Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   10 ,  No.   3 June   2020 ,  pp. 3 136~ 3144   IS S N: 20 88 - 8708 DOI: 10 .11 591/ ijece . v10 i 3 . pp3136 - 31 44          3136       Journ al h om e page http: // ij e ce.iaesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   Stu dy of  t roposph er i s cin tillation  e ff ects in  Ku - b an frequ en cy   for sat ellite com mu nicati on syst em       Nadirah  Abd ul R ah im ,  H ani s Nabilah  A.  M ul op ,  Kh air ayu Badr on   Depa rtment  o E le c tri c al a nd  Co m pute Engi n ee r ing,   In te rn at ion a Islamic   Univer sit y   Mal a y s ia ,   M al a y si a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   J ul  22 , 2 019   Re vised  Dec   7 ,   20 19   Accepte Dec   15 , 201 9     Scint illation  is  rap id  fluctuation   of   el ectrom agnetic   wave in  t er m of  phase   and  amplit ude  d ue  to  sm al l - sca le   inc onsist enc y   in  the   tr ansm ission  pat (or   pat hs)  with  ti m e .   Scint i ll a ti on  ex ists  cont inuousl y   throughou da y   whe the r   during  rai ning  o cl ea sk y   cond it ions.  Th raw  signal   data  nee d   to  exc lud e   othe propa ga tions   fac tors  tha include  sig nal   fluctuations  to  furthe r   under stand  t he  scint illation  studie s.  Thi paper  pre sents  the   ana l y sis  o f   tropospher ic   sci nti llati on  da ta   f rom   Janua ry   20 16  ti ll   Dec emb er  2016  at     Ku - band  fre que nc y   of  12 . 202  GH bea con  sig nal .   Th exp erim ent al   data   from   MEAS AT   3B  were   co llected  and   an aly z ed  to  se th eff ect  o f   tropospher ic   sc i nti llati on .   Th eleva t ion  angle  of   the   dish  antenn is  77. 45 o   The   high li ght ed   obje c ti ves  are   t ana l y z the   sc int illation  da ta   a Ku - band,  and  to  compare   and  val idate  t he  result with  othe scint illa t ion  m odel s.    The   result   sh o ws   tha the   st ipul ated  scintill at ion  an aly sis  has  highe r   amplit ude ,   whic is  0. 73  dB  co m par ed  to  oth er   scint i ll a ti on  an aly s is  which   has  lower   scint i ll ation  amplit ud e:   0. 45  dB  (Ka rasa wa),   0 . 42  dB  (IT U - R) ,     0. dB  (Nadi r ah  Rafi qu l),   0 . 42   dB  (Van  D Ka m p) ,   and  0. 11  d (Anthon y   Mande ep) .   Ke yw or d s :   CDF   Ku - ba nd   Sate ll it e co m m un ic at io syst e m   Scinti ll at ion  m od el s   Trop osph e ric s ci ntil la ti on   Copyright   ©   202 0   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e   Al l   rights re serv ed .   Corres pond in Aut h or :   Nad i ra h A bdul  Rahim   Dep a rtm ent o f El ect rical  an Com pu te E ng i neer i ng,   In te r natio nal Is lam ic  U niv er sit y M al ay sia ,   Jal an   Go m bak   53100 K uala L um pu r .   Em a il nad irah abdulra him @iiu m .ed u. m y       1.   INTROD U CTION   Sate ll it is  the  m ai el e m e nt  in  m os of   te le co m m un ic at ion   sys te m   around  the  globe.  Data  inf or m at ion   ar exch a nge and   receive in  va rio us   f or m by  earth  sta ti on that  are  tran sm i tt e by    m ic ro wa ve   rep eat er  sta ti on   or   al s known  as  co m m un ic at ion s   sat el li te   [1] The  sig nific ance  of  com m un ic at ion   sat el li te   is  th at   it   is  basical l util iz ed  fo t he  busine ss  an go vernm ent  serv ic es  pur po ses  su c as  data  tra nsfe ser vices,  voi ce  ser vices  an et c.  T he  c om m un ic at ion   s at el li te   is  al so   us e f or  obta ining    the  co rpor at a ssets,  sen ding  e m ai ls,  br owse   internet  a nd   it   can  li kew ise   be   util iz ed  to  co m m un ic at thro ug   a h ig h q ualit y vo ic e c om pr es si on w it ho ut takin int acc ount t he  loc at io a rou nd the  w or l [ 2]   Ther a re  seve ral  propagati on   eff ect w hich  are  cause by  th tro posphe ric  la ye r:  at te nu at ion   due  t rain,  de pola riz at ion gas   abs orptio a nd  sci nt il la t ion   ca us e by  the  at m os ph e ric  tu rbule nce  [3 ] Alth ough  i the  com m un ic at ion   syst e m s,  rain  has  th m ai i m pact,  scin ti ll at ion   now  has  bec om cru ci al   fo l ow - m arg in   s yst e m at   hig f reque ncies  an l ow  el evati on  an gles   [ 3].  I m pr ope rly   ti tl ed  paper  m ay   nev er   rea c   the  aud ie nce  f or   wh ic it   was  intende d,   s be  sp eci fic .   