Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   10 ,  No.   3 ,  June   201 8 ,  pp.  1196 ~ 1 2 02   IS S N:  25 02 - 4752 , DO I: 10 .11 591/ ijeecs . v 10 .i 3 .pp 1196 - 1 2 02           1196       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Indoor  Channel  Ca p ac i t y Me asu re m ent o f 2 x 2 M IMO  Polari zation Di versity  An tenna       Moham ed  N asr un  O sma n 1 , Mo hama d K am al  A.   Rahim 2 , Moham ad   Rij al H amid 3 , Mo hd Fair us   Mohd  Yu s off 4 , M oham ad  Z oino l  Ab idi n  A. Az iz 5 , M uz ammil  J us oh 6 , Muh am mad Az f ar Abd ull ah 7 ,   Nu rs aidah  M uha m ad N ad z ir 8     1 ,6 Bioe lectr om ag net i cs  Research G roup,   School   o f  Com pute r and  Com m unic at ion Engi ne eri ng,   Un ive rsiti Mal a y s ia  Perli s,  Pauh   Putr a  Main   Campus ,   02600  Arau ,   Pe rli s,  Ma lay si a   2 ,3,4,7,8 Advanc ed RF   and  Microw a ve  Rese arc h   Gro up,   Facu lty   of El ec tr ic a l Engi ne er ing,   Univ ersit i   T eknol ogi   Malay s ia ,   81310  Johor Bah ru,   Johor,   Mal a y sia   5 Cent re   for Tele comm unic at ion Resea rch   and   In novat ion ,   Univ er siti   T ekni k al Ma lay s ia Me la k a, H ang  Tu ah  Ja y a ,   7 6100  Duria n  Tungg al,   Mela k a, Ma l a y s ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Ja n   15 , 2 01 8   Re vised  Ma r   12 , 2 01 8   Accepte d  Ma r   2 8 , 201 8       Thi s  pape r  pr ese nts  the   ch annel   ca pa ci t y   inve sti gat ion  and  the   pola ri za t ion   rec onfigur able  a nte nna  anal y s is  for  MIM O  sy st e m   in  an  indoor   sce nar io .   A  single   and  du al - port  pol ari z atio n  rec onf igura b l e  an te nn a  is  u sed  at  th e  rec e ive r  end  to   stud y   th e  eff e ct   of  pol ari z at i on  dive rsit y   co nfigura t ions  towar ds t he  ac hi eva bl e  per form a nce   of   the   ch ann el   ca p ac i t y .   Th e pola ri za t ion  rec onfigur able  a nte nnas  ar e  dev el oped  th rough  two  te chni qu es,   which  are  slit s  per turb at io n  for  single - po rt   and  f ee ding   netw ork  m odifi ca t i on  for  dual - port.   Th e  ben efits  offe red   b y   th e  designe d  ante nnas  are   inv estigate d  when   bei ng  used  as  a   rec e ive r  in  bot h  li ne - of - sigh t  ( LOS)  and  non - l ine - of - sight   (NLOS )  sce nar i os.  The  result s  s how  the   propose d  antenna s  ar e  s uit able  to  b e   adopt ed  and  hig hl y   pot ent i al   to  improve  the   channel   ca p ac i t y   o f   the   MIM O   s y stems .   Ke yw or d s :   Chan nel ca pacit y   Mult iple - in pu t - m ulti ple - ou tp ut   Po la rizat io n diver sit y   Po la rizat io n re config ur a ble  anten na   Sp at ia l div ersit y   Copyright   ©   201 8   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 ed  Nas run   Osm an   School  of Com pu te r  a nd Com m un ic at ion  Enginee rin g,   Un i ver sit i M al ay sia  Per li s,   Pauh P utra  Mai n  Ca m pu s, 02600  Arau , P e rlis, Ma la ysi a.   Em a il : nasr un @unim ap. edu. m y       1.   INTROD U CTION   A  lot  of   pe op le  n owa days ha ve  u se d  m od er n com m un ic at ion  servic es i n  th ei r   daily  li fe ro utines,  t hus  con t rib uted  to   the  hi gh ly   de m and ed   f or   be tt er  data  rate.   On e   of  the  prom isi ng   te ch no l og ie s  t hat  able  to   pro vid e  ca pac it y  i m pr ov em ent  is  Mult ip le - Inp ut - Mult i ple - Ou t pu t  ( MIM O)  syst em s.  