I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   1 4 ,   N o .   2 M a y   201 9 ,   pp .   1 012 ~ 1017   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 4 .i 2 . pp 1 01 2 - 1 017             1012       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   R a i n   a t t e n u a t i o n   st a t i st i c s   o v e r   5 G   m i l l i m e t r e   w a v e   l i n k   i n   m a l a y si a       M u s tafa  G h an i m 1 ,   M an h al   A l h i l a l i 2 ,   Jaf r i   D i n 3 ,   H o n Y i n   Lam 4   1 , 2 , 3 W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o C e n t r e ,   F a c ul t y   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng ,   U n i v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a ,   M a l a y s i a   4 F a c ul t y   of   E ng i ne e r i ng   T e c hno l o gy ,   U ni v e r s i t i   T un   H us s e i O n M a l a y s i a ,   H a b   P e nd i di ka n   T i ng g i   P a g o h,   M a l a y s i a         A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e S e 21 ,   2 018   R e v i s e D e c   24 ,   2018   A c c e pt e J an   1 5,   201 9       M i l l i m e t r e   w a v e   ba n i s   a   s o l i d   c o nt e nde r   t o   be   u t i l i z e d   f o r   t h e   f ut ur e   5G   w i r e l e s s   s y s t e m s   de pl o y m e nt .   R a i n - i nduc e a t t e nu a t i o i s   a   m a j o r   di s a dv a nt a g e   a t   t he s e   f r e qu e nc i e s .   T h i s   pa p e r   pr e s e n t s   s t a t i s t i c s   o f   r a i n - i nduc e a t t e nu a t i o a nd  r a i nf a l l   da t a   f o r   t w o   y e a r s   o f   ho r i z o nt a l l y   po l a r i z e d   l i n ks   pr o pa g a t i ng   a t   38  G H z   a n 26   G H z   o v e r   a   t e r r e s t r i a l   p a t h   l i nk  o f   301  m e t e r s .   F r o m   t he   a na l y s e da t a s e t s ,   a   r a i r a t e   a r o und  116  m m / e xc e e de a t   0. 01 %   o f   t he   t i m e   o f   a a v e r a g e   y e a r ,   w h i l e   t h e   l i nk s   r e c o r de 1 a nd  9. dB   a t   t he   s a m e   p e r c e n t a g e   o f   t i m e   f o r   38   a n 26  G H z   r e s pe c t i v e l y .   T he   s t udy   a i m s   t o   i d e n t i f y   t he   pr e d i c t i o m o de l   t h a t   de l i v e r   m o s t   r e a s o na bl e   p r e d i c t i o ns   f o r   5G   l i n ks   o pe r a t i ng   i M a l a y s i a t r o pi c a l   c l i m a t e .   I T U - R   P . 53 0 - 17,   M e l l o s ,   a n G hi a n i s   m o de l s   w e r e   a l l   e xa m i ne d.   U s i ng   I T U - R   m o de l ,   r e l a t i v e   e r r o r   m a r g i ns   o f   a r o und  3 . 8 % ,   30 %   a nd  49 . 7 %   a l o ng s i de   22. 3 ,   9 . 5 ,   33%   w e r e   o bt a i ne i 0. 1% ,   0 . 01 %   a nd  0 . 00 1%   o f   t he   t i m e   f o r   26  a nd  38   G H z   r e s pe c t i v e l y .   C ur i o us l y ,   I T U - R   m o de l   de m o ns t r a t e s   b e t t e r   p r e d i c t i o ns   t o   m e a s u r e r a i a t t e n ua t i o w i t h   l o w e r   e r r o r   pr o ba b i l i t y .   T hi s   s t udy   hi g hl i g ht s   t he   ne e f o r   ne w   pr e d i c t i o m o de l s   f o r   s ho r t   pa t h - l e ng t 5G   l i nk s   a nd  h e l ps   t o   i m p r o v e   t he   d e s i g o f   t e r r e s t r i a l   l i nks   o pe r a t i ng   a t   m i l l i m e t r e   w a v e   f r e qu e nc i e s   i n   t r o pi c a l   r e g i o ns .   Ke y w or ds :   F i f t ge n e ra t i o n   ( 5G ),     Mi l l i m e t r e   w a v e   c o m m uni c a t i o n   R a i a t t e n u a t i o n   P r e di c t i o n   m o de l s   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   J a f r i   D i n,     W i r e l e s s   Co m m u n i c a t i o Ce n t r e ,   F a c u l t y   of   E l e c t ri c a l   E n g i ne e r i n g,     U n i v e r s i t i   T e kn o l o gi   M a l a y s i a ,     81310  J o h o r   B a hru,   J o h o r,   M a l a y s i a .   E m a i l :   j a f r i @ ut m . m y       1.   I N TR O D U C TI O N   F o r   t h e   c urr e nt l y   d e pl oy e 4t h   ge n e r a t i o n   o f   w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n s ,   e xc e s s   a t t e n ua t i o n   due   t o   ra i n   c a n   b e   n e gl e c t e d.   