Th troposphe ric  sci ntil la ti on   effe ct are  i m po rtant  to   be  obse rv e es pecial ly   in  bro adcasti ng  an t el ecom m un ic ation   se rv ic es  w hich  us the  K u - ba nd   fr e quen cy   in  the sate ll it e comm un ic at ion  li nk s   [ 4] .   Scinti ll at ion   is  on of  the  ev ents  wh ic le ad  to  sign al   de gr a datio thr ough  the  eart h’ s   atm os ph ere .   Ther e   are  t wo   ty pes  of  sci ntil la ti on s:  ionos pheric  sci ntil la tio an tr oposph e ric  sci ntil la ti on   [ 2].  T his  pape r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Study  of tro pos ph e ric  scinti ll at io ef fe ct s in...  ( Nad ir ah Abd ul R ah i m )   3137   e m ph asi zes  on   tro posphe ric  sci ntil la ti on   be cause  t he  fr e qu e ncy  fo c us e her e   is  at   Ku - ba nd  i tr op ic al   cl i m at e.   Several   sci ntil lation   m od el hav e   been   de velo pe an stud ie by  oth e res earche rs  in  th pa st,  howe ver   m os of   the  m od el can  only   be   us ed  in  t he  f our  seas on ( winter sprin g,  su m m er  and   autum n)   countries   an cannot  be  a ppli ed  in   the  t ropi cal   co un trie s   s uch  as  Ma la ysi a,  Sin ga pore,   Thail an d,   B raz il an et c.  Fu rth erm or e,  previ ou sc inti ll at ion   st udie s’  data  wer colle ct ed  from   non - tr opic al   countries  su c a US Finlan d,   Ge rm any,  U nited  K ingdo m   and   m any  m or e.  Hen ce the  sci ntil la ti on   m od el cann ot  be  us e in   tro pical   co un t r ie due  to   the  diff e re nt  patte r of   cl i m at c om par ed  t the   fou r - sea son  c oun trie s.   T he  t ropical   countries  co ns i st  of  hi gh  hum idit y,  un if orm   tem per at ur e   an hea vy  rai nf al l.  The re  a r only   fe r esearch   act ivit ie con duct ed  on   sci ntil la ti on   in  tro pi cal   countries  a nd   data  colle ct ed  in  Ma la ysi do es  not  fit  w it any  existi ng   m od el [ 5 - 13 ] The  sci ntil la ti on   m od el m us be   evaluate bas ed  on   t he  tr op ic al   coun trie data  colle ct ion   an m easur em ent.  The  sci ntil la ti on   data  f or  tro pi cal   cl i m at cou ntries  are  ver lim it ed  ty pical l fo r   high  el evati on   ang le T her e f or e it   is  ver y   i m po rtant  t stud the  sci nt il la t ion   ef fects  base d   on   t he   data  m easur ed  in  t he  tropica co un trie s.       2.   LIT ERATUR E REVIE W   Scinti ll at ion   can  be   f ound   in  io no s pher an tro pos ph e re  la ye rs.  In   t he  io no sp he re  la ye r ,     the  irr eg ularit ie of  el ect r on  t hat  af fect  f re quencies   up  t G Hz  a re   cal le io nos ph e ric  s ci ntil la ti on Wh ereas the  sci ntil la ti on w hich  a ff e ct   the  troposphe re  la ye f or   the  fr e que ncies  ba nd   a bove  G Hz  du t   the  ref r act ive   ind ex  ir regu la riti es  is   called  troposp he ric  sci ntil la ti o n.   The  resear ch  aim   is   to  stud   the  tr oposph e r ic   sci ntil la ti on   w hich  a ff e ct the  K u - band.   This  ty pe   of  sc inti ll at ion  is  al so   c aus ed  by   tem per at ur i nversi on  la ye rs  and  hi gh   hum i dity   gr a dients   [ 4] W it the  va riet of   lo cal   cl i m a te the  im p act   of  tro po s pheric  is   seaso nally   de pende nt.  T he  s tructu re  of   t he  refract ive  in de in  t he  tr oposph e re  ca be  re garde hori zo ntall layered F ur t herm or e,  with  the   change  in  al ti tud e,  t he  va riat ion seem   to  be  ap pear e a thin   la ye rs   [4] M oreo ver,  sci ntil la ti on   c onditi ons  af fect  m or sign ific a ntly   to  sla nt  path  at   low  el e vation  ang le   wh ic is  highl sl anted  to  the   la ye fo rm at ion T he  tro posphere  c omm on   pro per ti es  of  th ref racti ve  i ndex  are  widely   known .   The  ind e of   r efr act io or  the  atm os ph eric  rad i refract iv ind ex n,   is  fu nctio of  pressure,   water  vapo ur   con te nt,  a nd   te m per at ur e   [ 4] .   The  feat ur e of   t he  re fr act i ve  in de are  norm al ly   descr ibed  i n   te rm s o N  unit s,  f or n i ver cl os e to  1. I t i s   def i ned as       = ( 1 )   ×   10 6 =   77 . 