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.  3152 ~ 3157   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 10 i 3 . pp3152 - 31 57           3152       Journ al  h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   Sim ulation of LT E - TDD i n the  HAPS  cha nn el       Aws M ajeed  Al_ A w ad i 1 , M ohammed   J aw ad   Al _ Du j ai li 2   1 Com m unic at i on  and  Med ia Com m ission Ba ghda d ,   Ir aq   2 Depa rt m ent   of Electronic and  C om m unic at ion ,  Facul t y   of Engin ee ring ,   Univ ersity   of  Kufa ,   Ir aq       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   J un   20 , 2 019   Re vised  Dec   6 ,   2019   Accepte d  Dec   14 , 20 19     LT E  st ands  for  Long  Te rm   Evo l uti on.   Thi s  t ec hn olog y   enha n ce s  t he  data  ra te  and  ca p ac i t y   us ing  a  new  rad io   int erf a ce   and  a n  opti m iz ed  cor e  net work .   Thi s  progre ss   was  done  to   sati sf y   st anda rds  def i ned  for  th e  fourt h  gene r at io n   of  ce ll u la r  com m unic at ions  in  ITU.   LTE  has  two  t y p es  of  tra nsm ission:  Freque nc y   Divi sion  Duplex  (FD D)  and  Ti m e   Division  Dupl ex  (TDD).   Now aday s,  LTE - TDD  rap idly   G rows   and  ta kes  pla c e  of  old  f ix ed  cellular  comm unic at ions ,   li k e  W iMAX .   Another   upcoming  tech nolog y   in   the   comm unic ation  industr y   is  High  Am pli tude  Plat form   Sta ti o ns  (HA PS ).   Stud y ing  th e  capabi lit y   of  HA PS   as  a  base   stat ion  for  LT E - TD D  is  the   m ai n  purpose  of  thi s  pape r.   Sim ula t ions  have   done   using  HAPS  c hanne l  and   compare d  to  S ta nford  Unive rsit y   Int eri m   (SU I)  standa rd  c hanne ls  fo r   diffe ren t  sce nar i os.  Result s  were   compare d  to  achie ve  a  conc lusi on  on  HA P S   imp le m ent ation  for  LTE - TDD b ase d  on  B ER an d  data throughpu t.   Ke yw or d s :   HAPS   HA R Q   LTE   MIM O   OFDM   Copyright   ©   202 0   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Moh am m ed  J awad  Al   D uj ai li ,   Dep a rt m ent o f  Ele ct ro nic  and  Com m un ic at io n  E ngineeri ng ,   Faculty  of E ngineerin g,   Un i ver sit y o f Kufa,   Kufa,  Iraq .   Em a il :  Moh am m ed. chall ab @ uokufa .edu.i q       1.   INTROD U CTION   Nowa days,  ci ti es  are  gro wing  s o  fast  a nd   hence  bas e  s ta ti on s  s hould  be  re pla nted  to  m ai ntain    the  net wor k  c ov e ra ge.   Netw ork  plan ning  i s  a  ti m e - con sum ing   pr ocess  and  co sts  a  lot .  T he  best  s olu ti on  i s   us in g  a b ase  st at ion   that  ca n  r el ocate  easi ly ,  and  it s  com m u nicat ion   ta kes  a  m ini m u m   eff ect   of   m ulti path  f r om  bu il di ngs.  Be c ause  of   t he  hig h  al ti tud e  o f  HAPS,  it   ca n  pro vid e  a  c omm un ic at ion   li nk   sim i la r  to  sa te ll it es.   This  li nk   is  res ist ant  to  horizo ntal  m ulti path  and   m akes  H A PS  a  go od   al te rn at ive  for  fi xe d  la nd  base  sta ti on s.   Also ,   LTE  is  a  le adin g  te ch no l og y  in   cel lular  c omm un i cat ion   wit h  go od   su sta ina bili ty   against  dest ru ct iv e   eff ect s  in  ra dio   cha nn el s .  To  stud y  the  pe rfor m ance  of   LTE  on  HAP S,  the  dif fer e nt   sit uation  sh ould  be   si m ulate d.   In   [ 1]   MIM O  com m un ic at ion   wa s  analy zed  f or   HAPS,  bu t  thi s  arti cl e  do es   n o t  sim ula te   p hysic al   la ye r.   First  effor t   f or   im p lem entat ion   of   the  broa dband   ph ysi cal   la ye r  fo r  H AP S  w as  do ne  for     W iM AX   i n  [2 - 4] .  