H ow e v e r ,   t h e   de m a n f o r   gr e a t e r   b a ndw i dt h   by   t e l e c o m m un i c a t i o n   p r o v i de r s   r e qui r e s   t h e   m o v e   t o   h i g h e f r e que n c y   b a n ds   i t h e   i m p l e m e n t a t i o n   o f   t h e   n e xt   5 t h   ge n e r a t i o n   (5G )   w i r e l e s s   c o m m uni c a t i o n   [1] .   I n   t r o pi c a l   r e gi o n s ,   t h e   o c c ur r e n c e   of   r a i n   i s   m o r e   f r e que n t ,   a nd  t h e   e ff e c t   o n   ra d i o   l i n ks   b e c o m e s   dr a m a t i c a l l y   h i g f o r   f r e que n c i e s   a b o ve   G H z ,   due   t o   h i g h e r   ra i i nt e n s i t i e s   [2],   [3] .   T h e r e f o r e ,   i t   i s   f un d a m e n t a l   t o   p r e c i s e l y   pr e di c t   r a i n - i n duc e a t t e n ua t i o f o r   t h e   pl a nni ng  a nd  de s i g n   o f   hi g h e c a pa c i t y   po i n t - to - po i nt   5G   ra di o   c o m m u n i c a t i o n   s y s t e m   [4] .   T h e   1 - m i nut e   r a i n   ra t e   s t a t i s t i c s   a nd  t h e   ra i r a t e   e xc e e de a t   a   c e r t a i pe r c e n t a ge   o f   t h e   a v e r a ge   y e a r   a r e   t h e   m o s t   b r o a dl y   ut i l i z e p a ra m e t e r s   t o   de t e r m i n e   t h e   ra i n - i n duc e a t t e n u a t i o n   [5 ],   [6] .   N u m e r o us   m o de l s   h a v e   b e e n   c r e a t e ut i l i z i ng  t h e s e   pa r a m e t e r s   t o   p r e di c t   t h e   r a i n - i nduc e a t t e n ua t i o n.   H ow e v e r ,   t h e   m a j o r i t y   of   t he s e   m o de l s   a r e   c o n duc t e a n d   f oc us e o n   t h e   t e m pe ra t e   r e gi o n s   [7] .   T hi s   c o ul c r e a t e   a n   i s s ue   w h e n   a pp l i e t o   t h e   t r o pi c a l   c o un t ri e s   due   t o   h i g h e r   r a i ra t e s   i n   t r o pi c a l   r e gi o n s   i n   c o m pa r i s o n   t o   t e m pe ra t e   r e gi o ns .   T o   t h a t   e n d ,   A   c a m pa i g n   t o   m e a s u r e   t h e   ra i a t t e n u a t i o n   s t a t i s t i c s   w a s   c a r ri e i n   U n i v e r s i t i   T e k n o l o gi   M a l a y s i a   (U T M [8] .   S o m e   of   t h e   m o s t   w i de l y   us e d   pr e di c t i o n   m o de l s   a r e   e m p i r i c a l l y   b a s e d,   w h i c h   us e s   hi s t o ri c a l   da t a b a s e s   fo r   gi v e n   ge o gr a p hi c a l   r e g i o n s   [9] w h i l e   o t h e r s   a r e   p h y s i c a l l y   b a s e d,   de s i gn e t o   r e c ov e r   t he   ph y s i c a l   a t t e n u a t i o p r o c e s s ,   w h i c h   i t u rns   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       R ai n   at t e nuat i on   s t a t i s t i c s   ov e r   5G   m i l l i m e t r e   w av e   l i n k s   i Mal a y s i a   ( Mus t af a   G han i m )   1013   r e qui r e s   m o r e   pa ra m e t e r s   a n l o n ge r   t i m e   t o   pr o c e s s   [10] .   M a n y   s t udi e s   ha v e   a n a l y s e r a i a t t e n ua t i o n   e xt e n s i v e l y   a n d   v a ri o us   m o de l s   t o   ov e r c o m e   t h e   i s s ue   ha v e   b e e n   de v e l o p e [9] - [12]   t h a t   p ri m a r i l y   e n ha n c e   t h e   IT U - R   P .   5 30 - 17   [13]   f o r   s pe c i f i c   s c e n a r i o s .   T h i s   s t udy   i n v e s t i ga t e   t hr e e   e s t a b l i s h e d   r a i n   a t t e n u a t i o n   m o de l s ,   s e l e c t e t o   a dd r e s s   di f f e r e n t   t y pe s   a n a s s um pt i o n s   us e w h i l e   de s i gni n t h e   m o de l s ,   n a m e l y ,   IT U - R   P .   530 - 17  [13]   w h i c h   i s   t h e   m o s t   w i de l y   us e d,   M e l l o   m o de l   [9]   w h i c h   i s   us u a l l y   us e i n   t r o pi c a l   r e g i o n s ,   G h i a ni ’s   m o de l   [14]   w h i c h   i s   a   n e w   ph y s i c a l   b a s e m o de l .   T h e   f o l l ow i n s e c t i o n s   a r e   o r ga ni z e a s   f o l l ow :   In   S e c t i o n   2 ,   p r e d i c t i o n   m o de l s   us e fo r   t h e   e s t i m a t i o n   o f   r a i n   a t t e nua t i o n   a r e   b r i e f l y   di s c us s e d.   F o l l ow e by   t h e   s y s t e m   s e t up,   a n da t a   c o l l e c t i o n   pr o c e dur e   i s   di s c us s e d.   R e s ul t   a nd  d i s c us s i o n   s e c t i o n   s u m m a r i z e   t h e   a c c ur a c y   of   pr e di c t i o m o de l s .   