I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   8 ,   No .   4 A u g u s t   201 8 ,   p p .   2 2 5 4 ~ 2 2 6 0   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 8 i 4 . p p 2 2 5 4 - 2260           2254       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   Propa g a tion Path  Lo ss  Mo deling  and O utdoo r Cov e ra g M ea sure m e nts   R ev ie w   in Milli m et er Wav e Ba nds  f o   5 G   Cellu la Co mm uni ca tions       M o ha m m e d B .   M a j ed 1 ,   T ha r ek   A.   Ra h m a n 2 O m a r   Ab d ul  Aziz 3   1 , 2, 3 W irele ss   Co m m u n ica ti o n   Ce n t e (W CC),   F a c u lt y   o f   El e c tri c a En g . ,   Un iv e rsiti   T e k n o l o g M a lay si a   (UT M ),   Jo h o r ,   M a lay sia   1 De p a rtme n o f   Co m p u ter S c ien c e ,   Co ll e g e   o f   S c ien c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   Un iv e rsit y   o f   Hu m a n   De v e lo p m e n (UH D),  A s su la y m a n i y a h ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J a n   19 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Mar   2 9 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A p r   1 4 ,   2 0 1 8     T h e   g lo b a b a n d w id th   i n a d e q u a c y   f a c in g   w irele s c a rriers   h a s   m o ti v a ted   th e   e x p lo ra ti o n   o f   th e   u n d e ru ti l ize d   m il li m e ter  w a v e   ( m m - w a v e )   f re q u e n c y   sp e c tru m   f o f u tu re   b ro a d b a n d   c e ll u lar  c o m m u n ica ti o n   n e tw o rk s,  a n d   m m Wav e   b a n d   is  o n e   o f   th e   p ro m isin g   c a n d id a te d u e   to   w id e   sp e c tru m .   T h is  p a p e p re se n ts  p ro p a g a ti o n   p a th   lo ss   a n d   o u t d o o c o v e ra g e   a n d   li n k   b u d g e m e a su re m e n ts  f o f re q u e n c ies   a b o v e   6   G Hz   ( m m - wa v e   b a n d s)  u sin g   d irec ti o n a l   h o rn   a n ten n a a t h e   t ra n sm it ter  a n d   o m n id irec ti o n a a n ten n a a t   th e   re c e iv e r.   T h is  w o rk   p re s e n ts  m e a su re m e n ts  sh o w in g   th e   p ro p a g a ti o n   ti m e   d e lay   sp re a d   a n d   p a th   lo ss   a a   fu n c ti o n   o f   se p a ra ti o n   d istan c e   f o d if fe re n f re q u e n c ies   a n d   a n ten n a   p o i n ti n g   a n g les   f o m a n y   t y p e o f   re a l - w o rld   e n v iro n m e n ts.   T h e   d a ta  p re se n te d   h e re   sh o w   th a t   a 2 8   G Hz ,   3 8   G H z   a n d     6 0   G Hz ,   u n o b stru c ted   L in e   o f   S it e   (LOS c h a n n e ls  o b e y   fre e   sp a c e   p ro p a g a ti o n   p a th   lo ss   w h il e   n o n - L OS  (NL OS)  c h a n n e ls  h a v e   larg e   m u lt ip a th   d e lay   sp re a d a n d   c a n   u ti li z e   m a n y   d iff e r e n p o i n ti n g   a n g les   to   p r o v id e   p ro p a g a ti o n   li n k s.  A 6 0   G Hz ,   th e re   is  m o re   p a th   lo ss   a n d   sm a ll e d e la y   sp re a d s.  P o w e d e la y   p ro f il e P D P w e re   m e a su re d   a e v e r y   in d iv id u a l   p o i n ti n g   a n g le  f o e a c h   T X   a n d   RX   lo c a ti o n ,   a n d   in teg ra ti n g   e a c h   o f   th e   P D P s   to   o b tain   re c e iv e d   p o w e a a   f u n c ti o n   o f   p o in ti n g   a n g le.  T h e   re su lt   sh o w th a th e   m e a n   RM S   d e lay   s p re a d   v a ries   b e tw e e n   7 . 2   n a n d   7 4 . 4   n f o 6 0   G Hz   a n d   2 8   G Hz   re sp e c ti v e l y   in   NL OS  sc e n a rio .   K ey w o r d :   5G   M m - w a v e   P DP s   P r o p ag atio n   p ath   lo s s   R MS  d ela y   s p r ea d   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo h a m m ed   B .   Ma j ed ,   W ir eless   C o m m u n icatio n   C e n ter   ( W C C ) ,     Facu lt y   o f   E lectr ical  E n g . ,   Un i v er s iti  T ek n o lo g i M ala y s ia   ( UT M) ,     J o h o r .   Ma lay s ia .   E m ail:  m o h a m m ed . m aj ed @ u h d . ed u . iq       1.   