga
banda e ad accesso mulitplo”.
2. L’attività di ricerca di cui ai punti 1 e 2 si è svolta nell’ambito del Progetto di ricerca PRIN
2002 (Progetti di ricerca di Rilevante Interesse Nazionale) cofinanziato dal MIUR, “MC-
CDMA: un’interfaccia radio per la quarta generazione di sistemi radiomobili”, responsabile
nazionale Prof. Silvano Pupolin (Università di Padova).
3. Collaborazione con Telecom Italia (2005 - 2006): “Tecniche di signal processing avanzate (diversità,
beamforming, space-time e space-frequency coding) per l’aumento della copertura di sistemi WLAN a
standard IEEE 802.11n”. L’attività di ricerca nell’ambito di questa collaborazione si è
concentrata sui seguenti temi:
a. Tema 1: “MIMO-OFDM Transmissions over Selective Channels”. Analisi e sviluppo di
tecniche per la trasmissione di flussi multipli a divisione di spazio per sistemi
OFDM che impiegano antenne multiple in trasmissione e in ricezione [R1].
b. Tema 2: “Transmit diversity techniques for MIMO-OFDM transmissions”. Analisi e
sviluppo di codici spazio-tempo per sistemi OFDM che impiegano antenne
multiple al trasmettitore [R2].
c. Tema 3: “RF pre-processing high throughput WLAN/IEEE 802.11n”. Studio di
fattibilità e relativa definizione sistemistica di un opportuno modulo di
interfaccia, con relativi algoritmi di processing operanti ad RF (Radio Frequency),
da applicare come add-on ad un client WLAN commerciale a standard IEEE
802.11n ed equipaggiato con un sistema di antenne direttive per aumentarne
l’area di copertura [R3].
4. Collaborazione con Telecom Italia (2006 - 2007): Tecniche di signal processing avanzate per la
cancellazione e/o la mitigazione dell’interferenza inter-cella in sistemi HSDPA-MIMO e WLAN High
Throughput a standard IEEE 802.11n. L’attività di ricerca nell’ambito di questa collaborazione
si è concentrata sulle seguenti tematiche:
a. Tema 1: “Space-time receiver for HSPDA systems with spatial division multiplexing”.
Analisi e sviluppo di tecniche di signal processing avanzate specifiche per sistemi
HSDPA (High Speed Dowlink Packet Access) equipaggiati con due antenne in
trasmissione e due in ricezione. In particolare, l’attività di ricerca si è concentrata
13

sullo sviluppo e sulla definizione sistemistica di un’opportuna tecnica di
equalizzazione basata sulla minimizzazione dell’errore quadratico medio che
opera sul segnale ricevuto a livello di chip, nell’ipotesi di canale statico selettivo
in frequenza [R4].
b. Tema 2: “Frequency domain equalization in asynchronous multiuser MIMO-OFDM
networks”. Studio di algoritmi in grado di mitigare l’effetto distorcente
dell’interferenza inter-cella nelle Wireless LAN High Throughput a standard
IEEE 802.11n: configurazione 2 antenne trasmittenti e 2 o 4 riceventi. In
particolare, l’attività si è articolata in due fasi distinte. La prima ha avuto come
oggetto l’analisi e lo studio degli algoritmi noti in letteratura, nell’ipotesi ideale di
perfetta conoscenza del canale degli interferenti. La seconda fase ha riguardato
l’implementazione software, al fine di valutarne le prestazioni, di uno degli
algoritmi individuati nel corso della prima fase [R5].
5. Collaborazione con DoCoMo EuroLabs (2006 - 2007): Towards multi-carrier based cognitive
radio: resolving PHY layer. L’attività di ricerca nell’ambito di questa collaborazione si è
concentrata sulle seguenti tematiche:
a. Tema 1: “On the Performance of Cancellation Carrier-based schemes for Sidelobe Suppression
in OFDM networks”. Analisi e sviluppo di tecniche per la riduzione dell’emissione
fuori banda del segnale trasmesso nei sistemi a spettro condiviso che impiegano
OFDM come tecnica di trasmissione. Lo studio condotto ha portato alla
definizione di alcune tecniche in grado di garantire un sensibile miglioramento in
termini di prestazioni [R6] – [C14].
b. Tema 2 : “Timing synchronization in a multicarrier ad-hoc network”. Analisi e sviluppo
di tecniche per il recupero del sincronismo di timing nelle reti ad-hoc. L’attività si
è articolata in due fasi distinte. La prima ha avuto come oggetto l’analisi (in
termini di prestazioni e complessità) delle tecniche già esistenti ed impiegate nei
sistemi di tipo a singolo utente. Durante la seconda fase dell’attività di ricerca, tali
tecniche sono state opportunamente estese ed applicate alle reti ad-hoc.