As  com par ed   to   tradit ion al   sin gle - in put  sing l e - outp ut  an d  s ing le - i nput  m ulti ple - ou t pu t  s yst e m s,  MIMO   syst em s  has   highe r   div e rsity ,  abili t y  to  m itigate  m ul ti path  fad i ng   a nd  great er   throu ghput  wi thout  requiri ng  m or e  ba ndwidt h  an d  add it io nal  power   [ 1],  [ 2].  To  f ur t her   en han ce  the  ov e rall   MIM O  syst e m   per f orm a nce  with  data   rates   increm ent,  rec onfig ur a ble  a nt enn a s  (R As )  c ou l d  be  t he  s olu ti on.  T he  us e   of  RAs   has   bee n  widely   stu di ed  a nd  inv est igate d  t o  pro duce  m uch  r obus t  M IMO   syst em   in  te rm s  of   cha nnel   qu al it y,  ca pacit y  and  reli abili ty   [3 ] .   The  di ver sit y  feat ur e ,  suc h  as  patte rn   [4 ] ,   [5 ]   an d  pola r iz at ion   [ 6],  [7] ,  or   the  c ombinati on  of  pa tt ern - po la rizat ion  d i ver sit ie s  [ 8],  [ 9]   is  exp loit e d  to  inc rease  t he  sign al - to - noise   rati o,  which  c on s eq ue ntly   i m pr ov e s   the  cha nn el   ca pacit y.  The  use   of   po la rizat io n  rec onfig u ra bl e  antenn a  (P R A)   ca n  achie ve   bette r  capaci ti es  du e   to  it s  ability   to  offer   ad diti on al   cha nnel s   us ing   se ver al   po la rizat io ns  fr om   diff ere nt  anten nas  el e m ent.   Fu rt her m or e,  the  us e  of  R As al so  can  off e r  c om pactness and  c os t re duct io n by ar rangin g or t hogonal   pola rize d  tog et he r  i ns te a d of t w o ph ysi cal ly  sp ace se pa rati on an te nn a s [10 ] , [ 11 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ind oo r  Ch anne l C apacity  Me as ure me nt  of 2 x 2 MI M O  Po l ar izati on  Diver sit y   ... ( M oham ed  N as run  O s man )   1197   The  a uthors  ha ve  pre viously   pr ese nted  t he   com pact  singl e  [12]  and   t wo   ports  [ 13]   po la rizat ion  div e rsity   ci rcul ar  patch  a nte nn a .  T he  ante nn a  pola rizat ion   m od e  is  re config ur e d  us i ng   f our  RF  s witc hes  e m bed de d  on  t he  a nten nas  ra diati ng  el em en t  and  fee ding   netw ork  t o  s hi ft  the  phase  di ff e ren ce   bet we en  tw o  or t hogonal  m od es  e xisted   on   the  patch,  th us  al te ring  the   po la rizat ion s  of  t he  a nten na.  De pendin g  on  t he   sta te   of  switc hi ng  con fig ur at io ns,   the  po la rizat ion  cha racteri st ic s  of  these   a nten nas  ca n  be   rec onfig ur e d  into  m ul ti pl e  ty pes  of   po la rizat ion   m od es – li ne ar  (LP),  le ft - ha nd  ci rcu la r   (LH CP )  a nd  righ t - ha nd  ci rcu la r   po la rizat ion   (R HCP).   In  this  pap e r,  these  a nten nas   are  us e d  to   inv e sti gate  the  perform ance  of  the   syst em   t hat  util iz ed   po la rizat ion   div ersit y  anten na   in  te rm   of   MIM O  c hannel  capaci ty   enh a nc e m ent.  The  fiel d  ex per im ent  in  an   indoor  en vir onm ent  fo r  both  li ne - of - sig ht  (LO S )  an d  non - li ne - of - si ght  (N LO S)   co m m un ic at ion   li nk s  i s   cond ucted  t o  stud y  the  be ne fits  offer e d  by   diff e ren t  pola rizat ion   c onfi gurati ons  at   th e  receive r  en d.  The   analy sis  of  the   cha nn el   ca pa ci ty   m easur e m ent  was   do ne  by  us i ng  the  s cal ar  powe r  c orrelat ion   [ 14 ] .  