F i n a l l y ,   a   c o n c l us i o n   i s   g i v e n   i S e c t i o 5 ,   a n d   t h e   po s s i b l e   f ut ur e   r e s e a r c h   b a s e o t h e   f i ndi n gs   i s   p r e s e n t e d .         2.   R A I N   A TTEN U A TI O N   P R ED I C TI O N   M O D E LS   R a i n - i n duc e d   a t t e n ua t i o us ua l l y   pr e s e nt e a s   t h e   p r o duc t   of   ra i s pe c i f i c   a t t e n u a t i o   (dB / km )   a n t h e   e f fe c t i ve   pr o pa g a t i o pa t h - l e n g t (km [1 5] .   T h e   ra i n - i n duc e a t t e n u a t i o n,     (dB ),   a b o ve     pe r c e n t   o f   t i m e   i s   t h e de f i n e d   a s :         =   =       (1)     w h e r e     i s   t h e   a c t ua l   p a t h - l e n gt i k m ,   a n   i s   pa t r e duc t i o f a c t o r   a t     pe r c e n t a ge   o f   t i m e .     In   t h e   I T U - r e c o m m e n da t i o n   P . 838 [15] ,   t h e   t e c hn i q ue   t o   c a l c ul a t e   t h e   s pe c i f i c   a t t e n ua t i o n   f r o m   t h e   ra i i nt e n s i t y   w a s   de s c r i b e d.   T h e   s pe c i f i c   ra i a t t e n ua t i o n,     (dB / k m )   i s   c o m put e d   f r o m   t h e   ra i ra t e     (m m /   h)  e xc e e de a t     pe r c e n t   o f   t h e   t i m e   by   a ppl y i n g   t h e   po w e r - l a w   r e l a t i o n s h i p   a s ,       =   (2)     w h e r e ,     a nd    a r e   f r e que n c y   de pe n de n t   c o e ff i c i e n t s .   T h e s e   c o n s t a nt s   c a b e   fo un i n   t h e   r e c o m m e n d a t i o n   t a b l e s .   D ue   t o   t h e   r a i n f a l l   n o n - u n i f o r m i t y   a l o n g   t h e   p r o pa g a t i o n   p a t h,   a   r e duc t i o f a c t o r   o f   t h e   a c t u a l   l i nk  pa t h - l e n gt h   i s   p r e s e n t e t o   r e duc e   t h e   e ffe c t i ve   pa t h   l e n gt [10] .   H ow e ve r ,   f o r   s h o rt e r   l i nks   t h e   r e duc t i o f a c t o r   t a ke s   v a l ue s   l a r ge r   t h a n   u ni t y ,   t o   ov e r c o m e   t h e   m o de l ’s   i n i t i a l   de s i g n   a s s um p t i o n s .   E a c h   m o de l   a dd r e s s e s   t h i s   p r o b l e m   i n   d i f fe r e nt   w a y .   In   t hi s   pa pe r   t hr e e   di f fe r e n t   m o de l s   i n c l ude d ,   t h o s e   of  t h e   IT U - M o de l   [13] ,   M e l l o ’s   m o de l   [9] ,   G h i a ni ’s   m o de l   [14] ,   t h e s e   m o de l s   a r e   b r i e f l y   e xpl a i n e i n   t h e   fo l l ow i n s ub s e c t i o n s .     2. 1 .       I TU - R   P . 530 . 17   M o d e l   T h e   IT U - R   r e c o m m e n d a t i o n   [13 ]   p r e s e n t s   t h e   ra i n   a t t e n u a t i o n ,   a s   de s c ri b e e a r l i e r   i 2,   de pe n di ng  o n   t h e   pa t h   r e duc t i o n   f a c t o r,   w h i c h   c o n s i de r s   t h e   t i m e - s pa c e   v a r i a b i l i t y   o f   r a i n   i nt e n s i t y   a l o n pa t h.     T h e   f o l l ow i n r e duc t i o f a c t o r   i s   p r e s e nt e d       = 1 0 . 477 0 . 633   0 . 01 0 . 073 0 . 123 10 . 579 ( 1 ex p ( 0 . 024 ) )   (3)     w h e r e     i s   t h e   di s t a n c e   f a c t o r,   ,   i s   t h e   f r e que n c y   i G H z ,   ,   i s   t h e   di s t a n c e .   T h e   m a xi m u m   v a l ue   o f     i s   c a ppe a t   2 . 5 .   T h e   r e s ul t e ra i n f a l l   a t t e nua t i o v a l ue   e xc e e de d   a t   0 . 01%   o f   t h e   t i m e   i a n   a v e r a ge   y e a r ,   i s   s c a l e d   b y   a n   e m pi ri c a l   f o r m ul a   t o   o t h e r   pe r c e nt a ge s   o f   t i m e   b e t w e e n   1 a nd  0 . 00 1%  b y   us i n g   t h e   f o l l o w i n e qua t i o n :     0 . 01 = 1 ( 2 + 3 l o g 10 )   (4)     w h e r e ,       { 1 = ( 0 . 07 0 ) ( 0 . 12 ( 1 0 ) ) 2 = 0 . 855 0 + 0 . 546 ( 1 0 )   3 = 0 . 139   0 + 0 . 043 ( 1 0 )   (5)     A nd   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 4 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     1 0 1 2     1 0 1 7   1014   0 = {   0 . 12 + 0 . 4 ( l o g 10 ( 10 ) 0 . 8   10 0 . 12   < 10 }   (6)     T h i s   m o de l   i s   r e c o m m e n de t o   b e   us e w o r l dw i de ,   by   pr ovi di n l o c a l l y   m e a s ur e ra i r a t e s ,   o r   by   us i n I T U - R   m a ps ,   i t   c a n   h e l p   i t h e   p r e di c t i o f o r   a n y   f r e q ue n c y   b e t w e e n   a nd  10 G H z   w i t h   p a t h - l e ngt h s   up  t o   60   k m .       