A fter  presenti ng  LTE   te chnolo gy  r esearche rs  sta r te d  to  stu dy  it s  i m ple m enta ti on   on     HAPS  [5 - 7] .  The  m ai n  si m ulati on   in  a rtic le s  stud ie s  F DD   ty pe  of   L TE  ti ll   tod ay .  Be cause  of  th e  good   perform ance  of  TD D - LTE  i n  fixe d  cel lular   netw orks,  this   paper  is  go i ng  to  sim ulate   t his  ty pe  of  LT E  for   HAPS.  I n  the  nex t  sect io n  L TE  te chnolo gy   is  intro duce d.  The  th ir d  sect ion   co ns ist s  of   HA P S  intr oduction  and  it s  cha nn el   si m ulati on   m et ho ds.  I n  the  four t h  sect ion   a   br ie f   in tro du ct io n  of  MIM O  is  pre sented .    In   the  fi fth  sec ti on ,  the  sim ul at ion   scena rio  is  exp la ine d.   I n  the  sixth  sect ion   res ults  with  com plete   discuss io n  is pr e sente d.   A t t he  en d  c oncl us io n  is m ade  on the  res ults.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Simulati on  of  LTE - TDD i n  th e H AP S  c hann el  (A. M. Al  A wad i)   3153   2.   LTE   Lo ng   Te rm   E vo l ution   (LTE )  is  a  sta nd ar d  f or   wi reless   broadba nd   c om m un ic at ion .  It  increases    the  capaci ty   and   data  rate  by   us ing   a  dif f eren t  ra dio   i nt erf aces  t og et he r  with  c or e  ne twork  im pr ov e m ents.     In  the  rad i o  i nterf ace,   LTE   us es  O rth ogonal   Fr e qu e ncy  Divi sion   M ulti plexing  (OFDM) .   This  is   a  m et ho d  of  encodin g  dig it al   data  on   m ulti ple  carrier  fr e qu e ncies  without  any  f reque nc y  gu a rd   ba nd.   Also ,  unli ke  UMTS   that  us es  fixe d  5   MHz  ba ndwidth,  LTE  ca n  util iz e  a  va riou s   ra ng e  of  ba ndwidt h  f ro m   1.4   MHz  t o  20   MH z .   This  al lows   op erators  to  fle xib il it y  to  cho ose   the  desire d  c onfig ur at io n  to   dep e nd  on  the ir  ded ic at e d  spe ct ru m   and   data  tra ff i c.  LTE  has  tw o  data  tra ns m i ssion   te c hnologies,  F reque nc y  Divi sio n  D uple x  (FDD )  an d  Tim e  Divisio n  Dupl ex  ( TD D).  Whi le   LTE - F DD  us es  paire d  f re qu e ncies  t o  up load  a nd  download  data,  L TE - TD D   us es  a   sin gle  fr e qu e ncy,   al te rn at in g  betw een  uploa ding   an d  dow nlo a ding  data  th r ough  ti m e.  The   rati o  betwee n  uploa ds   an d  do wn l oads  o n  an  L TE - T DD   netw ork  can  be  ch ang e d  dynam i cal ly ,  dep en di ng   on   wh et her  m or e  data  nee ds  to  be   sent  or  recei ve d.   Be ca us e  of   these  a dvanta ges,   now adays  LTE - T D D  is  use d  as   a  fixed   cel lula r  com m un ic at i on   s olu ti on  in  m any  countrie s.  This  te ch nolog y  is  the  be st  ch oice  f or   rea chin g   a n e w  e ra  of  c om m un ic at ion   [ 8,   9] .       3.   HAP S   High - Alti tud e  Plat fo rm   Stat io n  or   High - Alti tud e  Pse udo - Sa te ll it e   (H APS)  is  def ine d  as  "a  sta ti on   on  an  ob j ect   at   an   al ti tud e  of  20   to  50  km   and  at   a  sp eci fie d,  no m inal,  fixe d  point  relat iv e  to  the  Ea rth" .  This   platfo rm   is  ab le   to  deliver  hi gh - sp ee d  c onnect ivit y  to  use rs,   ov e r  area s  of   up   t o  40 0  km .  It  has  gaine d  sign ific a nt  inte rest  beca us e  HAPS  will   be  able  to  delive r  ba ndwi dth   a nd   ca pacit y  sim il ar  to  a  bro adb a nd  wireless  acce s s  netw ork  (su c h  as  W iM AX)   wh il e  prov i din g  a  co ver a ge   area  sim i la r  to  that  of   a  s at el li te .    It  can  pr ov i de   Line  of  sig ht  com m un ic at ion   sim i la r  to  G EO  sat el li te s,  wh ic h  gua ran t eed  lo w  la te nc y  and   m ini m u m   path   loss  eff ect s.  