Th e   perform ances  com par ison  on   the  per ce ntag e  of  the   c ha nnel   capaci ty   i m pro vem ent  or   decr em ent  is  present e d  betwee n  rec on fig ur a ble  ve rs us   non - rec onfi gura ble  anten na  ( ref e re nce)  and  bet ween  sing le - port  ( sp at ia l  div e rsity )  agai ns t  du al - port  ( po la rizat ion   di ver sit y) syst em .       2.   MI MO CH A NN EL   MO DE L   The  wireless  MI MO  syst e m   is  con sist s   of  m ulti ple  anten nas  at   t he  tra ns m it te r   an d  receive r   connecte d  wire le ssly   thro ug h  transm issi on   m edium .  Con sid er  x  as  the  in put  sign al   a nd   y   as  the  ou t pu t  s ign al ,   the  relat io nship  betwee n  t he   input  a nd  ou t pu t  of  th e  MI MO  syst em   is   desc ribe d  us i ng  eq uatio n  ( 1)  belo w   [15].     y H x                    (1)     wh e re  ƞ  is  the   no ise   gen e rat ed  in  the  pro pa gation  syst em ,  an d  H  is  the  MIM O  cha nne l  m at rix.   The  MIM O  channel  m at rix  is  the  trans fer  functi on  betw een  tra ns m i t  a nd   receive  a nt enn a  t hat  re pr e sented  by  co rrel at ion  coeffic ie nts, w hich  t he  m at hem at ic al  ex pr es sion as  [16].     1 1 1 1 n m m n M x N H        K M O M L                 (2)     wh e re  mn   is  the  power   c orrelat ion   coe ff ic ie nt  of   m   trans m it  and   n   rec ei ve  el e m ent.  The  co rr el at io n  coeffic ie nt  was   cal culat ed  bas ed  on  m easur em ent  data  a nd  can  be  def i ned  into  th ree  dif fe ren t  ty pes:  c om plex,   env el op e  and  powe r.      22 c o v mn mn m m n n                  (3)     wh e re  is  the  cov a riance  whil e  σ m m   and   σnn   represe nts   the  var ia nce   of   the  in put  and   ou t pu t  s yst e m ,  resp ect ively .  E qu at io n ( 3)  ca n be  sim plifie d,  as sho wn in  Eq uation  ( 4) b el ow [1 7]     ,1 22 11 N mn mn mn MN mn mn x x y y x x y y                 (4 )     wh e re  ̅   is t he  m ean a ver a g e  of  the in pu t  sig na l, an d  ̅   is t he  m e an  a ver a ge of  t he ou t pu t  sig na l.    On e  of   t he  m e thods  to  est im at e  the  ind e pe nd e nt  m ulti ple   channels  between   te rm inals   is  by  us i ng   ei genvalue  de com po sit ion   [ 18 ] .  Her e ,  the   process  diag on al iz es  m at ri x  H  an d  c orr el at ion   m at rix,   R  is  represe nt b y e quat ion ( 5).     R = HH H   or  R = H H H                 (5)     wh e re  [ .]H  is  the  He rm i ti an  Transp os it io n  (con j ugat e  tr ans po se ).   T he   pur po se   of  c al culat ing   the  R  is  to  evaluate t he  re cei ved   powe r f or each  Eige n chan nel.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  10 , N o.   3 ,  June   201 8   :   1196   –   1202   1198   Fo r  m ulti ple  t ran sm it te r  and   rec ei ver   a ntenn a s,  the  ge ne rali zed  f or m ula  fo r  t he  ave r age  cha nnel   capaci ty , C of t he  syst em  is d eno te d  as  [19 ] .     C 2 l o g 1 n SNR N                     (6)     wh e re    represe nt s  the  ei ge nval ue  a nd  SNR   is  sign al - to - noise - rati o.  F ro m   the  eq uation  ( 6),  it   is  reali zed  th at   in  order  to   im pro ve  the   c ha nn el   capaci ty   of  the   MIM O ,   the  ei genval ue   is  the   va ria ble  that  nee d  to  be   m anipu la te d. T he un it   for  ca pa ci ty  is b it s/s/H z.        3.   