I NT RO D UCT I O N   W ir eless   co m m u n icatio n s   te ch n o lo g y   h a s   b ee n   d ev elo p ed   f ast  an d   f r eq u en tl y   to   p r o v id th r eq u ir e m en ts   f o r   th m o d er n   tech n iq u es   in   d i f f er en ap p l icatio n s .   Ho w e v er ,   th h i g h   d ata  r ate  an d   f as co m m u n icatio n   d e m an d   in cr e ases   m o r an d   m o r [ 1 ] .   I n   t h y ea r   2 0 2 0 ,   w ir el es s   d ata  tr af f ic  is   ex p ec ted   to   in cr ea s b y   1 0 0 0   f o ld   an d   m a y   i n cr ea s b y   1 0 , 0 0 0   f o ld   b y   2 0 2 5   [ 2 ] .   Fo r   ce llu lar   co m m u n icatio n ,   th e   ce ll u lar   ca p ac it y   m u s t b in cr ea s ed   to   f ac th g r o w in g   tr af f ic  d e m a n d .   T o d ay   t h er ar a   lo o f   m u lti m ed ia  s er v ices   ar is e s   w it h   th e   ev o l u tio n   o f   th e   m o b ile  d e v ic es  i n d u s tr y   an d   r ap id   d ev elo p m en i n   t h m o b ile  co m m u n icatio n   s ec to r   an d   th u s i n g   o f   m o b ile  co m m u n icat io n   at  th e s e   d ay s   d o es  n o d ep en d   o n   v o ice  co m m u n ica tio n   o n l y ,   it  in cl u d es  also   b r o ad b an d   an d   m u lt i m ed ia  s er v ice s   th a t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       P r o p a g a tio n   P a th   Lo s s   Mo d elin g   a n d   Ou td o o r   C o ve r a g Mea s u r eme n ts   R ev iew   . . .   ( Mo h a mme d   B .   Ma jed )   2255   th m o b ile  co m m u n icat io n   in f r astru ct u r ca n   s u p p o r t,  b u o n   th f ir s p lace   is   al w a y s   u s er   d em an d   f o r   h ig h   m o b il it y ,   h ig h   d ata  r ate  a n d   h ig h   av ai lab ilit y   [ 3 ] .   All  th ese  u s er   r eq u ir e m e n ts   m a k th m o b il e   co m m u n icatio n   i n d u s tr y   s ea r ch in g   f o r   n e w   tec h n o lo g y   an d   n e w   f r eq u e n c y   s p ec tr u m   to   s u p p o r th eir   in f r astru ct u r to   m ee t h u s er   r eq u ir e m en t s   [ 4 ] .   T h ex p er ien ce s   o f   c u r r en m o b ile  an d   w ir eles s   co m m u n icatio n s   n et w o r k s   h a v s h o w n   t h at  d ata  tr a f f ic,   es p ec iall y ,   is   g r o w i n g   m o r t h a n   a n ticip ated .   T h is   d ev elo p m en t   is   p r o v id in g   a   s i g n i f ica n c h alle n g to   t h d ev elo p m e n o f   f u t u r m o b ile  an d   w ir eles s   co m m u n icatio n   n et w o r k s   [ 5 ] .   I is   en v i s io n ed   th at  f u t u r I MT   s y s te m s ,   i n   ad d itio n   to   o th er   f ea tu r es,  w ill  n ee to   s u p p o r t v er y   h i g h   th r o u g h p u t d ata  lin k s   to   co p w i th   t h g r o w t h   o f   t h d ata  tr af f ic  [ 6 ].   I n ter n atio n al  m o b ile  telec o m m u n icat io n s   ( I MT ) - ad v an ce d   s p ec if icatio n s   o f   f o u r t h   g e n er atio n   ( 4 G)   ter r estrial  m o b ile   telec o m m u n icatio n   w er ap p r o v ed   b y   t h i n ter n a t io n al   telec o m m u n i ca tio n   u n io n   r ad io   s tan d ar d s   s ec to r   ( I T U - R )   in   J a n u ar y   2 0 1 2 .   Me an w h ile,   t h d r a m atic  g r o w t h   o f   m o b ile  d ata   s er v ices  d r i v en   b y   w ir ele s s   I n ter n et  a n d   s m ar t   d ev ices   h a s   tr i g g er ed   th e   i n v e s ti g atio n   o f   5 f o r   t h n ex g en e r atio n   o f   ter r estria l   m o b ile  te leco m m u n ica tio n s   [ 7 ].   5 w ir eles s   n e t w o r k s   ar ex p ec ted   to   b m i x tu r o f   n et w o r k   t ier s   o f   d if f er e n s izes,  tr an s m i p o w e r s ,   b ac k h a u l   co n n ec tio n s ,   d if f er en r ad io   ac ce s s   tec h n o lo g i es  ( R A T s )   t h at  ar e   ac ce s s ed   b y   an   u n p r ec ed en te d   n u m b er s   o f   s m ar a n d   h eter o g en eo u s   w ir eles s   d ev ices  [ 8 ] .   