L’applicazione e l’analisi delle tecniche proposte ha infine portato alla definizione
di una diversa tecnica di sincronizzazione in grado di garantire un sensibile
miglioramento delle prestazioni del sistema [R7] – [C13].
14

PERIODI DI FORMAZIONE ALL’ESTERO
1. Periodo di 6 mesi, dal Gennaio 2004 al Giugno 2004 presso il German Aerospace Center
(DLR) con sede a Monaco (Germania), riferimento Prof. Dr. Stefan Kaiser. L’attività di ricerca si
è concentrata su tematiche relative al Progetto Europeo “Broadband VHF”. Nel corso
dell’attività si sono maturate competenze nel settore dei sistemi di comunicazione di quarta
generazione.
2. Periodo di 12 mesi, dal Giugno 2007 al Giugno 2009 presso Department of Electrical
Engineering, Princeton University, New Jersey, USA riferimento Prof. Harold V. Poor. L’attività
di ricerca si è concentrata su tematiche relative al recupero del sincronismo di timing e di
frequenza nei sistemi OFDMA [J12]-[J13] e [C15]-[C16].
ATTIVITÀ DI REVISIONE PER RIVISTE INTERNAZIONALI
1. Attività di revisione per le seguenti riviste internazionali
a. IEEE Transactions on Communications
b. IEEE Transactions on Wireless Communications
c. IEEE Transactions on Signal Processing
d. IEEE Transactions on Vehicular Technology
e. European Transactions on Telecommunications
2. Attività di revisione per varie conferenze internazionali, tra le quali
a. IEEE Global Telecommunications Conference
b. IEEE International Conference on Communication
c. International Workshop on Multi-Carrier Spread-Spectrum
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PARTECIPAZIONE A SCUOLE E CONGRESSI
1. Stage presso la Scuola Estiva di Dottorato di Bressanone nel Luglio 2003, 2004 e 2005.
2. Partecipazione alle seguenti conferenze internazionali
a. International Workshop on Multi-Carrier Spread-Spectrum (MC-SS`03), Settembre 2003.
b. International Workshop on Multi-Carrier Spread-Spectrum (MC-SS`05) , Settembre 2005.
c. International Workshop on Multi-Carrier Spread-Spectrum (MC-SS`07), Maggio 2007.
d. IEEE International Conference on Communication 2004, Parigi, Francia, Giugno 2004.
e. IEEE International Conference on Communication 2008, Beijing, China, Giugno 2008.
f. IEEE Vehicular Technology Conference 2005, Stockholm, Sweden, Maggio 2005.
g. IEEE Int. Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications 2005,
Berlin, Germany, Settembre 2005.
h. IEEE Global Telecommunications Conference 2005, St. Louis, Missouri, Novembre 2005.
i. European Signal Processing Conference 2006, Florence, Italy, Settembre 2006.
10. 9 th Workshop on Signal Processing Advances for Wireless Communications, Recife,
Pernambuco, Brasil, 06 - 09 Luglio, 2008.
ELENCO COMPLETO DELLE PUBBLICAZIONI
TESI DI DOTTORATO
[D1] L. Sanguinetti, ‘Pre-Filtering in MC-CDMA Downlink Transmissions’, Pisa 2005.
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CAPITOLI IN LIBRI DI TESTO INTERNAZIONALI
[E1] L. Sanguinetti, and Harold V. Poor Chapter 7 ”Fundamentals of Multi-user MIMO
Communications”, in “Advances in Wireless Communications”, (to be published by Springer-
Verlag later this year).
BREVETTI
[B1] M. Morelli, L. Sanguinetti, and Harold V. Poor. Invention Disclosure:”A Scheme for Initial
Ranging OFDMA-based networks” Application title:”System and Method for Initial Ranging in Wireless
Communication Systems”, US pending patent application (serial # 12/114,220, filed 5/2/2008).
PUBBLICAZIONI SU RIVISTE INTERNAZIONALI - (con revisione)
[J1] L. Sanguinetti, M. Morelli and U. Mengali, 'Channel estimation and tracking for MC-
CDMA signals', European Transactions on Communications, vol. 15, n.3, pp. 249 - 258, May 2004.
[J2] P. Bisaglia, L. Sanguinetti, M. Morelli, N. Benvenuto and S. Pupolin, 'Pre-equalization
techniques for downlink and uplink TDD MC-CDMA systems' Wireless Personal Communications,
vol. 35, no. 1 - 2, pp. 3 - 18, October 2005.
[J3] M. Morelli and L. Sanguinetti, 'Estimation of channel statistics for iterative detection of
OFDM signals', IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 4, no. 4, pp. 1360 - 1365, July
2005.
[J4] M. Morelli and L. Sanguinetti, "A novel pre-filtering technique for downlink transmissions
in TDD MC-CDMA systems" IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 4, no. 5, pp.