2. 2 .       M e l l o ’s   M o d e l   T h i s   m o de l   us e s   m ul t i pl e   n o n - l i n e a r   r e g r e s s i o n s   t o   o b t a i n   t h e   r e qui r e num e r i c a l   c o e f f i c i e n t s   f r o m   ra i n   ra t e   a n ra i c e l l   d i a m e t e r.   A n d   w a s   i n i t i a l l y   de s i gn e us i n t h e   d a t a b a n ks   p r o v i de t h e   IT U - R .   M e l l [9]   ha v e   us e s i m i l a r   p r o c e dur e   a s   do n e   i n   [13]   w hi c h   i s   us e by   t h e   pr e s e nt e IT U - R   m o de l ,   a n o v e r c o m e   t h e   l i m i t a t i o n   o t h e   IT U - m o de l   by   us i n t h e   c o m pl e t e   r a i n f a l l   di s t ri b ut i o n   a s   t h e   m o de l s   i n put ,   a n ke e us i n t h e   r e duc t i o n   f a c t o r   pa r a m e t e r s   f r o m   t h e   IT U - R   m ode l .   I n   o r de r   t o   c o r r e c t   t h e s e   l i m i t a t i o n s ,   a   n e w   e ffe c t i ve   r a i n f a l l   ra t e   c o e ff i c i e n t   ( w a s   de v e l o p e d. ,   w hi c he l ps   t o   p r e di c t   t h e   r a i n - i n duc e a t t e n ua t i o n   c o m pl e m e n t a r y   c um ul a t i v e   di s t ri b ut i o f un c t i o n   ( CCD F i n s t e a o f   a   s i n gl e   pe r c e n t a ge   o f   t i m e ,   a n d   c a n   b e   c o m put e a s :     = . = ( ( , ) ) 1 1 + 0 ( )   (7)     w h e r e ,     = 1 1 + 0   =    (8)     h e r e     i s   t h e   l i nk  p a t h - l e n gt h,     a s   p r e s e n t e e a rl i e r,   t h e   p a t r e duc t i o f a c t o r .   T h e   de f i ni t i o f o r     a n d   e qui v a l e nt   ra i c e l l   di a m e t e r   0   i s   t h e n   gi v e n   b y :     = 1 . 763 0 . 753 + 0 . 1 9 7     (9)     0 = 119 0 . 244   (10)     M ul t i pl e   n o nl i n e a r e g r e s s i o n s   a r e   us e t o   ob t a i n   t h e   n u m e ri c a l   c o e ff i c i e n t s   i n   ( 9)  a nd  (1 0),   us i n g   t h e   da t a b a n ks   p r o v i de t h e   I T U - R .       2. 3 .       G h i an i   M o d e l   G hi a ni   [14]   h a s   de v e l o pe n ov e l   p h y s i c a l l y   b a s e a ppr o a c t o   m o d e l   t h e   ra i n   a t t e n ua t i o n   a f fe c t i n g   t e rr e s t r i a l   l i nks .   T h i s   m o de l   i s   de v i s e by   s i m ul a t i n t h e   i nt e ra c t i o n   b e t w e e n   t e rr e s t r i a l   l i n ks   a nd  s y n t h e t i c   ra i n   m a ps ,   w h i c h   a r e   s pe c i f i c a l l y   e xpl o i t e t o   i n v e s t i ga t e   t h e   pa t h   r e duc t i o n   f a c t o r ,   c o n s i de r i ng  t h e   s pa t i a l   i nh o m o ge n e i t y   of   r a i n f a l l   a l o n t h e   l i n k.   T h e   a c c ur a c y   of   t h e   pr o po s e d   m o de l   w a s   t e s t e a ga i n s t   t h e   M ul t i E X C E L L - de r i v e r a i n   a t t e n ua t i o n   s t a t i s t i c s   a n a g a i n s t   t h e   i n de pe nde nt   s e t   of   e xpe r i m e n t a l   d a t a   i n c l ude i t h e   D B S G da t a b a s e   m a de   a v a i l a b l e   by   IT U - R .   T h e   r a i n   a t t e n u a t i o n   e xc e e de w i t h   p r o b a b i l i t y     i n   a n   a v e r a ge   y e a r   c a b e   c a l c ul a t e a s     ( , ) =  ( ) [ ( ) ( ) ( ) + ( ) ]   (11)     w h e r e   ( ) ,   e xt ra c t e f r o m   t h e   l o c a l   i nput   r a i n   ra t e   c o m pl e m e n t a r y   c um ul a t i v e   di s t r i b ut i o n   f un c t i o (CCD F ),   i s   t h e   ra i ra t e   e xc e e de w i t h   p r o b a b i l i t y   ,   c o e f f i c i e nt s   , ,   a n d     a r e   de f i n e d   a s :     { a =   0 . 8743 0 . 1111 + 0 . 9061 b =   0 . 0931 0 . 0183 + 0 . 1002 c =   0 . 6613 0 . 178 + 0 . 3965   ( 12 )       3.   S Y S TE M   S E TU P   A N D   D A TA   C O LL EC TI O N   T w o   e xpe r i m e n t a l   m i l l i m e t r e   w a ve   l i nks   o pe r a t e s   a t   2 a n d   38  G H z   w e r e   m o un t e a t   U T M   J o h o c a m pus   [5] .   T h e   l i n ks   w e r e   s e t   b e t w e e n   t h e   r o of   of   m i c r o w a v e   l a b   a n t h e   s e c o n t r a n s c e i v e r   w a s   i n s t a l l e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       R ai n   at t e nuat i on   s t a t i s t i c s   ov e r   5G   m i l l i m e t r e   w av e   l i n k s   i Mal a y s i a   ( Mus t af a   G han i m )   1015   o n   a   t e l e c o m   t ow e r   w i t h   a   p a t h - l e n gt b e t w e e n   t h e   t w o   a n t e nna s   o f   301  m e t e r s .   