T h is   ar ch itect u r al   en h a n ce m en alo n g   w it h   th e   ad v an ce d   p h y s ical  co m m u n icatio n s   tec h n o lo g y   s u c h   as   h ig h - o r d er   s p atial  m u ltip lex in g   m u ltip le - in p u m u ltip le - o u tp u ( MI MO )   co m m u n ica tio n s   w ill   p r o v id h i g h er   ag g r e g ate  ca p a cit y   f o r   m o r s i m u lta n eo u s   u s er s ,   o r   h ig h er   le v el  s p ec tr al  e f f ic ie n c y ,   w h e n   co m p ar ed   to   th 4 n et w o r k s   [ 9 ].       2.   RADIO   P RO P AG AT I O M O DE L   A   r ad io   p r o p ag atio n   m o d el  i s   an   e m p ir ical  m at h e m at ical  f o r m u latio n   f o r   t h ch ar ac ter izatio n   o f   r ad io   w a v p r o p ag atio n   as  a   f u n ctio n   o f   f r eq u en c y ,   d is ta n ce   an d   o th er   c h ar ac ter is tic s .   A   s in g le  m o d el  i s   u s u all y   d ev elo p ed   to   p r ed ict  th b eh a v io r   o f   p r o p ag atio n   f o r   ev er y   s i m i lar   lin k   u n d er   s i m i lar   co n s tr ain ts .   T h e   ess e n tial  a i m   o f   s i g n al  p r o p ag atio n   i s   to   f o r m al ize  h o w   t h s ig n al  ca n   p r o p ag ate  f r o m   o n p o in to   a n o t h er .   On l y   in   s u c h   s it u atio n   ca n   t y p ica m o d el  p r ed ict  th p ath   lo s s   ef f ec o n   a n   ar ea   co v er ed   b y   s i n g le  o r   m u l ti   tr an s m itter   ( s )   [ 10 ] .   I n   w ir eless   co m m u n icatio n s ,   r ad io   p r o p ag atio n   b et w ee n   b ase  s tatio n   an d   ter m i n als  i s   af f ec ted   b y   s u c h   m ec h a n i s m s   as scatter i n g ,   d if f r ac tio n   an d   r ef lectio n   [ 1 1 ].   T h r ad io   co v er ag is   d eter m i n ed   b y   r ad io   s i g n al  p at h   l o s s ,   w h ic h   in cr ea s es  w it h   in cr ea s i n g   f r eq u en c y .   T h R p o w er   o f   r ad io   s ig n als   w o u ld   b r ed u ce d   w h e n   r ad io   s i g n als   h a v tr av elled   o v er   a   co n s id er ab le  d is ta n ce .   T h er ef o r e,   in   m o s ca s es,  t h e   s y s te m s   w it h   h i g h er   f r eq u e n cie s   w i ll   n o o p er ate  r eliab l y   o v er   th d is tan ce s   r eq u ir ed   f o r   th co v er ag ar ea s   w it h   v ar ied   ter r ain   ch ar ac ter is tics   [ 12 ] .   Fo r   clea r   lin o f   s ig h ( L OS)   p r o p ag atio n ,   th r an g b et w ee n   th tr an s m itter   an d   r ec eiv er   is   d eter m in ed   b y   th f r ee   s p ac p ath   lo s s   eq u atio n ,   g i v en   b y :                        [            ]                             ( 1 )     w h er d   an d   λ   ar th r an g an d   w av ele n g t h   in   m eter s ,   r esp e ctiv el y .   I n   No n - L i n e - of - S ig h ( N L OS )   ca s es,  th p er f o r m an ce   o f   h ig h er   f r eq u en c ies  is   w o r s w i th   r eliab le  d is tan ce s   d r o p p in g   e v e n   f ast er .   Mo s p ath s   ar o b s tr u cte d   b y   o b j ec ts   an d   b u ild in g s .   W h en   p en etr ati n g   o b s tacle s ,   r ad io   w av e s   ar d e cr ea s in   a m p lit u d e.   A s   th e   r ad io   f r eq u en c y   in cr ea s es,  t h e   r ate  o f   atte n u a tio n   in cr ea s es.   Fi g u r 1   ill u s tr ate s   t h e f f ec o f   h i g h er   f r eq u e n cies   h a v i n g   h i g h er   a tten u ati o n   o n   p en etr ati n g   o b s tacl es [ 1 ] .           Fig u r 1 .   Hig h er   f r eq u e n cies  h av h i g h er   atten u atio n   o n   p en e tr atin g   o b s tacle s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   4 A u g u s t   201 8   :   2 2 5 4     2 2 6 0   2256   A   r ad io   b ea m   ca n   d i f f r ac w h e n   it  h its   t h ed g o f   an   o b j ec t.  T h an g le  o f   d i f f r ac tio n   i s   h i g h er   as  t h e   f r eq u en c y   d ec r ea s es.  W h e n   r ad io   s ig n al  is   r ef lecte d ,   s o m o f   th R p o w er   is   ab s o r b ed   b y   th o b s tacle ,   atten u ati n g   t h s tr en g t h   o f   t h r e f lecte d   s ig n al.   Fi g u r 2   s h o w   t h at  h i g h er   f r eq u en cie s   lo s e   m o r s i g n a l   s tr en g th   o n   r ef lectio n   [ 4 ] .           Fig u r 2 .   