6   ( + 4810 )   (1)     wh e re  the  at m os phe ric  press ur i m i ll ibars  (m b)   is  ex pr e ssed  as  Tem p eratur e in  de grees  is  T;  an is   the w at e r vap our   press ur e  in m b.  I ( 2 ) ,  the  first e xpressio n i s kn own  as  th e “d ry term      = 77 . 6     (2)     wh il e the  “w et   te rm ” is the second  e xpres sio n      = 3 . 732   ×   10 5 2   (3)     Fo fr e quenci es  up   to  100  GH the  ac cur ac of  Eq uations  ( 2 to   ( 4 )   a re  with in  0.5%  [ 4]   The ref racti vity  o f  the l ong - te rm  d epende nce  can be   re pr ese nted  i a e xponentia l f or m ,     = 315 7 . 36       (4)     wh e re t he  al ti tud e , in km  is  . T his esti m ation  is a ppli cable  for  al ti tud e  up t ab out 1 5 km   [ 14 ] .       3.   RESEA R CH MET HO DOL OGY   Ku - Ba nd  sig na was  t ran sm i tt ed  at   12. 2 02   G Hz  fr e quen cy   from   the  MEAS AT  3   B   at   lo ng it ud e     (91.5  East wi th  ver ti cal   pol arizat ion   t hat  pro vid es   m or tha 100  cha nn el s   w hich   c ov e rs  South ea st  Asia  includi ng   Ma la ysi and   I ndon esi as  well   as  Au st rali a.   Ta ble  show the  sat el li te   sp eci fi cat ion f or   ASTR O   Broa dcast  Net work   Syst e m .   The  sat el li te   raw   data  co nsi sts  of   12  m on ths  per i od   from   Janu ary  2016  ti ll   Decem ber   2016  in  or der   to  st ud the  sci ntil l at ion   ef fect.  T he  ra beac on d at co ns ist   of  scinti ll at ion ra in  an oth e prop a gat ion   data.  The r efore,  i order  to  se par at t he   sci nt il la ti on   data  f ro m   oth e data te c hniqu is   app li ed  by  us i ng   filt ering   i n   MATLAB Fi gure  il lust rates  the  ste ps   to   acqu i re  the  sc inti ll at ion   a m plit ud e.   Cum ulati ve  Distribu ti on  F unct ion   (CD F)  of   the  s ci nt il la ti on   data  is  ob ta ine by   the  div isi on  of    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  10 , No 3 J une  2020   31 36   -   3144   3138   the  sci ntil la ti o n   am pli tud e   into  tw par ts:   sci ntil la t ion   f ades  w hich  is   the  neg at ive  sign al   am plit u de   an enh a ncem ents  wh ic is  t he  posit ive  si gn al   a m plit ud e .   Ne xt,  t he  C DF   of  sci ntil la ti on   fad es   are   cal c ulate m on thly   and   a nnually .   Fig ure  il lustrate on   ho w   to  ac quire  the   m on th ly   and   a nnual  cum ulati ve  distribu ti on   functi on  of   sci ntil la ti on  f a des .       Table  1.   Sate ll i te  sp eci ficat io ns   Satellite   ME AS AT  3 B   Site   ASTRO B road cast  Network S y ste m Bu k it Jalil,  Ku ala  Lu m p u r,   Mala y sia   Grou n d  statio n  longitu d e   1 0 1 .70   Grou n d  statio n  lat itu d e   3 .15   Satellite  po sitio n   9 1 .51 7 o   E   Elevatio n  ang le   7 7 .45 o   Azi m u th   2 5 3 .02 o   Po larization   Vertica l   Frequ en cy   1 2 .20 2  GHz   An ten n a dia m eter   1 3   m             Figure  1 .   Flo w char of scinti ll at ion   data e xtr act ion   from  r aw dat a     Figure  2 .   Flo w char t t a naly ze m on thly     and an nual  CD F       4.   RESU LT S  AND A N ALYSIS   Trop osph e ric  sci ntil la ti on   le ads  to  ra ndom   sci ntillat ion   fad es  a nd   sc inti ll at ion   enhancem ent  of    the  recei ved  si gn al   at   lo we el evati on   an gles  [ 14 ] Ma jority   of  t he  tr oposphe ric  sci ntil la ti on   stu di es  that  hav e   bee fo c use on  lo el evati on  an gles   a nd  hi gh   fr e que ncies  due  t th fact  that  sci nt il la t ion   am plitu de   is   highly   obser ve in  t his  case.  Howe ver,  f or   t he  case  of   high   el evati on   a ngle an hi gh   fr e qu e ncies  on ly   fe w   stud ie ha ve  be en  done.  T his  resea rch  was   done  on  the   ba sis  of  hi gh  el e vation   an gle  a nd  hi gh  f reque ncy  an is sim i la to the r esearc in  [ 5 - 13 ] . T he diff eren ces  betwee th os e resea rc hes  are t he  loc at ion , elevati on angle ,   fr e qu e ncy,  the  sat el li te   us ed  and   t he  data  sa m pl ing   as  ta bu la te in  Table  2.   F ro m   Table  2,   it   can  be  de duc e that  this  pap e r,  has  the  sam el evati on   a ng le   as  in  IIUM  bu is  hig her   t han  the  on from   US M.  