2064 - 2069, September 2005.
[J5] M. Morelli, L. Sanguinetti and U. Mengali, "Channel Estimation for Adaptive Frequency-
Domain Equalization" IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 4, no. 5, pp. 1364 - 1373,
September 2005.
[J6] L. Sanguinetti and M. Morelli, 'Channel Acquisition and Tracking for MC-CDMA Uplink
Transmissions', IEEE Transactions Vehicular Technology, vol. 55, no. 3, pp. 956 – 967, May 2006.
[J7] L. Sanguinetti, I. Cosovic and M. Morelli, 'Channel Estimation for MC-CDMA Uplink
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Transmissions with Combined Equalization', IEEE Journal on Selected Areas of Communications
(Special issue on Advances on Multi-Carrier CDMA systems), vol. 24, no. 3, pp. 1167 - 1178, June 2006.
[J8] M. Morelli, L. Sanguinetti and U. Mengali, 'A Low-Complexity Receiver with Interference
Cancellation for Power-Controlled MC-CDMA Downlink Transmissions', European Transactions
on Communications, vol. 17, n. 6, May 2004.
[J9] L. Sanguinetti and M. Morelli, ‘Non-Linear Pre-coding for Multiple-Antenna Multi-User
Downlink Transmissions with Different QoS Requirements', IEEE Transactions on Wireless
Communications, vol. 6, no. 3, pp. 852 - 856, March 2007.
[J10] M. Morelli and L. Sanguinetti, 'A Unified Framework for Tomlinson-Harashima Pre-
Coding in MC-CDMA and OFDMA Dowlink Transmissions', IEEE Transactions on
Communications, vol. 55, no. 10, pp. 1963 - 1972, October 2007.
[J11] A. A. D’Amico, M. Morelli, and L. Sanguinetti, ‘DOA estimation in the uplink of
multicarrier CDMA systems', EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, vol. 8,
no. 3, January 2008.
[J12] M. Morelli, L. Sanguinetti, and Harold V. Poor ‘A robust ranging scheme for OFDMAbased
networks', accepted for publication on IEEE Transactions on Communications.
[J13] L. Sanguinetti, M. Morelli, and Harold V. Poor ‘An ESPRIT-based approach for Initial
Ranging in OFDMA systems', accepted for publication on IEEE Transactions On Communications.
TESTI PER LA DIDATTICA
[D1] F. Giannetti, F. Lombardini, M. Moretti, L. Sanguinetti,”Esercizi di sistemi di
telecomunicazione”, Edizioni ETS, Pisa - 2005.
CONTRIBUTI A CONFERENZE INTERNAZIONALI - (con revisione)
[C1] L. Sanguinetti, M. Morelli and U. Mengali, ‘Space time multi-user detection for MC-
CDMA systems in the presence of channel estimation errors’, presented to the Fourth International
Workshop on Multi-Carrier Spread-Spectrum (MC-SS 2003), Oberpfaffenhofen, Germany, September
18

14-16, 2003.
[C2] L. Sanguinetti, M. Morelli and U. Mengali, ‘Estimation of channel statistics for iterative
detection of OFDM signals’, in Proc. of IEEE International Conference on Communications (ICC 2004),
Paris, France, 20-24 June 2004.
[C3] P. Bisaglia, L. Sanguinetti, M. Morelli, N. Benvenuto, S. Pupolin, ’Pre-equalization
techniques for downlink and uplink TDD MC-CDMA systems’ presented to the Seventh
International Symposium on Wireless on Personal Mobile Communications (WPMC 2004), Italy 2004.
[C4] L. Sanguinetti and I. Cosovic and M. Morelli, ‘MMSE Prefiltering techniques for MC-
CDMA downlink transmissions’, in Proc. of IEEE Vehicular Technology Conf. (VTC 2005, Spring),
Stockholm, Sweden, 28 May - 1 June, 2005.
[C5] I. Cosovic and L. Sanguinetti, ‘ On the Peak-to-Average Power Ratio of Pre-Equalized
Multi-Carrier Code-Division Multiple-Access Transmissions ’, in Proc. of IEEE Vehicular
Technology Conf. (VTC 2005, Spring), Stockholm, Sweden, 28 May – 1 June, 2005.
[C6] L. Sanguinetti and M. Morelli, ‘Multiuser Channel Estimation and Tracking for
MCCDMA Uplink Transmissions’, in Proc. of Int. Symposium on Personal, Indoor and MobileRadio
Communications (PIMRC 2005), Berlin, Germany, Sept. 11 - 14, 2005.
[C7] T. Mazzoni, L. Sanguinetti, M. Morelli, ‘Channel Estimation in the Presence of Timing
Offsets for MC-CDMA Uplink Transmissions with Combined Equalization’, presented to the
Fifth International Workshop on Multi-Carrier Spread-Spectrum (MC-SS 2005) Oberpfaffenhofen,
Germany, Sept. 14-16, 2005.