Fre q u en c y   d ep en d e n ce   o f   s ig n al  s tr en g th   o n   r ef lect io n       I n   f r ee   s p ac p r o p ag atio n ,   clea r   an d   u n o b s tr u cted   li n e - of - s i g h t   ( L O S)  p ath   i s   a v ailab le  a n d   th f ir s t   Fre s n el   zo n is   m ai n tai n ed   b e t w ee n   b ase   s ta tio n   an d   ter m i n al.   Fre s p ac p at h   lo s s   ca n   b o b tain ed   b y   u s in g   th lo g ar ith m ic   v a lu e   o f   th e   r atio   b et w ee n   th e   r ec eiv i n g   a n d   tr an s m itti n g   p o w er .   E q u atio n   ( 2 )   in d icate s   t h at   f r ee   s p ac p ath   lo s s   is   f r eq u en c y   d ep en d en a n d   it  i n cr ea s es  w i th   d i s ta n ce .   T h in cr ea s o f   d i s tan ce   an d   f r eq u en c y   p r o d u ce   s i m ilar   ef f ec t o n   th p ath   lo s s .                                                                  ( 2 )     w h er is   f r eq u en c y ,   is   d is ta n ce   r esp ec tiv el y .   Fig u r 3   s h o w s   t h f r ee   s p ac p ath   lo s s   at  f r eq u en cie s   ab o v 6   GHz   f o r   d if f er en t r an g es .           Fig u r 3 .   Fre s p ac p ath   lo s s   at  f r eq u en c ies ab o v 6   GHz   f o r   d if f er en t r a n g e s       3.   P RO P AG A T I O P A T H   L O SS   M E ASURE M E NT S   On o f   t h d i f f icu l ties   o f   m o b ile  co m m u n ica tio n s   i n   t h h i g h er   b an d s   f o r   o u ts id g et  to   c an ' a v o id   b ein g   to   b ea t h n o r m al  tr o u b les  in   s p r ea d   co n d itio n s .   T h m o s t   clea r   o b s tr u ct io n   w il b th h ig h er   w a y   lo s s   o f   th e   g r o u p s   o v er   6   GHz   i n   r esp ec to   co n v e n tio n al  ce ll   g r o u p s   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ].   Utilizin g   f r ee - s p ac r ef er e n ce   o f   3   m e ter s ,   test s   in   u r b an   m icr o   ce ll o u td o o r - to - o u td o o r   s ce n ar io s ,   w it h   tr a n s m itter   a n d   r ec eiv er   an te n n h ei g h ts   b elo w   r o o f to p ,   m ea s u r ed   p ath   lo s s   ex p o n e n ts   f o r   1 0   GHz ,   2 8   GHz ,   3 8   GHz ,   an d   6 0   G H in   b o th   L O an d   NL O S si t u atio n s   i n   d is ta n ce   2 0 0   m ,   w h ich   ar ab r id g ed   in   T ab le  1   b elo w .       T ab le  1 .   P ath   L o s s   E x p o n en ts   Me asu r ed   i n   Se v er al  Fre q u e n c ies   F r e q u e n c y   1 0   G H z   2 8   G H z   3 8   G H z   6 0   G H z   N L O S     3 . 4   3 . 5   4 . 3   3 . 7 6   L O S     2   2 . 1   3 . 1   2 . 2 5   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       P r o p a g a tio n   P a th   Lo s s   Mo d elin g   a n d   Ou td o o r   C o ve r a g Mea s u r eme n ts   R ev iew   . . .   ( Mo h a mme d   B .   Ma jed )   2257   Fo r   co m p ar is o n ,   T ab le  2   co n t r asts   t h d elib er ate  L O a n d   t h N L O w a y   m i s f o r tu n e   g o t   f r o m   t h e   1 0   GHz   an d   2 8   G Hz  p ath   lo s s   e x p o n en t s   i n   th e   u r b a n   m icr o   ce ll  o u td o o r - to - o u td o o r   ex p er i m en ts   a s   w e ll  a s   3 8   GHz   an d   6 0   GHz .   T h v al u es  ar r eg is ter ed   f o r   d i f f er e n s m all  ce ll  p er t i n en s ep ar ati o n s .   T h f r ee - s p ac p ath   lo s s   ( FS P L )   m o d el  is   co n s id er ed ,   FS P L   r ef er e n ce   r e m o v d e m o n s tr ate,   p r o v id es  p ath   lo s s   ex p o n e n t   w h ic h   h as   p h y s ical   i m p o r tan ce   s i n ce   t h w a y   m is f o r tu n is   attac h ed   to   th e   FS P L   at   a   p ar ticu lar   clo s e - i n   r ef er en ce   s ep ar ate  ( 1   m   is   h el p f u a n d   d o w n   to   ea r th   at  m ill i m etr ic  w a v f r eq u e n cies) .   Fi g u r 4   d e m o n s tr ate s   th at  t h d elib er ate  d ir ec tio n al   L OS   an d   N L O p at h   lo s s   is   n ea r   th f r ee - s p ac p ath   lo s s   w i th   a n   e x p o n en t   o f   2   in   b o th   th b ac k h a u l a n d   ac ce s s   ca s es  f o r   2 8   an d   3 8   GHz.       