T he  hu m idit and   the  te m per at ur for  ea ch  resea rch   a re  dif fer e nt  due  to  the  dis ti nct  locat ion s Ther e f or e,  due  to    the d i ff e ren ce  in hu m idit y and t e m per at ure, t he  sci ntil la ti on  eff ect s  w il l va ry for  each  r es earch   [1 5 - 16 ] .       Table  2 .   Re sea rch  c om pa rison in  Mal ay sia   Res earc h   Locatio n   Elevatio n   An g le ( o )   Ty p e of  Anten n a /  Dia m et er  ( m )   Frequ en cy   (GHz )   Data  Sa m p lin g  ( s)   Satellite   USM   Pen an g Mala y sia   4 0 .1   Cas seg rain An ten n a /  2 .4   1 2 .25 5   1 .0   Su p erbird C   II U M   Go m b ak ,  Kuala  L u m p u r,   Mala y sia   7 7 .5   Dish  Ant en n a /  2 .4   1 0 .98 2   0 .1   ME AS AT - 3   ASTRO   Bu k it Jalil,  Ku ala  Lu m p u r,   Mala y sia   7 7 .5   Dish  Anten n a /  1 3   1 2 .20 1 5   0 .05   ME AS AT - 3B   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Study  of tro pos ph e ric  scinti ll at io ef fe ct s in...  ( Nad ir ah Abd ul R ah i m )   3139   4.1.    Ex tra c tio of scin till at i on   data   In  orde t el i m inate   oth e pro pa gation  fact or s   that  le a t data  fluct uatio ns ,   the  ra m e asur e d   data  need  to  be  stud ie a nd  pr oc essed  [1 7 ] T his  is  du e   to  the  fact  t hat  ot her   pro pag at i on  fact or s   intr oduce   fluctuati ons  at   lo we rate  than  th os ca use by  sci ntil la ti on   [ 4 ] T herefo re,  the   ra w   data  obta ine fro m   AS TR O need  to go t hro ugh  a   high  pass fil te with a a ppr opriat e c ut off f r equ e ncy to  obs er ve  the sci ntil la ti on   sign al   le vel.  T he  data  obta in ed  we re  al ready   div ided  int two:  rain  an cl ear  sk y.  For   the  purpose  of  this  researc h,   cl ear  sk data  are  use to  discar a ny  data  that  con trib ute  to  rain   at te nu at ion.  The  ra data  ob ta ined   wer rec orde i te r m of   at te nu at io in  dB;  hen ce the   data  need   to  be  subtract ed  by  75   dB  to  ob ta in    the  or i gin al   re cei ved   sig nal  le vel.  Fig ur il lustrate the  received  sig nal  le vel  of   m easur ed  ra data  ve rsus   nu m ber   of  dat fo 22   Fe bru ary  2016.  The  data  are  usual ly   rep rese nted  i te rm of   perce ntage  of  tim [1 6 ]   bu the  nu m ber  of   sam ples  and   sam pling   tim var f or   eac day  for  the  ra data  re cei ve f ro m   AS TRO  th us,   the d at are  re presente in  ter m s o num ber   of d at a.     Nex t,   pe rio do gr am   m et ho with  the   help  from   Han ni ng  wind ow  wa us e to   acq uir the  pow e r   sp ect ral  den sit (d B/ ra d/sam ple)  plo of   t he   raw   data  [1 8] Usi ng  MA TLAB,  t he  a ve rag powe s pectral  densi ty   plo w as  ob ta ine with  su it able  cut  off  f reque nc y.  The  no n - sci ntil la ti on   eff ec ts  will   be  include if   the  cut  off  fr e qu e ncy  is  set   to  be   to lo w   w hile  the  sci ntil la ti on   ef fec ts  in  the   rec ei ved  sig nal  le ve are   el i m inate if  t he  c ut  off  fr e qu e ncy  is  set   to  be  t oo  hi gh  [1 6 ] Hen ce the  cut  off  f re qu e ncy  need s   to  be   cauti ously   set Figure  de picts  the  a ve rag e   powe s pectral   densi ty Ba sed   on  Fig ure  4,  flat   portio bet ween  0.03   Hz  to  0.1   Hz  is  seen  an f ollow e by  slop of  ap pro xim at e ly   f - 8/3   above  0.1  Hz.  Fo fu ll generate tur bu le nce,  t he   sci ntil la ti on   s pectr um   has  com m on   patte rn   of  lo pa ss  filt ered  w hi te   no ise   with  - 8/   slop e   [ 9 ] .           Figure  3.   Me as ur e d raw  d at f or 22 Fe brua ry  2016           Figure  4 .   A verage  powe s pe ct ral d e ns it y   0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 - 7 0 . 5 - 7 0 - 6 9 . 5 - 6 9 - 6 8 . 5 - 6 8 - 6 7 . 5 N u m b e r   o f   D a t a R e c e i v e d   S i g n a l   L e v e l   ( d B ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  10 , No 3 J une  2020   31 36   -   3144   3140   4 .2 .     A na l ys is  of  sci nt il lati on data  usin M ATLAB   Scinti ll at ion   fa des  a nd  e nh a nc e m ents  we re  com pu te by  usi ng  the  c ut  off   fr e quen cy   of  0.11  Hz   with   the aid of h ig h pass f il te of or der   10  s that t he  sci ntil la ti on sign al s could  be  obse rv e cl early   [ 7 ] . Th cut of f   fr e qu e ncy  was   ob ta i ned   by  cal culat ing   the   aver a ge  c ut  off  f re qu e ncy   for  the  12  m on ths  of  ye ar  20 16  sci ntil la ti on   da ta   as  sho wn  in   Table  3 .   