B o t h   a nt e nn a s   a r e   c o ve r e b y   ra do m e s   t o   p r e v e n t   w e t t i n g   a nt e nna   c o n di t i o n s .   T h e   A ut o m a t i c   ga i n   c o n t r o l   o ut put   l e v e l   o f   t h e   a nt e nna   u n i t   i s   t h e n   c o nn e c t e t o   a   P us i n g   a   d a t a   a c qui s i t i o n   s y s t e m   a n d   t h e   s a m p l i n i n t e r v a l   w a s   s e t   t o   1 - s e c o n d.   T h e   l o gge da t a   t h e n   s t o r e i n t o   da t a b a n us i n l a n g ua ge   w r i t t e n .   T h e   da t a   w a s   c o l l e c t e ov e r   dura t i o n   o f   24   m o n t h s   a nd  a   s a t i s f a c t o r y   da t a   a v a i l a b i l i t y   of   99. 95%  w a s   a c hi e v e d.     A   t i ppi ng - b uc ke t   r a i n   ga uge   w i t h   t i s i z e   o f   0. m m   w a s   s e t   up  o n   t h e   s a m e   r o o f .   T h e   ra i n   ga uge   a dde a   t i m e   s t a m f o r   e a c h   t i w i t h   0 . s e c o n r e s o l ut i o n.   S i m i l a r   m e t h o t o   c a l c ul a t e   1 - m i n ut e   r a i n   ra t e   us e i n   [16 ]   i s   us e f o r   t o   p r e s e n t   t h e   d a t a   i 1 - m i n u t e   i nt e g ra t i o n   t i m e .   F o 0. 01%  o f   t h e   t i m e   t h e   1 - m i n ut e   ra i n   ra t e   w a s   f o un t o   b e   a r o un 116  m m / h   a t   t h e   m e a s ur e m e n t   s i t e .   F i gu r e   s h o w   t h e   ra i n - i n duc e a t t e n u a t i o n   v e r s us   ra i ra t e   f o r   b o t h   i n v e s t i ga t e l i nks   o f   38  a n 2 G H z .   T h e   a t t e n u a t i o n   r e a c h e s   up   t o   25   dB   o n   t h e   38  G H z   l i nk,   a nd  16  o n   t h e   26  G H z   l i n k.   T h i s   h i g hl i g ht   t h a t   e ve n   w i t h   s h o r t   l i n di s t a n c e ,   t ha t   w i l l   b e   us e f o r   5G   a ppl i c a t i o n s ,   t h e   ra i n   a t t e n u a t i o s h o ul n o t   b e   un de r e s t i m a t e d.             F i gu r e   1 .   D i s t r i b ut i o n   o f   ra i a t t e n u a t i o v e r s us   r a i r a t e       4.   R ES U LT  A N D   D I S C U S S I O N S   F i gu r e   p r e s e n t s   t h e   p r e di c t i o n   e rr o r   pl o t s   o f   IT U - R   M o d e l   v e r s us   r a i n f a l l   ra t e s   fo r   38  a nd  26  G H z   unde h o ri z o nt a l   po l a r i z a t i o r e s pe c t i v e l y .           F i gu r e   2 .   I T U - R   P . 530 - 17   p r e di c t i o n   e rr o w i t r a i n   ra t e       It   w a s   fo un t ha t   t h e   e rr o r   i n   p r e d i c t i o n   i s   h i g h e r   f o r   38  G H z   l i nk  a s   c o m pa r e t o   26  G H z .   T h e   pr e di c t i o n   e rr o r   i n c r e a s e s   w i t h   h i g h e r   r a i n   r a t e ,   due   t o   t h e   i ni t i a l   de s i g n   o f   t h e   m o de l   b a s e o n   t h e   da t a   b a nk  f r o m   t e m pe r a t e   r e gi o n s ,   w h e r e   t h e   ra i r a t e s   w i l l   n o t   r e a c h   t he s e   h i g v a l ue s .   F i gu r e   p r e s e n t   c o m pa r i s o n   b e t w e e n   t h e   m e a s u r e v a l ue s   f or   3 a nd  26  G H z   l i n ks ,   a n d   t h e   s e l e c t e d   a t t e n u a t i o n   m o de l s .   T h e   IT U - R   pr e d i c t i o n   s l i g ht l y   ov e r e s t i m a t e t h e   r a i n   a t t e nua t i o n   a n t h e   h i g h e s t   di s pa ri t y   w a s   dB   a t   38  G H z   l i n k .   T h e   d i s pa ri t y   m i g h t   b e   due   t o   t h e   f a c t   t ha t   t h e   i ni t i a l   de s i g n   f a c t o r s   i n v e s t i ga t e t o   pr e di c t   t h e   r a i n   a t t e n u a t i o n   i n   t h e   m o de l   h a v e   n o t   c o n s i de r e t h e   p r o pa ga t i o n   t r o pi c a l   r a i n .   0 2 0 4 0 6 0 8 0 100 120 140 160 Rain   r ate   [ mm //h ] 0 5 10 15 20 25 A t t e n u a t i o n   [ d B ] 2 6   G H z 3 8   G H z 0 2 0 4 0 6 0 8 0 100 120 140 160 Rain   r ate   [ mm //h ] 5 10 15 20 25 30 35 40 45 P r e d i c t i o n   e r r o r   [ % ] 2 6   G H z 3 8   G H z Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 4 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     1 0 1 2     1 0 1 7   1016   A ddi t i o n a l l y ,   IT U - P .   