Also ,  m ulti ple  HAPS  platf orm s   can  be  synchro nized  to  f or m   a  cellular  netw ork   and   ta ke  ad va ntage  of   fr e qu ency  re us e.   H AP S  is   m or e  c os t  ef fici ent  th an  a  com m un ic at ion   sat el li te   and   is  m or e  flexible  t han  a  fixe d  la nd  base  sta ti on ,   with  al s o  a   bet te r  co ve rag e .  C on si der i ng  thes e  be nef it s,   H A PS  is   a f utu re  step  in  providi ng f ixe d  cel lular  co m m un ic at ion   [ 10] .    HAPS  c hannel   act s  li ke  sat ellit e  chan nel.  T his  cha nnel   ha s  a  li ne  of   si ght,  so   t ran sm itted  powe r   at te nu at ed   pro portio nally   to  the  s qu a re  of  the  distance .   Mostl y,  fa di ng  in  sat el li te   an d  HAPS  c hannel   descr i bes  us in g   Ri cean  distr ibu ti on  f unct ion,  bu t  in   de ns e  a reas  li ke   la rg e  ci ti es,  Ra yl ei gh   distr ibu ti on   functi on is  pr e f err e d.   The re a r e f our  m ajo r  cha nn el s   m od el ing   for HA PS:   ‐   Pr act ic al  m od el  ( desc ribe d  i n [ 11 - 14] )   ‐   Geo m et rical   m od el   ( descr i bed in [ 1, 15,  16] )   ‐   Stat ist ic al   m od el  ( desc ribe d  i n [ 2, 3] )   ‐   Mult ist at e  m od el  ( desc ribe d  i n  [4,  17 - 19] )   Most  of   t he  pr ese nted  c ha nn el s  for  H A PS  are  m od el le d  with  the   narrow band  assum pti on.   This   m eans  these  m od el s  do   no t  co ns i der   i ncohe ren t  ba ndwi dth   f or  bro adb a nd  com m un ic at io n.   Be c ause  of   tim e - var ia nt  na ture  in  real  c hannels,  broa dban d  c ha nn el s   m od el   us i ng  Tap ped   Delay   Line  (T DL ).   In   t his   m od el ,  each  ta p  ha s  di ff e ren t   weig hts  an d  di stribu ti ons.  A r ti cl es  [20 ,  21 ]   us e d  a  T DL  m od el   for  sim ulati ng   HAPS c ha nn el . T his p a pe r us es HAPS  m od el s p re sente d  in   these arti cl es.       4.   MI MO   Mult iple Inpu t  and  M ulti ple Outp ut ( MIM O)   is a  m et ho d  f or  m ulti plyi ng  the cap aci ty  o f  a  rad i o  li nk,   us in g  m ulti ple   transm issi on s   and   rec ei ving  an te nnas  to  ex plo it   m ulti path  pr opa gatio n.   Mult ipath  pro pa gati on   of  sig nal  is  t he  m ai n  lim i t er  f or  high  ra te   data  tra nsm issi on .  Re ce ived  sig nal  al so   s uffe rs  fro m   oth er  ph e nom ena like f adi ng, Co - Chan nel Inte r fere nce ( CC I ),  a nd Inter - Sym bo l In te r fer e nce  (ISI).   Wh e n  the r e isn' t   enou gh  kn ow l edg e   on  the   c hannel  in  t he  transm itter  or   channel  that  va ries  ve ry  fast ,  the  best  so l ut ion   is  div e rsity   cod in g  pro vid e d  by  MIM O.   I n  dive rsity   m e tho ds,   a  sing le   stream   (u nlike  m ult iple  strea m s  in  sp at ia l  m ul ti plexing)  i s  transm it te d,   bu t  t he  sig nal  i s  co ded  us i ng  te chn i qu e s  cal le d  s pace - ti m e  cod i ng.  T he  si gn al   is   e m itted  from   each  of  the  tra ns m it  antenn as   with  fu ll   or   ne ar  or t hogonal   co ding.  Dive r sit y  cod ing   e xploits   the  ind e pende nt  fad i ng   in  t he  m ult iple  antenn a  li nks  to   enh a nc e  sig na l  div ersit y.  A s  Pr op os ed  by  Vah id   Tarok h,   Nam bi  Sesh a dr i ,   an d  Ro be rt  Ca ld erb a nk,  th ese  sp ace - ti m e  cod es  (S TCs )  ac hieve  si gn i ficant  er ror   rate  im pr ov em ents  ov e r  si ngle - anten na  syst e m s.  Their  ori gin al   s chem e   was   base d  on  trel li s  c od es   but   the  si m pler  bloc k  co des  we re  util iz ed  by  Siavas h  Alam ou ti   to  dev el op  spa ce - tim e  blo ck - cod e s  (S TBC s)   [22] .     