I MATLAB a fter  go i ng  th rou gh  the   filt erin process sci nt il la t ion  a m plit ud es  f or  each  da were  disp la ye d.  A fter  the  sci ntil la ti on   am plit ud es  wer obta in ed  in  th MA TLAB ,   the  am plit ud es  wer t hen   divi ded   int tw o:   sci ntil la ti on   f ades  a nd   s ci nt il la ti on   enh a nc e m ents.  Scinti ll at ion   enh a ncem ents  ref e to  the  posit ive  sign al   le vel  of   t he  sci nt il la ti on   a m plitu de  w her eas  s ci ntil la ti on   fades  refe r   to  the  ne gative   signa le vel  of  the  sci ntil la ti o am plit ud e.  S ci ntil la ti on   en ha ncem ents  pro du ce   an   inc rea se  in   interm od ulati on  disturba nce  i sat el li te   trans ponder  util iz ed  in   m ulti ca rr ie an sci ntil la ti on   fa des  usua ll influ e nce  the  earth  sta ti on  tracki ng   syst e m s,  con sideri ng  the  us a ge  of  tim con sta nt   in  the  syst em   [1 8 ]   Figure  il lustr at es the scinti ll at ion  am plit ude f or   13  April   2016.       Table  3 .   C ut  off  f re qu e ncies   Mon th   Cu t - o ff  Fr eq u en cy   (Hz)   Jan u ary  20 1 6   0 .11   Feb ruary 2 0 1 6   0 .12   Mar ch  20 1 6   0 .11   Ap ril  2 0 1 6   0 .12   May 2 0 1 6   0 .11   Ju n e 20 1 6   0 .12   Ju ly  20 1 6   0 .12   Au g u st 2 0 1 6   0 .11   Sep te m b er  2 0 1 6   0 .11   Octo b er  2 0 1 6   0 .11   No v e m b e 2 0 1 6   0 .11   Dece m b e 2 0 1 6   0 .12           Figure  5 .   Scint il la ti on   a m pli tud of 13  A pr il   2016       4 .3 .     D ata  pr oc essing  f or  cu mulati ve  dis tr ibution  functi on   (CDF )   Scinti ll at io da ta   wer cat e gorize into   tw pa rts:  posit iv sign al   le vels,   sci ntil la ti on   enh a ncem ents  and  the n e gativ sign al   le vels,   sci ntil la ti on   fa des  [19 - 2 5 ] T hen,  the   cum ulati ve  distrib uti on  was   com pu t ed  f or  sci ntil la ti on   fad es.  Fig ure  dep ic ts  the  m e asur e cu m ulati ve  distribu ti on  functi on  f or   sci ntil la ti on   fad es  on   m on thly   basis.   From   Figu re  it   can  be  c oncl ud e that  the   m easur e sci nt il la t ion   fa des  i Fe bruar 20 16   a re   the  hi gh est   un t il   at   0. 3%  of   t he   data,  sci ntil la ti on   fa des  i Ma rch   e xcee de the  rest  of  t he   m on ths Mo r eov e r,  sever fad i ng  can  be  see in  Februa ry  2016  at   0.01%  and   fo ll ow ed  by  Se ptem ber   2016.  Me anwhil e,     in No vem ber  2016, sci ntil la tio n fa des  a re t he  w ea kest.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Study  of tro pos ph e ric  scinti ll at io ef fe ct s in...  ( Nad ir ah Abd ul R ah i m )   3141       Figure  6. Me as ur e m on thly  c um ulati ve  distr ibu ti on  for  sci nt il la t ion  f a des       T he  sci ntil la ti on   fa des  for  al the  m on ths  in  2016  are  m erely   the  sam e,  bu tho se  plo ts  br anch e out   at   approxim at e ly   10 of  the  data.  I Septe m ber   2016,  th sci ntil la ti on   jum ped   f ur t her   up  ti ll   it   reached   it s   m axi m u m   at  0.8  dB  an overla pp e wit sci ntil la ti on  fad es  in  Dec e m ber   2016  a 0. 17%.  Be si des  that,    the  m easur ed  a ver a ge  a nnual  cum ulati ve  distribu ti on  of   sci ntil la ti on   fa des   excee ded   t he  ind ivi du al   m on th  a t   appr ox im at ely  at   1%  of  the  da ta H ow e ve r,   in  Fe bruar 20 16,  the   pl ot  ov er  pr e dicte t he   ave rag e   an nu al   plo at   ever pe rce ntage  nu m ber   of   data  w her e as  in  Ma rch   2016,  t he  pl ot  exceede the  a ver a ge  a nnual  plo at   0.03%  of   the  da ta The  values   of   the  sci ntil la ti on   fades  for  each  m on th  and  the  per centa ge   nu m ber   of   dat are   ta bu la te d i Ta ble 4.       