530 - 17  i s   de s i gn e f o r   l i n w i t h   pa t h - l e ngt h   l o n ge r   t ha n   km .   IT U - R   P . 530 - 17,   a nd  G hi a ni ’s   m o de l s   gi v e   c l o s e r   e s t i m a t e s   t o   t h e   m e a s u r e C CD F s   of   r a i n   a t t e n u a t i o n .   L a rge   ov e r e s t i m a t e   i s   s h o w n   by   M e l l o ’s   m o de l .   T h e   I T U - R   m o de l   pr e di c t i o n   w a s   t h e   m o s t   s ui t a b l e   a n d   ge n e ra t e f e w e r   di s pa ri t i e s   b e t w e e n   m e a s u r e d   r a i a t t e n ua t i o v a l ue s   a n d   t h e   p r e di c t i o ns   i c o m pa r i s o t o   o t h e m o de l s .           F i gu r e   3 .   C CD F   o f   r a i a t t e n ua t i o n   c o m pa r e w i t p r e di c t i o m o de l s   a t   v a ri o us   t i m e   pe r c e n t a ge s   f o r   38   a nd  26  G H z       T h e   M e l l o   m o de l   s h o w s   e x c e s s i ve   ov e r e s t i m a t i o n.   A s   a e xa m p l e ,   M e l l o   p r e di c t s   25 . 4 ,   72 . 2 ,   116   dB   a t   0. 1%,   0 . 01 %,   0 . 001%  o f   t h e   t i m e   f o r   38  G H z   l i n k,   t h i s   m i g h t   b e   due   t o   t h e   de s i gn   o f   t h e   m o de l   b a s e d   o n   l o n g - p a t h   l i n ks .   T a b l e   s h o w s   t h e   m e a s u r e a n p r e d i c t e a t t e n ua t i o n   v a l ue s   fo r   26  a n 38  G H z   l i n ks   a t   c r i t i c a l   pe r c e n t a ge s   o f   t h e   t i m e .         T a b l e   1 .   A t t e n ua t i o V a l ue s   f o r   0 . 1,   0 . 01 ,   0 . 00 1%  o t h e   T i m e   f o r   26   a n 38  G hz   L i n ks     2 6   G H z   3 8   G H z   T i m e   p e r c e n t a g e   ( % )   m e a s u r e d   (d B)   IT U - (d B)    G h i a n i   (d B)   M e l l o   (d B)   m e a s u r e d   (d B)   IT U - (d B)   G h i a n i   (d B)   M e l l o   (d B)   0 . 1   4 . 5   4 . 6 7   2 . 1 2   2 0 . 9 6   8 . 5   6 . 6   3 . 3 1   2 5 . 4   0 . 0 1   9 . 5   1 2 . 3 5   7 . 0 4   6 7 . 6 1   16   1 7 . 5 1   9 . 6 5   7 2 . 2   0 . 0 0 1   16   2 3 . 9 7   1 2 . 5 2   1 1 5 . 1   25   3 3 . 2 7   1 6 . 1 1   116       T h e   r e l a t i v e   e rr o f i gu r e   ( ( ) ),   i s   p r e s e nt e t o   m e a s u r e   t h e   a pp r o p r i a t e n e s s   f o r   e a c o f   t h e   m o de l .   A n f u r t h e r   c o m pa ri s o n s   a r e   do n e   t hr o ug h   t h e   c a l c ul a t i o of   S t a nda r d   D e v i a t i o n   (S T D a n R o o t   M e a n   S qua r e   (R M S ),   t o   e xa m i n e   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   IT U - R ,   M e l l o ’s ,   a n G h i a n i ’s   m o d e l s .   T h e   e rr o r   f i gu r e   us e t o   e xa m i n e   t h e   a c c ura c y   of   t h e   p r e di c t i o n   m o de l s   i s   gi v e n   b y :     ( ) =   ,    ,   ,     ×   100   (13)     T h e   c a l c ul a t e ( ) ,   S t a nda r d   D e v i a t i o n   (S T D a n d   R oo t   M e a n   S qu a r e   (R M S m e a n s   f o r   e a c m o de l   a r e   l i s t e d   i T a b l e   f o r   2 a n d   38  G H z   r e s pe c t i v e l y .   A s   c a b e   n o t e f r o m   t h e   t a b l e ,   M e l l o ’s   m o de l   s h o w s   h i gh e r   r e l a t i v e   e rr o r   c o m pa r e d   t o   IT U - m o de l   a nd  G h i a n i ’s   m o de l s ,   w h i c h   i s   a pp a r e n t   w i t h   t h e   i n c r e a s e S T D   a nd  R M S   v a l ue s .   F o r   t ha t ,   IT U - R ,   G ha i ni ’s   m o de l s   gi v e   b e t t e r   p r e di c t i o a l o n gs i de   t h e   m e a s u r e r a i a t t e n ua t i o n.         T a b l e   2 .   P e r c e n t a ge   E rr o O b t a i n e d   O v e r   t h e   I n t e r v a l   0. 0 01 1%  f o r   26 ,   38  G hz     2 6   G H z   3 8   G h z     IT U - R   G h i a n i     M e l l o     IT U -   G h i a n i     M e l l o     ( )   2 9 . 3   3 2 . 2   406 . 4 3   1 . 8   4 6 . 4   2 1 8 . 8   RM S   3 2 . 8   3 3 . 9   4 7 9 . 2 6   2 1 . 8   4 7 . 3   2 7 3 . 1   S T D   1 6 . 4   1 1 . 4   1 7 4 . 5   2 3 . 8   1 0 . 1   1 1 6 . 