T ab le  2 .   P ath   L o s s   C o r r elatio n   f o r   L OS a n d   NL OS  S it u atio n s   in   d i f f er e n F r eq u e n cies   F r e q u e n c y     1 0   G H z   2 8   G H z   3 8   G H z   6 0   G H z   D i st a n c e   M e t e r   20   1 0 0   2 0 0   20   1 0 0   2 0 0   20   1 0 0   2 0 0   20   1 0 0   2 0 0   N L O S P a t h   L o ss   dB   9 1 . 3   1 1 3 . 5   1 2 4   9 5 . 6   1 2 1 . 7   1 3 2 . 3   1 0 3 . 9   1 3 1 . 1   1 4 2 . 1   1 0 7 . 6   1 3 5 . 8   1 4 7 . 4   L O S   P a t h   L o ss   dB   7 9 . 4   9 1 . 8   9 7 . 9   8 4 . 2   9 6 . 3   1 0 4 . 7   91   1 0 4 . 2   1 0 9 . 8   9 7 . 3   1 1 2 . 7   1 1 9 . 3           Fig u r 4 .   Me asu r ed   d ir ec tio n al  an ten n p ath   lo s s   ca lc u lated   w it h   r esp ec t to   1 m   f r ee - s p ac p ath   lo s s     f o r   3 8   GHz       T h d ir ec tio n al  p ath   lo s s   m o d els  w er p r o d u ce d   b y   co n s id er in g   t h d elib er ated   p o w er   d ela y   p r o f ile s   P DP s   at  ea ch   in d i v id u a d ir ec tin g   p lo f o r   e v er y   T an d   R ar ea ,   also ,   co o r d in atin g   e ac h   o f   th P DP s   to   ac q u ir r ec eiv ed   p o w er   as  c o m p o n en o f   g u id in g   ed g e,   an d   af ter   th at  s u b tr ac ti n g   t h T an d   R an te n n a   g ain s   f r o m   ea c h   i n d iv id u al  p o w er   es ti m atio n .   A t   ea ch   i n cr e asin g   s tr id alo n g   th r a n g in   th az i m u th   p la n e,   P DP   w as r ec o r d ed   at  th r ec eiv er .   Fig u r 5   an d   Fig u r 6   s h o w   th m ea s u r e m e n t s   in   d i f f er en t f r eq u e n cies.           Fig u r 5 .   P DP s   Me a s u r ed   at  2 8   GHz       Fig u r 6 .   P DP s   Me asu r ed   at  6 0   GHz         10 0 10 1 10 2 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 T - R   S e p a r a t i o n   ( m e t e r s ) P a t h   L o s s   ( d B ) 3 8   G H z   D i r e c t i o n a l   V - V   -   C I   M o d e l     L O S N L O S n L O S   = 3 . 0 9 9 ,   L O S   = 9 . 2 2 6 8 n N L O S   = 4 . 3 2 0 2 ,   N L O S   = 7 . 5 2 7 7 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   4 A u g u s t   201 8   :   2 2 5 4     2 2 6 0   2258   4.   RM S DEL AY  SPR E AD  M E ASURE M E N T S   R o o t - Me a n - Sq u ar ( R MS)   d e la y   s p r ea d   is   ex p an d ed   f o r   l o w er   g ai n   an ten n as  w h ic h   u t ilize  m o r ex ten s i v b ea m s ,   as  t h m o r ex ten s i v p r o f ile  g at h er s   s i g n al s   f r o m   m o r h ea d in g s   with   co m p ar ati v o r   eq u iv ale n g ai n   to   th b o r esig h p o in t.  T h is   esp ec ial l y   ap p li es   to   u s er   eq u ip m e n UE   w h o s s ize  a n d   p o w er   p r er eq u is ites   d o   n o b o ls ter   co n s id er ab le  ar r ay s   a n d   h a v m o r o m n i - d ir ec tio n al  p atter n   as  s h o w n   i n     Fig u r 7 .   T h en   ag ain ,   R M d ela y   s p r ea d   is   d im i n i s h ed   f o r   h i g h er   g ain   an ten n as  a n d   th r elate d   s m alle r   b ea m w i d th .   T h tr an s m it  b ea m w id t h   f r o m   th b a s s tatio n   r estricts  t h b ea r in g   o f   t h c r ea ted   v italit y   an d   s u b s eq u en t l y   t h ch a n ce s   to   d is p er s e.   Mo r eo v er ,   d esp ite  th h i g h er   g ain ,   s ca t ter ed   v ital it y   o f   t h m u ltip at h   co n n ec tio n   m a y   n o t b g r ab b ed   b y   t h s p atial  r a n g o f   t h r ec eiv an te n n b o r esig h t.           Fig u r 7 .   L in k   b u d g et  s ce n ar i o       A   tr a n s m itter   b ea m w id t h   o f   6   d eg r ee s   an d   th tr a n s m itter   s e p ar atio n   o f   1 0 0   m eter s ,   th U E   r ec ip ien t   w il b lit   u p   b y   th e   es s en t ial  tr an s m itter   v ital it y   an d   i ts   r e f l ec tio n s   o v er   cir cu lar   s e g m e n le n g th   o f   ar o u n d   1 0   m eter s .   T h r ef lectio n s   w i l h en ce   b es s en t iall y   li m ited   b y   d e f er r als  ar o u n d   3 1   n s .   