Table  4 Me as ur e m on thly   di stribu ti ons  of  sci ntil la ti on  f a de s   Scin tillatio n   Fad es (dB )   Nu m b e o f  Data  ( %)   Jan   Feb   Mar ch   Ap ril   May   Ju n e   Ju ly   Au g   Sep t   Oct   No v   Dec   0 .1   8 6 .5   8 7 .88   8 6 .7   8 8 .5   9 0 .2   8 9 .8   9 0 .2   9 1 .1   9 2 .07   9 0 .7   9 2 .6   9 1 .4   0 .2   1 2 .33   1 0 .52   1 1 .64   1 0 .4   9 .1 8   9 .78   9 .25   8 .3   7 .67   8 .74   7 .36   8 .43   0 .3   0 .97   0 .87   1 .37   0 .96   0 .48   0 .40   0 .51   0 .48   0 .17   0 .45   0 .01   0 .17   0 .4   0 .13   0 .3   0 .24   0 .11   0 .05   0 .04   0 .04   0 .08 7   0 .03   0 .04       0 .5   0 .03   0 .15   0 .04   0 .01 8   0 .01 8   0 .00 6     0 .01 3   0 .02 8   0 .01       0 .6   0 .02   0 .07 5   0 .00 3 6   0 .00 3 2   0 .01   0 .00 3     0 .00 4 5   0 .01 8   0 .00 6 3       0 .7   0 .00 8   0 .06 7       0 .00 8         0 .01 4         0 .8   0 .00 6   0 .03 6       0 .00 5         0 .01         0 .9   0 .00 2 1   0 .02 7       0 .00 3         0 .00 7         1 .0     0 .02 4               0 .00 4             4 .4 .     C ompari so o me as ur ed  d ata  w ith   t he ex is ting sci nt il lation  m odel s   The  f our  m od el s:  K arasa w a,  IT U - R,  V an  De  Kam p ,   an OT U N G   are  c om par ed  a gainst    the  m easur ed  cum ulati ve  distribu ti on.   The   com par ison  ac cordin t the  locat ion ,   el eva ti on   a ng le ,   f re qu e ncy   and   data  sa m pling   are  ta bula te as  in  Table  5.   All  the  cum ulati ve  distrib ut ion   of   the  pr e dicti on   m od el wer e   com pu te us i ng  the  eq uatio ns  el abo rate in  the  li te rature  rev ie w Fro m   Figu re  it   can  be  de duc ed  that    the  an nu al   m easur e plo exceed the  s ci ntil la ti on   fad es  f or  Ka ra sawa.  Sim il ar ly fr om   Figu re  7,     the  sci ntil la ti o fa des  f or   IT U - R   is  unde predict ed  the  a nnual  m easur ed  plo at   al per centages  of   ti m e.  Nex t ,   to  com pu te   t he   sci ntil la ti on   fad es   f or  Van  de  Kam p,   cl ou in f or m at ion   was  i nclu ded.  Ba sed  on  Fi gure  7,     the  annual  m easur e pl ot  exceed the  sci ntil la ti on   fad es  f or   IT U - m od el   whereas  for  OT UNG ,     the  sci ntil la ti o fa des  over  predict ed  the  a nnual  m easur ed   plo t.  H ow e ve r at   0. 3% the  annual  m easur ed  plo t   exceed the  O TUNG  sci ntil la ti on   fad e plot Fo this  rese arch   stu dy,  the   m easur ed  cu r ve  is  com par ed  with  the  oth e sci nti ll at ion   m od el to  see  w hether  the  sci ntil la ti on   am plit ud is  com par able  or  no t.  T he  f uture   wor for  this  stu dy is that t he  m eas ur e c urve is   m od ifie acco r ding to  the  ch ose sci ntil la ti on  m od el s.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  10 , No 3 J une  2020   31 36   -   3144   3142   Table  5 Pr e dic ti on   m od el s c om par ison   Res earc h   Locatio n   Elevatio An g le ( o )   Ty p e of  Anten n a /  Dia m et er  ( m )   Frequ en cy   (GHz )   Data  Sa m p lin g  ( s)   Satellite   Kara saw [ 2 1 ]   Ya m ag u ch i,  Jap an   4 - 30   Dish  Anten n a /  7 .6   1 1 .45 2   1   Intels at - V   ITU - R   [ 1 4 ]   Glo b al   >4   Dish  Anten n a /  3 - 36   7 - 14   NA   NA   Van  de Ka m p   [ 2 2 ]   Glo b al   3 - 33   D ish  Anten n a   7 - 30   0 .05   Satellite   Link s in  Euro p e,  Jap an   an d  US   OTUN [ 1 7 ]   Sp arsh o lt,  UK   2 8 .74   Dia m o n d  Shap ed   An ten n a /  1 .2   1 9 .77 0 4   0 .1   Oly m p u s   USM  [ 7 ]   Pen an g Mala y sia   4 0 .1   Cas seg rain An ten n a /  2 .4   1 2 .25 5   1 .0   Su p erbird C   II U [ 1 1 - 12]   Go m b ak ,  Kuala   Lu m p u r,   Mala y sia   7 7 .5   Dish  Anten n a /  2 .4   1 0 .98 2   0 .1   ME AS AT - 3   ASTRO  (M easu red)   Bu k it Jalil,  Ku ala  Lu m p u r,   Mala y sia   7 7 .5   Dish  Anten n a /  1 3   1 2 .20 2   0 .05   ME AS AT - 3B           Figure  7. Scint il la ti on  f ade of  pr e dicti on  m od el  a nd m easur e d data       5.   CONCL US I O N   In   c oncl us i on,   the  sat el li te  com m un ic at i on   st udy  per t ai nin t the   sci ntil la ti on   m od el ing   i   Ku - b an has  be en  repor te a nd  com par e with  the   pre vio us  sci ntil la ti on   m od el s.  T he  sci ntil la ti on   effe ct on   high  el evati on   ang le   a nd  hi gh  f reque ncy  ha ve  be en  a nal yz ed  an di scusse d.   T he  r es ults  of   t he  m e asur e sci ntil la ti on   data  fr om   Janu ar 20 16  ti ll   Dece m ber   2016  ar pr ese nted  in  this  pap e r.   Dat fr om   AS TRO  with   fr e qu e ncy  of  12.20 G Hz  and   el evati on  a ng le   of  77. 5 o   wer use to  ob s er ve  the  sci ntil la ti on   eff e ct in    the  tro pi cal   cl im at e.  