[C8] M. Morelli, L. Sanguinetti, U. Mengali, ‘Parameter Estimation for Interference
Cancellation in Power-Controlled MC-CDMA Downlink Transmissions’, presented to the Fifth
International Workshop on Multi-Carrier Spread-Spectrum (MC-SS 2005), Oberpfaffenhofen, Germany,
Sept. 14-16, 2005. (invited paper)
[C9] L. Sanguinetti, I. Cosovic and M. Morelli, ‘ Non-linear Prefiltering techniques for MC-
CDMA Downlink transmissions’, in Proc. of IEEE Global Telecommunications Conference (GloBeCom
2005), St. Louis, Missouri, 28 Nov. - 2 Dec., 2005.
[C10] I. Cosovic and L. Sanguinetti, ‘ A Channel Estimation Technique for Uplink TDD MC-
CDMA’ in Proc. of IEEE Vehicular Technology Conf. (VTC 2006, Spring), Melbourne, Austrialia, 7-
19

10 May, 2006.
[C11] L. Sanguinetti and M. Morelli, ‘ Non-linear Pre-Coding for MIMO Multi-User Downlink
Transmissions with Different QoS Requirements’, presented to the 14 th European Signal Processing
Conference (EUSIPCO 2006), Florence, Italy, 4-8 Sept., 2006.
[C12] A. A. D’Amico, M. Morelli, and L. Sanguinetti, ‘ DOA Estimation for MC-CDMA
Uplink Transmission’, presented to the 6 th International Workshop on Multi-Carrier Spread-Spectrum
(MC-SS 2007), Herrsching, Germany, May 07 - 09, 2007.
[C13] L. Sanguinetti, M. Morelli, A. Tyrell, and A. Gunther ‘On the performance of biologically
inspired slot synchronization in Multicarrier Ad Hoc Networks’ in Proc. of IEEE Vehicular
Technology Conf. (VTC 2008, Spring), Marina-Bay, Singapore, 11-14 May, 2008.
[C14] L. Sanguinetti, A. A. D’Amico, and I. Cosovic ‘On the performance of cancellation
carrier-based schemes for sidelobe suppresion in OFDM networks’ in Proc. of IEEE Vehicular
Technology Conf. (VTC 2008, Spring), Marina-Bay, Singapore, 11-14 May, 2008.
[C15] L. Sanguinetti, M. Morelli, H. V. Poor ‘An improved scheme for initial ranging in
OFDMA systems’ in Proc. of IEEE International Conference on Communications (ICC 2008), Beijing,
China, 19 – 23 May, 2008.
[C16] L. Sanguinetti, M. Morelli, H. V. Poor ‘An ESPRIT-based approach for initial ranging in
OFDMA systems’ presented to the 9 th Workshop on Signal Processing Advances for Wireless
Communications (SPAWC 2008), Recife, Pernambuco, Brasil, 06 - 09 July, 2008.
RAPPORTI TECNICI
[R1] L. Sanguinetti, M. Morelli, M. Moretti, A. A. D’Amico, U. Mengali, “MIMO-OFDM
Transmissions over Frequency Selective Channels”, Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Pisa,
2006 (confidential restricted).
[R2] L. Sanguinetti, M. Morelli, M. Moretti, A. A. D’Amico, U. Mengali, “Transmit Diversity
Techniques for MIMO-OFDM Transmissions”, Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Pisa,
2006 (confidential restricted).
[R3] L. Sanguinetti, M. Morelli, M. Moretti, A. A. D’Amico, U. Mengali, “RF pre-processing for
High Throughput WLAN/IEEE 802.11n”, Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Pisa,
20

2006 (confidential restricted).
[R4] L. Sanguinetti, and M. Moretti “Space-time receiver for HSDPA systems with spatial division
multiplexing”, Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Pisa, 2007 (confidential restricted).
[R5] L. Sanguinetti, “Frequency domain equalization in asynchronous multiuser MIMO OFDM
networks”, Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Pisa, 2007 (confidential restricted).
[R6] L. Sanguinetti, A. A. D’Amico, “Towards multi-carrier based cognitive radio: resolving PHY layer
issues. On the performance of cancellation carrier-based schemes for sidelobe suppression in OFDM networks”,
Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Pisa, 2007 (confidential restricted).
[R7] L. Sanguinetti, M. Morelli, “Towards multi-carrier based cognitive radio: resolving PHY layer issues.
Timing Synchronization in a multicarrier ad-hoc network”, Dipartimento di Ingegneria
dell’Informazione, Pisa, 2007 (confidential restricted).
Pisa, 5 Febbario 2009
Luca Sanguinetti
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