I n   t h in ter i m ,   h ig h er - ar r an g b ea m s   ( i.e . ,   b ea m s   w i th   m o r r e f lectio n s )   h a v b i g g er   an g le s   o f   i n cid e n ce ,   th u s ,   m o r i n cli n ed   to   f a ll   o u ts id o f   t h r ec ei v er   an ten n b ea m w id t h .   H y p o t h etica l l y ,   f o r   r u n   o f   t h m i ll  g eo m etr y   o f   la m p p o s t s   a   f e m eter s   o v er   t h g r o u n d   an d   f e w   h u n d r ed   m eter s   s ep a r ate,   s ec o n d   r eq u est  f r a m e wo r k s   ar r eg u lar l y   co n s id er ed   ad eq u ate  ap p r o x im atio n s .   A lo n g   t h ese  li n es,  f o r   g i v en   s it u atio n   a n d   u tili ze   ca s e s   w i th   v ar io u s   tr an s m itter   an d   r ec eiv er   an ten n r ad iatio n   p atter n s ,   o n m a y   w atch   d iv er s s ca tter i n g   e f f ec t s   as  r ep r esen ted ,   in   s o m e w h at  p er f ec t   s en s f o r   s i m p licit y   o f   co n ce p tu aliza tio n ,   in   F ig u r 8 .   T h e s s e n ti al  p o in i s   th at  d ela y   s p r ea d   is   m o d er ated   b y   th b ea m f o r m in g   m o d el.   T h e   an al y s i s   led at  m illi m etr ic  wav f r eq u en cie s   i n   o u td o o r   en v ir o n m e n t s .   T h is   ex p er i m e n i n clu d ed   N L OS  s c en ar io   o v er   an   as s o r t m e n o f   a   f e w   f r eq u en c ies.  T h f i n d in g s   ar co n d en s ed   i n   T ab l 3 .           Fig u r 8 .   Scatter in g   ef f ec t s       T ab le  3 .   Ou tlin o f   C h a n n el  R MS  D ela y   S p r ea d   f o r   NL OS e x p     2 8   G H z   3 8   G H z   6 0   G H z   M e a n   R M S   d e l a y   sp r e a d     7 4 . 4   n s   2 2 . 8   n s   7 . 2   n s   M a x   R M S   d e l a y   sp r e a d   4 5 5 . 3   n s   1 8 4 . 1   n s   3 7 . 7   ns   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       P r o p a g a tio n   P a th   Lo s s   Mo d elin g   a n d   Ou td o o r   C o ve r a g Mea s u r eme n ts   R ev iew   . . .   ( Mo h a mme d   B .   Ma jed )   2259   5.   O UT DO O R - TO - O UT DO O CO VE RA G E   AND  L I NK   B UDG E T   T h p r im ar y   t h o u g h f o r   li n k   b u d g et   an a l y s is   is   t h s ig n a p o w er   a tten u atio n   b ec au s o f   s p r ea d   w a s tag e   o v er   t h air .   Fre s p ac p ath   lo s s   FS P L   ad d itio n all y   i n cr e m e n t s   i n   e x ten to   th s q u ar o f   t h e   s ep ar atio n   b et w ee n   th tr a n s m itter   an d   r ec eiv er .   A s   s u c h ,   2 8   GHz   s ig n al  tr an s m itted   o v er   d is tan ce   o f     2 5   m e ter s   lo s e s   9 0   d B   o f   p o w er   s i m p l y   co v er in g   t h i s   g en er all y   s h o r s ep ar atio n   b et w e en   tr a n s m itter   a n d   r ec eiv er .   A t 1 0 0   m e ter s ,   t h lo s s   i s   e x p an d ed   to   1 0 4   d B .   C o v er ag ca n   b an a l y ze d   f r o m   th lin k   b u d g et   p o in t   o f   v ie w .   Si n ce   t h t y p ical  o u t d o o r   u r b an   en v ir o n m e n ts   w ill   in co r p o r ate  NL OS   w a y s ,   t h in v e s ti g atio n   o u g h t   to   in co r p o r ate  th N L O ca s e s .   Fo r   th e   g iv e n   s y s te m   p ar am eter s   o f   T ab le  4 ,   th e x tr e m d is tan ce s   t h at  ca n   s u p p o r t 1   Gb p s   d ata  r ate  in   d if f er en s it u atio n s   ca n   b f o u n d   in   th is   s ec t io n .       T ab le  4 .   Sy s te m   P ar a m eter s   f o r   L in k   B u d g e A n al y s is   C a r r i e r   F r e q u e n c y   ( G H z )   28   38   60   T x   E I R P   +   R x   G a i n   ( d B m)   66   68   69   B a n d w i d t h   ( G H z )   1   0 . 5   2   R x   N o i se   F i g u r e   ( d B )   6   9   9   O t h e r   l o sse s (d B )   10   10   10   T a r g e t   S N R   ( d B )   0   N / A   N / A   T a r g e t   D a t a   R a t e   ( G b p s)   1   1   1       I n   th an al y s i s   d is p la y ed   in   T ab le   5 ,   th 2 8   GHz   f r eq u en c y   b an d   is   co n s id er ed   f o r   t h ce n ter   f r eq u en c y   o f   s y s te m s   w i th   1   GHz   b an d w id th .   