The  raw  d at we re  proc essed  in  t he  MATL AB  to  gai su it able  c ut   off  f reque ncy.   The n,  the  ave rag c ut   off  f reque ncy  was  us ed  i th high  pa ss  filt er  of  or der   10  to  el im inate   any  prop a gatio f act ors   that  le ad  t ot her   pro pag at i on  ef fects.  T he   s ci ntil la ti on   data  wer e   th en  filt ered   a nd  div ide i nto  two:   sci ntil la ti on   fad es  an sci ntil la ti on   enh a nce m ents.  However,  this  pa per   is  on ly   fo c us e on   the  sci ntil la ti on  fad es  a nd   the r efore  the  data   fo sci ntil la ti on   e nh a ncem e nts  wer ig nor ed.   The  c um ul at ive   distribu ti on of  sci ntil la ti on   fa des  were  c ompu te base on  m on thly   a nd  an nual T he n,  the  a nnual   cu m ula ti ve  data  were   com par ed  with   the  six  existi ng   sci ntil la ti on   fad es  m od el   nam el Kar asa wa,   IT U - R,  O TUNG,  Van   de   Kam p,   An t hony - Ma ndeep ,   a nd N a di rah - Ra fiq ul   Ba sed  on  the  fin ding,  the  a nnual  m easur ed  sci ntil la ti on   fad es  ove predict ed  al oth er  e xisti ng   sci ntil la ti on   m od el s   w hich   ha the  hi gh est   sci ntil la ti on   fa des  rea ding.  T he  sci ntil la ti on   fa des  at   0.0 1%   f or   annual  m easure da ta   is  0.7 dB  w he reas  f or   OT UN is  0.55   dB,  Ka ra sawa  is  0.45   dB IT U - is  0.42   dB,   Nad i rah - Ra fiq ul  is  0.4  dB,   Van  de  Ka m is  0. 42  dB ,   an A ntho ny - Ma ndee 0.11   dB.  The refore ,     the  obj ect ives   of  this  resea rc st ud a re  m et   accor dingly wh ic a re:  to   a naly ze  the  sci nt il la t ion   data  obta ine for Ku - ba nd a nd to  co m par e a nd v al idate  the  resu lt with  ot her sci ntil la ti on  m od el s.   10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 P e r c e n t a g e   o f   T i m e   ( % ) S c i n t i l l a t i o n   Fa d e s   ( d B )     K a r a s a w a I T U - R V a n   d e   K a m p O T U N G A n t h o n y M a n d e e p N a d i r a h ,   R a f i q u l M e a s u r e d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Study  of tro pos ph e ric  scinti ll at io ef fe ct s in...  ( Nad ir ah Abd ul R ah i m )   3143   This  resea rc can  be  im pr ov ed  by  a naly zi ng   the  sci ntil la ti on   e nh a ncem e nts  f or   the  m easur e data   and   c om par it   with  the  ex ist ing   sci ntil la ti on   en ha ncem ents  m od el s.  I is   al so   recom m end ed  to  stud y     the  m on thly seaso nal,  di urna and   a nnual  st at ist ic of   both   sci ntil la ti on   enh a ncem ents  and   s ci ntil la ti on   fad es .   In   order   t kn ow   how  reli ab le the  m od el   is  fo t his  m e asur e data,  a   new   sci ntil la t ion   m od el   bas ed  on     the  m easur e data  nee to   be  c om pu te d.   Ther e f or e,   m or resea rc ac ti viti es  sh ould   be  ca rr ie ou after  com par ing t he a nnual m easure c um ulati ve  distrib ution wit the  o t her exis ti ng  m od el s.       ACKN OWLE DGE MENTS   The  aut hors  w ou l li ke  to  e xpress  grat it ud e   to  MEAS AT  Sate l li te   Syst e m   Sd n.   B hd.  ( MEAS AT)   for  data acce ss and Researc Ma nag em ent Centre ( RM C)  of   IIUM f or  the  f unding of th res earch u nd e th e g ra nt   schem e P - RIG S18 - 005 - 00 05 .       REFERE NCE S   [1]   B .   E lbe rt ,   Intro duct ion   to  Sa tell it e   Com m unic at i on ,”  Artech  Hou se,   2008 .     [2]   P.   Ti m oth y ,   W .   C.   Bosti an, a nd   J.  E .   Al lnut t ,   Sat el lite   Com m unic at ion ,   John W ile y   and   Sons ,   NJ ,   2003.   [3]   A.  G.  M.   Akhon di,   New  m odel   fo tropospher ic   scint illation  fl uc tua ti ons  and  inte nsit y   in  th V - band  for  the   ea rth - sate llit li nks ,”   T he  4th  W SE AS  Inte rnationa Confe renc o El e ct ronics,   Har dware,   Wirel ess  and  Optical  Comm unic ati ons ( EHAC ` 05)   Sal zbur g,   Austria,   2 015.   [4]   J.  Loui s,   Sate l lite  Com m unic ati ons S y stems   En gine er ing , ”  A Jo hn  W il e y   Son s,  Lt d ,   Publ ic a tions ,   2008.   [5]   J.  S.  Mande ep ,   Expe rimental   ana l y sis  of  tro pospheric   scin tilla t ion  in  North ern   Equatori al   W est  Malay s ia, ”  Inte rnational   Jo urnal  o f Phy sica Sc ie nc es ,   vo l. 6 ,   no .   7 ,   pp .   