In   Alam ou ti   cod i ng,  tw o  c onsec utive  sym bo ls  a re  c od e d  co ded   i n  2  by   2  or t hogonal  m at rix.   Each   c olu m n  sent  f ro m   two  MIM O  a nten na s  at   each  burs t  of   tra ns m issio n.  I n  the   recei ver,  sig nals  gat her   from   two  MIM O  anten nas  an d  c om bin e  to  const ru ct   sent  sym bo ls .  In   t his  pa per,  Alam ou ti   cod i ng   is  im pl e m ented  us in g  2  by  2  MI MO sc hem e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une   2020   :    3 4 5 2   -   3 1 5 7   3154   5.   SIMULATI O N  S CEN A RI O   The  stim u la te d  al go rithm   is  s how n  in  Figur e   1.   At  the  first   ste p  of   al gorithm   ran do m   dat a  pr od uced.   The n  data  ar e  div ide d  int o  two  st ream s  for  each  MIM O  ante nna.  A fter  that   each  data  e ncode d.     In   the  e ncodin g  ste p,   fi rst  of   a ll ,  Cy clic  Re du nda ncy  Chec k  (CRC )  ad de d  to  data  stream   as  an  error - det ect ing   cod e ,  an d  the n   Re ed  So lom on   co des  ad de d  to  data  as  Fo r ward - Er ror - C orrecti on  (F EC )   cod in g.   At  le ast   data  cod e d  us i ng  V it erb i  an d  the n  m od ulate d  wi th  de fine d  m od ulati on  orde r.  The n  i n  OFD M  m od ulator   blo c k,   data  tra ns f or m ed  to   the  ti m e  do m ai n  us i ng  I nv e rse  Fast  F ourier   Tra nsfo r m   (I FFT) .   A fte r  that  guar d  ba nd  an d  a  cy cl ic   pr efix  (CP)   a dd e d  to  m od ulate d  dat a.  At  this  le vel,  Alta m on te   blo ck  queues  t he se  sy m bo ls  accor ding  to  STBC   and   TDD   sc hem e  f or   tra ns m issi o n.   Pr e pa red   dat a  transm i tt ed  t hro ugh  tim e - var yi ng   H APS  channe l .   Param et ers  of   this  cha nn el   ca n  be  def i ne d  by   the  us er .  I n  this  pa per,  just  the  dow nlin k  s i m ulate d  with  TD D   up li nk/d ownlin k  co nfi gurati on  ty pe  1.   It  m eans  half  of   t he   tim e   date  sent  from   HA P S   towa rd   a   rece iver  on  the  gr ound,  a nd  at   the   rest  of   the  ti m e,  ACK/N ACK  data   sent  bac k  to   the  HAPS.   At  t he  receiver   sid e,  data   cat ch  us i ng   Al tam on te   receiv er.  T his  recei ve r  com bin es  th e  sign al   f r om   t wo   c onsec utiv e  receives  a nd   al so   trie s  to  om it   c hannel  ef fects  from   i t.  In   the   OFDM  dem od ulato r  gu a rd  band  a nd   C P  e lim inate d.   Af t er  that  sign al   br i ng   ba ck  to  t he  f requ ency  dom ai n  us ing   Fast  Fou r ie r  Tra ns f or m   (F FT ).   In   t he  decode r,   blo c k  data  extract  us i ng   a   Vite rb i  decod er  an d  c orrecte d  us i ng   Re e d  So lom on   c od e s.  A fter  that ,   C RC   cod es  c hec ked   t o  see  receive d  da ta   is  valid  or  no t.   At  t his  le ve l,  if  we   ha ve  no  er ror  in   dat a  ACK   sent  ba ck  to   the  tra nsm itter  to   sen d  the   ne xt  data.  If  the  da ta   has  a n  er ror,   N ACK  sent   bac k  t o  the   t ran sm it te r  to  inf or m   it   for  s end i ng     the  sa m e  data.  Af te r  re sen ding  data  HA R Q  com bin es  two  new   recei ve d  sign al s   with  the   old er  one  to  in creas e   SN R.  T his  act ion   rep eat e d  f or   4  ti m es  if  an  er ror  do es  no t   el im inate .  The  nu m ber   of  su cce ssive  pa ck  of   receive d  data  com par e  to  t he   total   sent   da ta   stream   fo r  cal culat ing   t hroug hput.  At  la st  the  receive d  data   check e d wit h r aw dat a at t he  tran sm it te r  to calc ulate  BER .           Figure  1 .  