T x   E I R P   an d   R x   g a in   ar a s s u m ed   to   b 6 6   d B m ,   w h ic h   ca n   b r ea lized   b y   lo w - p o w er   b ase  s t atio n s .   3 0   d B m   T x   p o w er   w it h   2 6   d B T x   an te n n g ai n   an d   1 0   d B R x   an te n n a   g ain   h a v b ee n   u s ed   f o r   th s y s te m s .   As  ap p ea r ed   in   t h T ab le  5 ,   th lo w - p o w er   b ase  s ta ti o n   ca n   g i v 1   Gb p s   u s i n g   1   GHz   b an d w id th   f o r   th o u td o o r   co v er ag w ith   f r o m   te n s   to   h u n d r ed s   m eter   ce l r an g co n t in g e n t   u p o n   ce ll si t u atio n s .       T ab le  5 .   L in k   B u d g et  An al y s i s   f o r   d if f er en t E n v ir o n m e n t s   a t 2 8   GHZ   En v i r o n me n t s   O p e n   S p a c e   C a m p u s   D e n se   U r b a n   L o S   /   N L o S   L o S   N L o S   N L o S   P a t h   l o ss mo d e l   P L ( d )   =   6 1 . 4   +   2 0 * l o g 1 0 ( d )   P L ( d )   =   4 7 . 2   +   2 9 . 8 * l o g 1 0 ( d )   P L ( d )   =   6 1 . 4   +   3 4 . 1 * l o g 1 0 ( d )   M a x .   d i st a n c e   f o r   1   G b p s   9 7 6   me t e r   3 0 5   me t e r   5 8   me t e r       6.   C O NCLU SI O N   A   p r o p ag atio n   p ath   lo s s ,   R M d ela y   s p r ea d ,   an d   o u td o o r - to - o u td o o r   co v er ag m ea s u r em en ts   at   a   r an g o f   f r eq u e n cie s   ab o v 6   GHz   ( u p   to   6 0   GHz )   in   L OS  an d   NL OS  s ce n ar io s   h a v b ee n   an al y ze d .   T h e   s p ec if ic  f r eq u en cie s   u s ed   in   th m ea s u r e m e n ts   ( 1 0   GHz ,   2 8   GHz ,   3 8   GHz ,   an d   6 0   G Hz)   ar ar b itra r il y   s elec ted   an d   in te n d ed   to   illu s tr ate  th g e n er al  tr en d s   o f   h o w   c o v er a g v ar ie s   ac r o s s   th f r eq u en c y   r an g e.   Ou td o o r   s tu d ie s   co n d u cted   at  d if f er e n f r eq u e n cies   s h o w ed   t h at  co n s is ten t   co v er ag e   ca n   b ac h ie v ed   b y   h a v i n g   b ase  s tatio n s   w it h   ce ll - r ad iu s   o f   2 0 0   m eter s .   P ath   lo s s   w a s   i n   N L O a n d   h i g h er   f r eq u en cie s   lar g er   th a n   i n   L O a n d   lo w er   f r eq u en c ies.  M u ltip at h   d e l a y   s p r ea d   is   f o u n d   to   b m u ch   lar g er   in   lo w e r   f r eq u en c ies  ( 2 8   GHz )   d u to   s m al co h er en ce   b an d w id t h .   T h k e y   tr en d s   i n cl u d n ea r   f r ee - s p ac p ath   lo s s   an d   v ir tu a ll y   n o   R MS  d ela y   s p r ea d   f o r   all  L OS  lin k s ,   w h il NL OS  li n k s   h av h i g h er   R MS  d ela y   s p r ea d ,   as  mu c h   as  4 5 5 . 3   n s   ( f o r   th 2 8   GHz )   an d   3 7 . 7   n s   ( f o r   th 6 0   GHz ) .   I n   g en er al,   NL O li n k s   o f f er   in cr ea s i n g   R MS  d ela y   s p r ea d   as  th az im u th   p o in t in g   an g le s   ar in cr ea s ed   a w a y   f r o m   b o r esi g h at  eith er   o r   b o th   th e   tr an s m itter   a n d   r ec eiv er .   B y   p ick i n g   th b est   co m b in a tio n   o f   tr an s m itter   a n d   r ec eiv er   an ten n p o in ti n g   an g les   at  an y   lo ca tio n ,   p ath   lo s s   a n d   R MS  d ela y   s p r ea d   ca n   b r ed u ce d   s u b s ta n tiall y .   So m s h o r t - r a n g co m m u n ica tio n   tech n o lo g ie s ,   lik m il li m eter   - w av co m m u n icatio n   te ch n o lo g y ,   ca n   b s ee n   a s   p r o m is i n g   ca n d id ates  to   p r o v id h ig h   q u a lit y ,   b an d w id t h   r eq u ir ed   f o r   m o b ile  b r o ad b an d   ap p licatio n s   an d   h ig h   d ata  r ate  s er v ices  to   o u td o o r   an d   in d o o r   u s er s .   An d   w h a v a n al y z ed   th s u i tab ilit y   o f   d if f er e n m m w a v f r eq u e n cies   f o r   m o b ile  co m m u n icatio n .       RE F E R E NC E S     [1 ]   J.  G .   