1673 1676,   2011 .   [6]   J.  S.  Mande ep,   e al. ,   Expe r imenta ana l y sis on   t ropospheri c amplit ude   scintill a ti o on  m edi um   a nte nna elevation   angl e   in   Malay si a,   Int .   J. Comput.   S ci.  Ne tw. Secur. ,   vol. 7, no.  2,   pp .   264 266 ,   2007.   [7]   M.  Singh,  J.  Sin gh,   S.  Idris,   S.  H assan,   and  F.  Ain,   Mea surem ent   of  tropospher ic sci nti llati on  fro m   sate ll it be ac o at  K u - band   i n   South East  As ia,”  J .   Comput.   Sc i. ,   v ol.   7 ,   no .   2 ,   pp .   2 51 254,   2007 .   [8]   J.  S.  Mande ep ,   A.  C.   C.   Y ee,  M.  Abdulla h ,   and   M.  T.   Isl am,  Tr opospheric   scin t il lation  m ea sure m ent in  K u - band  sate llit signa ls  on  ea r th - spac p at hs wit h   low  el e vat ion   angle, ”  Id ojaras vol. 115, no. 4, pp. 265 - 2 73,   2011 .   [9]   J.  S.  Mande ep,   S.  I.   S.  Hass an ,   M.  F.  Ain,   and  K.  Iga rashi ,   Tr opospheric   scin t il lation  m ea sur e m ent   in  Mal a y s i at   K u - band,   J .   E lectromagn.  Wa ves   Appl . ,   vo l. 22,  no.   8 9 ,   pp .   106 3 1070,   2008 .   [10]   I. 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                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  10 , No 3 J une  2020   31 36   -   3144   3144   [24]   Herre ra,   J. T. ,   Prior e,   M.  a nd  Mekonne n,   D.,   Troposphe r i Scint i llati on  S igna tur es:  Obs erv at ions  of  th Pos sible   Eff ect Thunderst orm s ha ve  on  G PS   Signal s,  2019 .   [25]   Pinho,  A.,  M ot a,   S.   and  Ro ch a,   A. ,   Qui ck   Overvi ew  Of  New  Scint ill at ion  D at ab ase ICT  Discov eries,    v ol.   2 ,   no .   1 ,   No v .   2019 .       BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS       Nad ir ah  Binti  Ab d ul  Rah im   o bta in e the   deg r ee B. Hons   (Com m unic at ions  Engi nee r ing)  in  2007  and  Master b y   rese ar ch   in  Comm unic at ions  Engi neeri ng  in  2013  fro m   Inte rna ti ona Islamic  Univer s ity   Mal a y si (I IUM ),   Malay s ia.  She  obtained   her   PhD   degr ee   in  S y s te m Engi ne eri ng  at  the   Schoo of   Engi ne eri ng,   U nive rsit y   of  So uth  Aus tra l ia ,   Maws on  La kes ,   Adela id e,   Aus tralia   in   June  2018 .   She   has   pre viou sl y   worked  as  Network  Inte gra ti on  Engi n ee r   in  M al a y si an  t el e comm unic at i on  compan y   c al l ed  Sapura   Secur ed  T ec hnolog ie s .   Her  r ese ar ch   int er ests  include  Sate llite  Com m u nic a ti on  S y s te m s ,   Program m ing  a nd  Engi ne eri ng   Mana gement.  She   is  cur r ent l y   working  as  a n   As sistant   Profess or  in  In te rn at ion a Islamic   Univer sit y   Mal a y si a,  under   the   Depa rtment  of  El e ctrical  and  Com pute Engi n ee r in g   te ac h ing  Program m ing  for   Engi ne ers  in   Undergra dua te l ev e l.   Nad ira h   is  m ember  of  I EE E ,   BEM a nd  I ET.         Hanis  Nab il ah  Ab Mulop   rec ei ved  the   d egr e e   B. Hons   (Com muni cations  Engi n ee ring)  in  2019  from   Inte rna ti on al   Islamic  Unive rsit y   Ma lay sia  (I IUM ),   Malay s ia .   She  pre viousl y   worked  as  a n   Inte rnship  Tr a i nee   at   Mal a y s i an  Com m unic at ions  and  Multi m edi Com m is sion  (MCM C),     gover nm ent a g ency   for   m ont hs.           Khair a y Bad ron   obta ine her   BEng  (2006),   Ms (2011)  and  P h. (2016)  from  Inte rna ti on al   Islamic  Univer si t y   Ma lay si (II UM ).   Previously ,   she  worked   a Pow er  Deli v er y   Engi n ee at   INTE Corp,   B a y an  L epa s,  Pen ang.     She  is  cur r ent l y   on of  th As sistant   Profess ors  at   Facul t y   of  Engi nee r ing,   IIUM .   She  rec e ntly   comm enc ed   her   rese arc ar ea in  Rada an Radi om et r y   rese arc h ,   quan ti f y ing  prop agation   eff ects   on  m ic rowave   and  m il li m et re  wav li nks.  Khair a y is  a   m ember  of  IEEE,   I EM, BEM  a nd  MTSF B.     She  has  publ ished   and  co - aut hor e m ore   tha 50   pape rs  in  Inte r nat ion al   Journal as  well   as  Confer ences  on  subjec ts  rel ati ng  to  wire le s s   propa gation,   sat el lite   comm un icati ons  and  r ada r   dat a   proc essing.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.