Stim ulate d  al gorith m       6.   SIMULATI O N RESULT   First  of  al l,  it ’ s  bette r  t o  fin d  the   be st  set ti ng s   f or   com par in g  HA P S  c hannel  with  S UI   c ha nnel s .   Modula ti on  is  the  fi rst  c on ce r n.   So,  sim ulatio n  w as  done   usi ng  5   MHz   as   the  l ow e st  co m m ercial   ban dwidt h,   cy cl e  pr efix  e qu al   to  0.1 25  and   var io us   m odulati on s.  Fig ur e   2  s hows  th e  resu lt   of   thr oughpu t  again st  SN R   and Fig ure   3  s hows  a  BER  c om par ison agai ns t S NR.             Figure  2 .  Thr ough pu t a gain st  SN R     Figure  3 .   BER   com par ison ag ai ns t S NR   G e n e r a t e   D a t a E n c o d e r O F D M   M o d u l a t o r E n c o d e r O F D M   M o d u l a t o r A l a m o u t i T r a n s m i t e r H A P S C h a n n e l A l a m o u t i R e c i e v e r O F D M   D e m o d u l a t o r O F D M   D e m o d u l a t o r D e c o d e r D e c o d e r E r r o r   D e t e c t i o n R e c e i v e d D a t a C a l c u l a t e B E R C a l c u l a t e   T h r o u g h p u t Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Simulati on  of  LTE - TDD i n  th e H AP S  c hann el  (A. M. Al  A wad i)   3155   As  it   can  be  seen  in  t he  lo w  S NR  Q PS K  ha s  bette r  perform ance  than  t he  oth e r   m odulati on s .     In   th e  SN R  rate  higher  t han   4   dB,  BPS K  s hows  a  bette r  re su lt .  Be cause  of  the  hi gh   al ti tud e  of   H AP S ,  it   can  be  ex pected th at  the r ecei ved   sign al  h a s a low  SN R . S o QP SK   m od ulati on  selec te d  for  th e rest o f  sim ul at ion s .   Nex t  sim ulati on   w as  do ne  to   choose  t he  bes t  cy cl ic   pr efix .  Pr ope rtie s  are  set   to  5   M Hz  f or   ba ndwidt h,   QP S K  as  m od ulat io n  and   t he  CP  is   var ia ble.  Fig ure   4  s hows  t he   resu lt   of   th r oughput  agai nst   SN R  an d  Fi gur e   5  sh ows  a BER c om par ison agai ns t S NR.             Figure  4 .  Thr ough pu t a gain st  SN R     Figure  5 .   A  BE R com par iso n against  SN R       As  ca n be see n, CP  of   0.2 5 ha s the  best r es ul t, but hi gh e r  C P m eans w e s houl d  lose   a  gr e at  p ort io n  of  tim e  fo r  sen ding  re dunda nt  da ta .  CP  of  0.12 5  has  the sam e  ou tc om e  as  a  0.25,  s o  we  c hoose   it   as  the  m a i n  CP   for  the r est  of the  sim ulatio ns .   Nex t, sim ulatio n was do ne  to  ev al uate b a ndwidth  e ff ect s. I n  this sim ulati on  C P   equ al   to  0.1 25 ,  QP S K  as  m o du la ti on   an d  ba ndwidt h  is  var ia ble.  Fig ur e   6  sh ows  the  resu lt   of   th r oughput   against  SN R a nd Fig ure   7  s hows  a BER c om par ison  a gain st SNR.             Figure  6 .   T hr ough pu t a gain st  SN R     Figure  7 .  BER   com par ison ag ai ns t S NR       As  it   can  be  predict ed,   a  lowe r  band width   is  m or e  resist ant  to  the  no ise   of  the  channel.  S o,   5  MHz  of   band width   is  t he  be st  opti on   for  se nd i ng   dat a  in  the  HAPS   channel.   In   t he   nex t  ste p,   by  reachi ng   t o  th e  best   op ti on,  the  si m ula t ion   was  done  to  com par e  the  HAPS  channel  with  S UI   cha nnel s.  S UI   cha nnel s  add   verb   com plete ly   in  [23 ,   24 ] .  SUI - 1  &  S UI - 2  defi nes  m os tl y  flat   te rr ai n  wit h  l igh t  tree   den s it ie s.  It  c orres po nd s   to   m ini m u m  p at h  loss cond it io ns com fo rt f or subur ban  are as.  SU I - 2  has  m or e d el ay  sp rea d  than  S UI - 1. S UI - 3 &   SU I - 4  de fines  hill y  env iro nme nt  bu t  ra re  ve getat ion , o r  high  ve getat ion  but  flat   te rr ai n.   