MI MO  E X PE RIM E NTAL   SET UP   In   this  s ect io n,  it   is  exp la ined   the  resu lt s  of  researc h  an d  at   the  sam e   tim e   is  giv en  the  c om pr eh  T he   2  x  2  MIM O  channel  ca pacit y  m easur em e nts  us i ng  PR As  was  c ondu ct ed  in  th e  Mi crowa ve  La borator y ,   wh ic h  c on sist s o f  c oncrete wa ll ,  glass  wi ndows,  ta bles,  c hai rs,  p er sonal   co m pu te rs,   cabi ne ts  and  bo ok s he lves.   The  siz e  of  la borat or y  is  14. 4  m et er  width ,  22.7   m et er  le ng th  a nd   3.4  m e te r  heig ht.  T his  sit uation  is  s et   up   t o  create  and i nv e sti gate the MI MO p e rfo rm ances in  a  m ulti p at h  an d  m od e r at e d en sit y envi ronm ent.    In  pa r ti cular,   t he  MIM O  pe rfor m ance  is  in ve sti gated  wh e n  em plo ye d  PR As  at   t he  recei ver  en d.  N ote  that durin g  the d at a b ei ng m ea su re d  an d  capt ur e d,   we  wer e  m ov ed  inside the techn ic ia n  r oo m  to  m ini m i ze the   interfe ren ce   co m e  fr om   hum a n  pr ese nce   an d  act ivit ie s,  so  t hat  the   te sti ng  env i ronm ent  is  entirel y  sta ti c.  F or   each  ante nn a s  config ur at io n,  the  cha ng e d  s olely   m ade  to  the  receive r  pa rt.  Ot her   tha n  that,  it   rem a i ns   th e   sam e  to  el i m inate   any  fact or s   that  co ul d  po s sibly   cha ng e   the  c hannel  c ha racteri sti cs  su c h  as   the  posit ion  of   the  tra ns m i tt er  and  recei ver .   F or   t he  si ng le   port  a nten na,  th e  identic al   str uc ture  has  bee n  add e d  a nd  fabr ic at ed  to  dem on strat e   the  sp at ia l  di ver sit y  2  x  2  MIM O.   In   order   t o  validat e   the  i m pr ove m ent  of   the  c hannel   capaci ty   by  usi ng   PR As,   tw o  m o nopo le   a nten nas  are  use d  at   the  recei ver   e nd   for  co m par ison   ( ref e ren ce   config ur at io n).     To  c reate  an d  const ru ct   t he  NLOS  sce nar i o,   a  w hite  boa rd   with  a  siz e  of   2  m   x  2.5  m   is  placed  in   fron t  of   t he  tr ansm itter  antenn a s  at   a  distance  of  2  m eter s  to  blo c k  th e  di rect  pro pa gation  pat h  be twee n  transm itter  an d  receive r,   w hilst   the  posit ion   of  the   tra ns m itter  an d  r ecei ver   rem ain s  uncha nged .   Both   transm itter  and   receive r  we re  locat ed  at   the  fix  heig ht   of   1.5  m ,  an d  wer e  se par a te d  at   a  dista nce  of   appr ox im at ely  12  m .  No te   tha t  the  dista nce  be tween  t ran sm i tt er  an d  recei ve r  ca n  af fect  th e  cha nn el   ca pa ci ty ,  du e  t o  the  c hanges  of  the  si gn al   streng t h.   T he   m easur em ents  wer e p er f or m ed  at   2.4 5  G Hz ,  with 0   dBm   po we r  transm issi on   a t  each  a nten na   port  ( Pt = 0  dBm ).   The  a nte nn a s  at   the  tra ns m itter  wer e  placed  us in g  s patia l  div e rsity   an d  ph ysi cal ly /dist ance  se pa rated   from   each  ot her  at   disp la c e m ents  of  on e   λ  (wher e   λ   is  the   wav el e ng t h  at  t he op e rati ng fr equ e ncy) , or  a ppr ox im at ely 1 2.5 cm .           