9   10 -3 10 -2 10 -1 10 0 Pe r cen tag o f   tim [ % ] 0 20 40 60 80 100 A t t e n u a t i o n   [ d B ] Me a su r e d   2 6   G H z Me a su r e d   3 8   G H z I T U - P. 5 3 0 - 1 7   a 2 6   G H z I T U - P. 5 3 0 - 1 7   a 3 8   G H z G h ia n a 2 6   G H z G h ia n a 3 8   G H z Me llo   a 2 6   G H z Me llo   a 3 8   G H z Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       R ai n   at t e nuat i on   s t a t i s t i c s   ov e r   5G   m i l l i m e t r e   w av e   l i n k s   i Mal a y s i a   ( Mus t af a   G han i m )   1017   5.   C O N C LU S I O N   B a s e o n   t h e   p r e s e n t e r e s ul t s   f o r   t h e   de s c r i b e e xpe r i m e nt   o n   26  a nd  38  G H z   l i n ks ,   t h e   ra i n   ra t e   a n t h e   i nduc e a t t e n u a t i o n   a r e   p r e s e n t e f o r   5G   s h o r t   pa t h - l e n gt h   l i n ks .   T hr e e   w e l l   e s t a b l i s h e r a i a t t e n u a t i o n   m o de l s   w e r e   us e t o   c o m pa r e   t h e   p r e d i c t e re s ul t s   w i t t h e   m e a s u r e d a t a .   T h e   p r e s e n t e c o m pa ri s o n   s h o w s   t h a t   IT U - R   P . 530 - 17  m o de l   w a s   t h e   m o s t   a pp r o p r i a t e   t o   b e   us e un de r   t h e   l i n s pe c i f i c a t i o a n d   t r o pi c a l   c l i m a t e ,   by   gi v i n g   c l o s e r   p r e di c t i o n s   t o   t h e   m e a s u r e ra i i n d uc e a t t e n u a t i o n.   H ow e ve r ,   f o r   t h e   l ow e r   f r e que n c y   26   G H z ,   t h e   p r e di c t i o n   e rr o r   w a s   s l i ght l y   l ow e r   i n   c o m pa r i s o n   w i t h   38  G H z ,   t hi s   m i g ht   b e   due   t o   t h e   di f fe r e n c e s   i n   r a i n   d r o s i z e   di s t r i b ut i o n   e ff e c t s   o n   h i g h e r   f r e que n c i e s .   A ddi t i o n a l l y ,   fe w e r   e rr o r   a t   l o w   e xc e e da n c e   of   t i m e   fo r   a l l   t h e   m o de l s ,   a n t h e   e rr o r   i n c r e a s e   w i t h   t i m e   pe r c e n t a ge s ,   i ndi c a t e   t h e   di f f e r e n c e s   b e t w e e n   t h e   m e a s u r e a n p r e di c t e v a l ue s   a s   t h e   m o de l s   w e r e   i n i t i a l l y   de s i gn e f o r   t e m pe r a t e   r e gi o n s .   G h i a ni ’s   m o de l   f o l l ow e t h e   IT U - R   w i t h   c l o s e   e s t i m a t e   t o   t h e   m e a s u r e ra i a t t e n u a t i o n .   I n   a d di t i o n,   t h e   pe r f o r m e e rr o r   a na l y s e s   s h ow e s i m i l a r   j udg m e n t .   M e l l o ’s   m o de l   f a i l s   t o   a da p t   t o   t h e   s h o rt e r   l i n pa t h ,   a s   i t   w a s   e m pi r i c a l l y   d e s i gn e d.   T h e   s t udy   h i g hl i g ht s   t h e   n e e fo r   a   m o de l   t h a t   c ov e r   s h o rt e r   p a t h - l e n gt h   5G   l i n ks   a n de s i g n e e s pe c i a l l y   fo r   t ro pi c a l   r e gi o n s .   T h e   r e s ul t s   p r e s e nt e h e r e   c o ul d   h e l p   i t h e   de s i g n   o f   a   b e t t e r   ra i a t t e n u a t i o n   p r e di c t i o n   m o de l s   fo r   t e rr e s t r i a l   l i n ks   o pe ra t i n a t   h i g h e f r e que n c i e s   i t h e   t r o pi c s .       A C K N O WL ED G M EN T   T h i s   w o r h a s   b e e n   f un de by   M i n i s t r y   of   E duc a t i o n   M a l a y s i a   a n U ni v e r s i t i   T e k n o l o gi   M a l a y s i a   unde r   F R G S   V o t .   N o .   R J 130000. 7823 . 4F 958 ,   a nd  U n i v e rs i t i   T u n   H us s e i n   O n n   M a l a y s i a   T i e r   G ra n t   V o t   N o .   H 160.         R EF ER EN C ES   [ 1]   R a ppa po r t   T S ,   S u S ,   M a y z us   R ,   Z ha o   H ,   A z a r   Y ,   W a ng  K ,   e t   a l .   M i l l i m e t e r   w a v e   m o bi l e   c o m m uni c a t i o ns   f o r   5G   c e l l u l a r :   I t   w i l l   w o r k!   I E E E   A c c e s s .   201 3; 1: 335 49.     [ 2]   L a m   H Y ,   D i J ,   J o ng   S L .   S t a t i s t i c a l   a nd  p hy s i c a l   de s c r i pt i o ns   o f   r a i nd r o p   s i z e   d i s t r i bu t i o ns   i e qu a t o r i a l   M a l a y s i a   f r o m   di s d r o m e t e r   o bs e r v a t i o ns .   A d v   M e t e or o l .   2 015; 20 15: 1 14.     [ 3]   M o upf o um a   F ,   T i f f o J .   R a i n dr o s i z e   d i s t r i b ut i o f r o m   m i c r o w a v e   s c a t t e r i ng   m e a s u r e m e nt s   i e qua t o r i a l   a nd   t r o pi c a l   c l i m a t e s .   