I nterm ediat e  path  loss   conditi on  is  ty pical   of  this  ca te gory  an d  ca n  m od el   urban  area  f or  sm al l  to  m ediu m   ci ties.  A gain   S UI - 4  has   m or e  delay   spread  t han   SUI - 3.   S U I - 5  &  S UI - 6  de fines  hi ll y  te rr ai n  with  m od erate - to - heav y  tree  de nsi ti es,  wh ic h  res ults  in  the  m axi m um  path  loss.  It  us ed  t o  m od el   m et ro po li s  with  la rg e  bu il di ng s .  S UI - 6  has   m or e   delay   sp r ead  t ha n  S UI - 5.   F or   these  sim ulati o n  pr op e rtie s  se t  to  the  ba ndwi dth   of   5   M Hz,   the  cy cl ic   pr efi x  of   0. 125  a nd   m odulati on   of   QPS K.   Fi gure   8  shows  t he  re su lt   for   th rou ghput  against  S NR  and   Fig ur e   9  s ho ws     a BER  co m pari so n agai ns t S NR   [25 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une   2020   :    3 4 5 2   -   3 1 5 7   3156         Figure  8 .  Thr ough pu t a gain st  SN R     Figure  9 .   BER   com par ison ag ai ns t S NR       As  it   can  be  s een,  the  H APS  channel  has  a  si m i la r  beh a vior   as  the  SUI - 3  &  SUI - 4  a nd   act   away   bette r  tha n  SUI - 5  &   S UI - 6.  I t  m eans  us i ng  HAPS  for  T D D - L TE  in   the  urba n  area   is  a   good  decisi on .  As   it   m entioned  SUI - 3  ha s  lo w  s pr ea ding  delay   &  SUI - 4  has   a  m ediu m   sp read i ng   delay .   HAPS  has  a  bette r  perform ance  than  SUI - 4  un de r  SN R  rate  eq ual  to  0   dB,  a nd  al so   ha s  a  be tt er  per f orm ance  than  S UI - 4  unde r  SN R  rate  e qua l  to  - 3   dB.  It  s hows  t hat  in  the  en vir onm ent  with  hi gh   no ise ,  or   c on diti on s   that  can  r ecei ve   enou gh   po we r  in  the  recei ver  po i nt,  H APS  has  bette r  pe rfor m ance  f or   th e  urba n  area .  I n  the  s uburb an   area s   fixe d  la nd  net work  act   bette r   than   the   H APS  de pe nds  on  the  resu lt   for  S UI - 1  &  SUI - 2.  At  the   ne xt  se ct ion,     a m or e com pr e hensi ve  c oncl usi on takes  f or  t his c om pa rison.       7.   CONCL US I O N   In  t he  m et ro poli s an d hil ly  terrain wit h  m od e rate - to - hea vy t ree d e ns it ie s, HA PS  is t he  best  ch oice  for   a  cel lular  netw ork.   In   t he  ur ba n  area  with  m edium   bu il ding   den sit ie s,  if  t he   fixe d  la nd  ne twork  ca n’ t  prov i de   enou gh  po wer,   H AP S   ha s  a  be tt er  pe rfor m ance   i n  the   lo w  SN R  rate.  J us t  in  the   flat   a rea  with  l ow  de ns i ti es  of  trees  and   bu il ding  li ke  suburba n,   the  fi xe d  la nd   netw ork  pe rfor m s  bette r  than  H APS.  H ow e ver,  in  these   reg i on s ,  HAPS   has  oth e r  s upe rior it y.  HAPS  ha s   c overa ge  of  ab out  40 0  km,  w hile  m axi m um   co ver a ge  of  la nd  base  sta ti on  is  lim it ed  to  70  km   in  the  i deal  conditi on.  So,  it   can  be  c on cl ud e d  t hat  HAP S  can   s uccessi vely   su pe rse de  t he  f ixed  la nd cell ul ar n et work f or TDD - LTE tec hnology.       REFERE NCE S   [1]   E. T .   Mich ailidi s   and  A. G.   Kan at as,   "S ta ti st ical   sim ula ti on  m o del ing  of   3 - D  HA P - MI MO   cha nnel s,"  W ireless  Pe rs onal  Comm unic ati ons ,   vol .   65,   no .   4 ,   pp .   83 3 - 841,   2012 .   [2]   I. - R.   Pa lma - L a z gar e,  J. - A.  Delg ado - Penin,   F .   Pere z - Font an,   "A n  adva nc e  in  wi rel ess  broa db an d  comm unic at io ns  bas ed  on  a  W i MA X - H AP S   arc hitect ur e, "  in  26th  int ernati on al  communic ations   satel li te   sy stems  conf ere nc e   ( ICSSC ) ,   2008.   [3]   E.   T .   Mich ai l idis   and  A.  G.  Kan at as,   " Thre e - d imensional   HA P - MIM O  cha nnel s:  Modeli ng  and  ana l y sis  of  spac e - ti m e  cor r elati on , "  IEE E   Tr ansac t ions o n  V ehicula r Tec hnology ,   vo l.   59 ,   no .   5 ,   pp .   2 232 - 2242,   2010 .   [4]   D.  R.   Putro,  " P erf orm anc e  ev al ua ti on  of  bro adba nd  W iMAX   s erv ic es  ove r  high  al t it ude  pla tforms   (HA P s)  Com m unic at ion  Channe l, "  IC WMC'08,   The  F ourth  Inte rnational   Confer enc e  on  Wire le ss   a nd  Mobile   Comm unic ati ons ,   IE EE ,   pp .   55 - 5 9,   2008   [5]   S.  Gratsia   and   M.  Erna wan,   "LT E  upli nk  c el lular  ca p acit y  ana l y s is  in  a  high  al ti tud e  pla tforms   (HA P s )  comm unic at ion,"  in  11th  Inte r nati onal  Conf ere nce   on   Te leco mm unic ati on  Sy stems  Serv ic es  and  Appl i cat ion s   ( TSSA ) ,   IEE E ,   p p.   1 - 5 ,   2017 .   [6]   M.  R.   K.  Aziz,  "Channe l  est imation  for  LT E  downlink  in  high  a lt i tude   platform s  (HA Ps )   sy stems , "   in  Inte rnationa l   Confe renc e  of   In formation  and  C omm unic ati on  T ec hnolog y  ( ICoICT) ,  IEE E ,   pp.   1 82 - 186,   2013 .   [7]   M.  Aziz,  "A   stu d y   of   HA PS - LT E  downlink  cha n nel   p erf orm anc e   sim ula ti on  dep lo y ed   for  h igh  spe ed  user  v ehi c le,"  in   8th   Inte rnat io nal  Conf ere nce  on  Telecomm unic ati on   Syste ms   S erv ices and Appl ic ati ons ,  IE EE ,   pp.   1 - 5 ,   2014 .   [8]   S.  Sesia,  M.  B a ker ,   and  I .   Toufik,  " LTE - th e  U MTS  long  t erm  evo lut ion :  from   the or y   to  pr ac t ice, "   John  W ile y   &   Sons ,   2011.   [9]   B.   Furht  and  S.   A.  Ahs on,   " Lon g  Te rm   Evol ut io n:  3GP P L TE radio  and   c el lu la r   t ec hnolo g y , "   Crc   Press ,   2016.   [10]   X.  Cao,  P.  Ya ng,   M.  Al ze n ad ,   X.  Xi ,   D.   W u,   and   H.  Yan i ko m ero glu,   "A i rborne   comm unic a ti on  n et work s:     A surve y , "  IE EE J ournal  on   Se lecte d   Areas in Co mm unic ati ons ,   v ol.   36 ,   no .   9 ,   pp .   1907 - 1926,   201 8.   [11]   L.   Han zo,  Y.   (J os)  Akhtm an,   L .   W ang ,   and   M.   Jiang ,   " MIM O - OF DM   for  LT E,   W i - Fi  and   W iMAX , "  ed:   John   W il e y   and   S ons  Lt d . ,   Uni te d  Kin gdom ,   2011.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Simulati on  of  LTE - TDD i n  th e H AP S  c hann el  (A. M. Al  A wad i)   3157   [12]   H.  S.  W ang  an d  N.  Moay eri,  "F ini te - sta te   Mar kov  cha nnel - a  useful  m odel   for  rad io  comm uni ca t ion  cha nne ls, "  IEE E   Tr ansacti o ns on  Ve h ic u lar  Technol ogy ,   vo l. 44,  no.   1,   pp.   16 3 - 171,   1995 .   [13]   J.  L.   Cu eva s - Ruí z  and  J.  A .   De lg ado - Penín,   "Ch a nnel   m odel ing   a nd  sim ula ti on  in   HA PS   sy st ems , "   In   Proce ed ing s  of  th e  F if th   Euro pean  Wire le ss   C onfe renc e , Spai n,   pp .   24 - 27 ,   20 04.   [14]   A.  Im ran   and  R.   Ta fa zol l i,   "P erf orm anc e  &   c apaci t y   of  m obil e  b roa dband  W iMAX   (802. 16  e)  depl o y ed  vi a  hig h   al titude   platform , "  in   Wireless   Co nfe renc e,  IEEE ,   pp.   319 - 323 ,   20 09.   [15]   J.  L.  Cueva s - Ru iz   and   J.  A.   Del gado - Penín,  "A   stat isti ca l   sw it ch ed  broa db and  c hanne l  m ode l  fo r  HA PS   li nks,"     in  WCNC ,   pp.   2 90 - 294,   2004 .   [16]   I. R.   Pa lma - Lázg are ,   J. A.  