A n d re w s,  e a l. ,   W h a W il 5 G   Be ?   IEE J .   S e l.   Are a s C o mm u n . ,   v o l .   32 ,   n o .   6 ,   p p .   1 0 6 5 - 1 0 8 2 ,   2 0 1 4 .   [2 ]   M .   Cu d a k ,   e a l. ,   M o v in g   t o w a rd m m wa v e - b a s e d   Be y o n d - 4 G   (B - 4 G te c h n o l o g y ,   in   I EE Veh icu la r   T e c h n o l o g y   C o n fer e n c e ,   2 0 1 3 .   [3 ]   T .   S .   Ra p p a p o rt,   T h e   m a ss iv e l y   b ro a d b a n d   f u tu re ,   S p e c tru m   2 0 / 2 0   c o n f e re n c e ,   2 0 1 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   4 A u g u s t   201 8   :   2 2 5 4     2 2 6 0   2260   [4 ]   S.  Ch e n   a n d   J .   Zh a o ,   T h e   re q u irem e n ts,   c h a ll e n g e s,   a n d   tec h n o l o g ies   f o 5 G   o te rre strial  m o b il e   tele c o m m u n ica ti o n ,”   IEE C o mm u n ica ti o n s M a g a zin e ,   vol .   52 ,   n o .   5 ,   p p .   36 - 43 2 0 1 4 .   [5 ]   G a r e h   M . e a l. ,   P a th   L o ss   M o d e ls  Op ti m iza ti o n   f o M o b il e   C o m m u n ica ti o n   in   Dif f e r e n A r e a s ,”   In d o n e si a n   J o u rn a o El e c trica En g in e e rin g   a n d   Co m p u ter   S c ien c e ,   v o l .   3 ,   n o .   1 ,   p p .   1 2 6 - 35 2 0 1 6 .   [6 ]   A .   M a lt se v ,   e t   a l . M m W a v e   S m a ll c e ll s   is   a   K e y   Tec h n o lo g y   f o F u tu re   5 G   W ir e les s   Co m m u n ic a ti o n   S y ste m s,   Eu ro p e a n   C o n fer e n c e   o n   Ne tw o rk s a n d   Co mm u n ica ti o n s ( Eu CNC’ 2 0 1 4 ),   Bo l o g n a ,   It a ly ,   2 0 1 4 .   [7 ]   M .   R.   A k d e n iz,  e a l .,  M il l im e t e W a v e   Ch a n n e M o d e li n g   a n d   Ce ll u lar  Ca p a c it y   E v a lu a ti o n , "   IEE J o u r n a o n   S e lec ted   Are a s in   Co mm u n ica ti o n s,   S p e c ial  Iss u e   o n   5 G ,   2 0 1 4 .     [8 ]   Ho ss a in ,   e a l . ,   “E v o l u ti o n   t o w a rd   5 G   m u lt i - ti e c e ll u lar  w i re les n e tw o rk s:  A n   in terfe re n c e   m a n a g e m e n t   p e rsp e c ti v e ,”   IEE W ire les s Co mm u n ica t io n s ,   v o l .   21 ,   n o .   3 ,   p p .   1 1 8 - 1 2 7 2 0 1 4 .     [9 ]   W a n g ,   e a l. Ce ll u lar  a rc h it e c tu re   a n d   k e y   tec h n o lo g ies   f o 5 G   w irele ss   c o m m u n ica ti o n   n e t w o rk s ,”   IEE E   Co mm u n ica ti o n s M a g a zin e ,   v o l .   52 ,   n o .   2 ,   p p .   1 2 2 - 1 3 0 2 0 1 4 .   [1 0 ]   A .   M a lt se v ,   e a l . ,   W P 5 P r o p a g a ti o n ,   A n ten n a s an d   M u l ti - A n ten n a   T e c h n iq u e s,”  M iW EBA   EU,   2 0 1 4 .   [1 1 ]   Isra I . e a l. ,   P a th   L o ss   M o d e li n g   o f   W LA a n d   W iM A X   S y ste m s ,”   In ter n a ti o n a J o u rn a o f   El e c trica a n d   Co mp u ter   E n g in e e rin g ,   v o l .   5 ,   n o .   5 ,   p p .   1 ,   2 0 1 5 .   [1 2 ]   Re c o m m e n d a ti o n   IT U - P . 4 5 2 - 12 ,   P re d icti o n   P r o c e d u re   f o th e   Ev a lu a ti o n   o f   M icro w a v e   In ter f e re n c e   b e twe e n   S tatio n s   o n   th e   S u rf a c e   o f   th e   Earth   a F re q u e n c ies   a b o v e   a b o u t   0 . 7   G Hz ,”   Ge n e v a ,   S w it z e rlan d ,   2 0 0 7 .   [1 3 ]   Ra se k h ,   e a l. ,   A   stre e c a n y o n   a p p r o x im a ti o n   m o d e f o th e   6 0   G Hz   p ro p a g a ti o n   c h a n n e in   a n   u r b a n   e n v iro n m e n w it h   ro u g h   su rf a c e s ,”   i n   T e lec o mm u n ica t io n s ( IS T ),   2 0 1 0   5 th   In ter n a ti o n a S y mp o si u m o n ,   p p .   1 3 2 - 137 ,   2 0 1 0 .     [1 4 ]   Esm a il   B A . e a l. ,   Re c o n f ig u r a b le  M e ta m a teria S tru c tu re   a M il li m e ter  W a v e   F re q u e n c y   R a n g e ,”   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o El e c trica a n d   C o mp u t e r E n g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l .   7 ,   n o .   6 ,   p p .   2 9 4 2 - 9 2 0 1 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.