E l e c t r on   L e t t .   19 82; 1 8( 23 ) : 1012 4.     [ 4]   L a m   H Y ,   L ui ni   L ,   D i J ,   A l h i l a l i   M J ,   J o ng   S L ,   C ue r v o   F ,   e t   a l .   I m p a c t   o f   R a i A t t e nu a t i o o 5G   M i l l i m e t e r   W a v e   C o m m uni c a t i o S y s t e m s   i E qu a t o r i a l   M a l a y s i a   I nv e s t i g a t e T h r o ug D i s dr o m e t e r   D a t a .   I n :   E uC A P .   2017.   p .   1802 6.     [ 5]   A bdul r a h m a A Y ,   R a hm a T A ,   R a f i qu l   I M ,   O l uf e a g ba   B J ,   A bdul r a hm a T A ,   A ka nni   J ,   e t   a l .   I nv e s t i g a t i o o f   t he   uni f i e r a i a t t e n ua t i o pr e d i c t i o m e t ho w i t d a t a   f r o m   t r o pi c a l   c l i m a t e s .   I E E E   A n t e nnas   W i r e l   P r opag  L e t t 2014; 13 ( J a nua r y   2014) : 1108 1 1.     [ 6]   C a ps o ni   C ,   L ui n i   L ,   P a r a bo ni   A ,   R i v a   C ,   M a r t e l l uc c i   A .   A   ne w   pr e di c t i o m o de l   o f   r a i a t t e nu a t i o t ha t   s e p a r a t e l y   a c c o unt s   f o r   s t r a t i f o r m   a nd   c o nv e c t i v e   r a i n.   I E E E   T r an s   A nt e nna s   P r opag .   200 9; 57( 1) : 196 204 .     [ 7]   K um a r   L S ,   L e e   Y H ,   O ng   J T .   T r u nc a t e g a m m a   dr o s i z e   di s t r i b ut i o m o de l s   f o r   r a i a t t e nua t i o i S i ng a po r e .   I E E E   T r an s   A nt e nn as   P r opag .   2010; 58 ( 4 ) : 1325 35 .     [ 8]   A w a ng   M   a ,   D i J .   C o m pa r i s o o f   t he   r a i d r o s i z e   di s t r i bu t i o m o de l   i n   t r o pi c a l   r e g i o n.   R F   M i c r ow   C on f   2 004   R F M   200 P r oc .   200 4; ( D ) : 20 2.     [ 9]   M e l l o   L   da   S ,   P o nt e s   M S ,   F a g unde s   I ,   A l m e i da   M P C ,   A ndr a de   F J A .   M o di f i e d   r a i n   a t t e nua t i o pr e di c t i o m e t ho c o ns i de r i ng   t he   e f f e c t   o f   w i nd   d i r e c t i o n.   J   M i c r ow av e s ,   O p t oe l e c t r o E l e c t r om agn   A pp l .   2014; 13 ( 2 ) : 254 67.     [ 10]   G hi a n i   R ,   L ui ni   L ,   F a n t i   A .   I nv e s t i g a t i o o f   t he   pa t r e duc t i o f a c t o r   o t e r r e s t r i a l   l i nks   f o r   t he   d e v e l o pm e nt   o f   a   phy s i c a l l y - ba s e d   r a i n   a t t e nu a t i o m o de l .   201 1 0t E ur   C on f   A nt e n nas   P r opaga t i on ,   E uC A P   2016 .   201 6; ( 1 ) : 2 3.     [ 11]   A l hi l a l i   M ,   D i J ,   S c hönhub e r   M ,   L a m   H Y .   E s t i m a t i o o f   M i l l i m e t e r   W a v e   A t t e n ua t i o D ue   t o   R a i U s i ng   2D   V i de o   D i s t r o m e t e r   D a t a   i n   M a l a y s i a .   I n done s   J   E l e c t r   E ng   C om pu t   Sc i .   2017; 7 ( 1 ) : 164 9.   [ 12]   L a m   H Y ,   L ui ni   L ,   D i J ,   C a ps o ni   C ,   P a na g o po ul o s   A D .   A ppl i c a t i o o f   t he   S C   E X C E L L   m o de l   f o r   r a i a t t e nua t i o n   pr e d i c t i o n   i n   t r o pi c a l   a nd   e q u a t o r i a l   r e g i o ns .   I E E E   A s i a - P ac i f i c   C o n f   A ppl   E l e c t r om agn   A P A C E   20 10   -   P r oc .   2 010 .     [ 13]   I T U - R .   R e c o m m e nda t i o I T U - R   P . 530 - 17:   P r o pa g a t i o da t a   a nd   pr e d i c t i o m e t ho ds   r e qu i r e f o r   t he   de s i g o f   t e r r e s t r i a l   l i n e - of - s i g ht   s y s t e m s .   R e c om m   I T U - R   P 530 - 17 .   2017;     [ 14]   G hi a n i   R ,   L ui n i   L ,   F a n t i   A .   A   ph y s i c a l l y   ba s e d   r a i n   a t t e nu a t i o m o de l   f o r   t e r r e s t r i a l   l i nks .   R adi S c i 2017; 52 ( 8) : 972 80 .     [ 15]   I T U .   P .   838 - S pe c i f i c   a t t e nu a t i o m o de l   f o r   r a i n   f o r   us e   i n   p r e d i c t i o m e t ho ds .   I T U - R   R e c o m m e nda t i o ns ,   P   S e r i e s   F a s i c l e .   G e ne v a ,   S w i t z e r l a n d:   I T U ;   2005.   p .   1 5 .     [ 16]   A m i c o   M D ,   J o ng   S L ,   R i v a   C .   T i p pi ng   B uc ke t   D a t a   P r o c e s s i ng   f or   P r o pa g a t i o A ppl i c a t i o n.   I n :   E uC A P .   2013 .   p.   256 6 0.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.