De lga d o - Penín,   "W iMAX   haps - base d  downlink  per for m anc e  emplo y in g  geometrica l   an d   stat isti ca l   propa g at ion - cha nne l ch ara c te rist ic s,"   URSI  Rad io  S ci en ce   Bul l et in ,   vo l.  2010,   no .   333 ,   p p.   50 - 66 ,   2010 .   [17]   A.  Gh osh,  D.  R .   W olt er,   J.  G.  Andrews ,   and  R .   Chen,   "Broadb and  wire le ss   ac c ess  with  W i Max/802. 16:  cur r ent  per form anc e   ben chmarks a nd  fu t ure   pot ent i al,"  I EE E   Comm unications  Magazine ,  vol .   43 ,   no .   2 ,   p p.   129 - 136 ,   200 5.   [18]   C.   Ho y m ann,   "A naly s is  and  per form anc e  e val u ation  of  the   OF D M - base d  m et ropoli ta n  ar ea   ne twork  IEE E  802. 16 , "   Computer  Net wo rks ,   vol .   49 ,   no .   3,   pp .   341 - 363 ,   2005.   [19]   R.   Miura  and  M.  Oodo,  "W ir el ess  comm unic at ions  s y stem  using  strat ospheri c  pla tforms :  R  and  D  progra m   on  te l ec om   and   bro adc ast ing  s y s tem   using  high  a ltitude  platform   st at ions,"  Journal   of  the  Comm unic ati on   R ese arc h   Labor atory ,   vol. 48, pp. 33 - 48,   2 001.   [20]   Z.   L ia n,   L.   Ji an g,   and  C.   He ,   " A  3 - D  wideba nd  m odel   base d  o n  d y nami c  evolution  of  sca t te r e rs  fo r  HA P - MI MO  cha nne l, "  I EEE  Comm unic ati ons Let t ers ,   vol .   21 ,   no .   3 ,   pp .   684 - 6 87,   2017 .   [21]   Y.  Ding,   Y.  Xi a o,   J.  Xie ,   and   T.  Zha ng,   "A   ti m e - var y ing  tr ansit i on  cha nne l  m odel   for  ai r - ground   comm unic at ion , "   IEE E /A IA A  36 th   Digit al   A vi oni cs   Syste ms   Conf ere nce ( DASC) ,   pp.   1 - 8 ,   2017 .   [22]   S.  Alamouti,   P.  Poon,  and  V.  T a rokh,   "Low  complexi t y   m ax imum   li kel ihood  d etec t ing   of  con ca t ena t ed  spac e  cod es   for  wire l ess a ppl ic a ti ons , "  ed:   Go ogle   Pa te nts,   20 02.   [23]   R.   Jain ,   "Cha nne l  m odel s: A   tut or ia l , "  in   WiMAX f orum   AA TG ,   pp.   1 - 6,   2007.   [24 ]   Cueva s - Ruíz,  Jo sé  Lui s,   and  Jo sé  A.  Delg ado - Penín.   "Chann el  m odel ing   and   sim ula ti on  in   HA PS   sy stems , "   European  Wire l ess 2004 ,   pp .   24 - 27 ,  2004 .   [2 5 ]   Jac kson,  T hom a s,  George   Ea p en ,   and  Fa  Dai ,   "L ine ar iz ed  of fset  QP SK   m odula ti on  uti lizing  a  si gm a - del ta   b ase d   fre quency   m odu l at or, "   U.S.  Pa te n t  No.   6, 975 , 687.   13  Dec .   2005 .       BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS       Aw s  Maj ee d  G halib   Alaw adi ,  As socia te   Dire ctor  of  the   comm u nic a ti on  Regulat or y   Authori t y ,  Hea d  of  al l oc ation  fre quency   aff ai rs  Depa r tment  Com m unic at io n  and  Media  Comm ission,  Baghda d ,   Ira q .   E m ai l:   A.m ajee d @cm c. iq             Mohamme d   Ja w ad  Al_Du jail i  AL_k haz ra ji   awa rd ed  B. S.  degr e e  in   comm unic at ion   engi ne eri ng  fro m   Univer sit y   of   Al - Furat  Al - Aw sat  T ec hni cal,  T ec hni ca l   Coll ege  of  Eng ineeri ng ,  Naja f ,   Ira q   in  2008  and  M.S.   degr e e  in   comm unic at ion   s y st em  engi ne eri ng   from   Ferdows i   unive rsit y ,   Ira n ,   in  2018 .   Curr e ntly ,   h e  is  a  m e m ber   staff   at   th e  Depa rtmen t  of   El e ct roni c  and  Com m unic at ion,  Facul t y   of   Enginee ring ,   Univer s ity   of  Kufa ,   Ira q .   His  rese ar ch  in te rest  inc lud es   the   dev el opm ent  of  W ire le ss   comm unic at ions  and  signal   proc es sing  as  well   as  image,   spee c h   proc essing  and   r ada r,   5G.   Email:   Moham m ed. challa b@uokufa . ed u. iq       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.