Figure  1. Flo or lay ou t  of m eas ur em ent  cam pa ign       The  si gn al   is   ge ner at e d  ( usi ng   Sig nal  G ener at or   Hitt it e  HMC - T 2000  700MHz - 8  GH z )  at   th e   transm itter  and  is  a m plifie d  ( us in g  Mi cr ow a ve  Am plifie r  Ag il ent  8741 5A  2 - 8  G Hz)   at   the  receive r  si de  an d  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ind oo r  Ch anne l C apacity  Me as ure me nt  of 2 x 2 MI M O  Po l ar izati on  Diver sit y   ... ( M oham ed  N as run  O s man )   1199   bein g  detect ed   by  the  RF  power   se ns or  f or  ever y  1  sec on d  tim e  interval s  fo r  30   m inu te s.  The  po wer  m et er   (u si ng   Am it ec   Mi cro wa ve  P ow e r  Se nsor )  disp la ye d  th e  powe r  le vel  and   t he  data  w as  recorde d  in to  th e   com pu te r  thr ough  the  c onne ct ed  hype r  te r m inal  interface .  The  dev ic es  are  co nnect ed  tog et he r  us in g  1  m et er   RF  cable  with   a  1.3  dB  ca ble  loss.  T hen,  the  m easur em e nts  data  are  i m po rted  an d  c om bin ed  in  th e  excel   worksheet.  T he   par am et ers  H,   ρ  and   ψ  we re  cal culat ed  usi ng   pr ogram m ing   cod e d  de velo ped   in  M ATL AB  so ft war e  a nd  f inall y  the  cha nn el   ca pacit y  value  is  deter m ined.   I n  t his  experim ental   ca m paign ,   the   om ni - directi onal  m on op ole an te nna  w as  us e d  at  t he  tran sm it te r.       4.   CHAN NEL  C APACIT Y R ESULT S  AND DIS CUSSI ONS   In  this  sect i on,   the  2  x  2  MI MO  c hannel  c apacit y  analy sis  an d  disc us sio ns   us in g  the  pr opos e d  PRAs   is  pr esente d.   It   is  i m po rtant  to  no te   that  the  resu lt s  pr ese nte d  her e  is  a  sit e  sp eci fic  case,  or  in  oth er w ord s,  the  resu lt   is  valid  and   tr ue  only   f or   this  s pecific   m easur em ent  set up   a nd   c ondi ti on s.  A ny  ch ang e s  an d  va riat ion s   to  the  set up   (e xcep t  the  re pla ce m ent  of   the  receiver  a nten na  with  PR As)  su ch  as  ante nnas  distance ,  he igh t  or   su r rou nd i ngs, c ou l d obvio us l y give  dif fer e nt  r esults.   As  discu ssed  i n  the  pr e vious  sect ion ,  the  MI MO  channel  capaci ty   cal cula ti on   was  do ne  us in g  scal ar   powe r  c orrelat ion  m et ho d.  N ot e  that   th rou ghou t  t he  m easurem ent  cam paign ,  t he  pola rizat ion   of  the   a ntenn a s   is  switc hed   m anu al ly .  T o  inv e sti gate  the  benefit s  offer e d  by   each  pola rizat ion   c onfig urat ion s ,  Ta ble  I  ta bu la t e   the  cha nn el   ca pacit y  of   the  m easur em ent  2  x  2  MIM O  for  a ll   transm it te r - re cei ver   po la riz at ion   co nfi gura ti on s .   The  pe rcen ta ge   of   i m pr ovem ent  or   dec rem e nt  for  each  co nfi gurati on  is  cal culat ed  base d  on   c om par ison  with   ref e ren ce  con figurati ons.   As  li ste d  in   T able  1,  it   can  be  no te d  that  the  cha nnel   ca pacit y  i m pr ov e m ent  with  th e  pro p ose d  anten nas  var ie s  as  a  functi on  of   t he  dif fer e nt  receive r  c onfi gurati ons.  It  is  fou nd   t hat  the   channel  ca paci ty   fo r   LOS   sce na rio  is  bette r  tha n  NLOS  as  t he  c hannel  c orrelat ion   is  relat ively   low,   w hich  r esult  in  inc rea sed  of  ei genvalue  a nd  c on se que ntly   c hannel  ca pa ci ty .  Fo r  sp at ia l  div ersit y  c onfig ur at io n,  the  propose d  a nten na   ou t perform s  a  conve ntion al   r efere nces  on e  wav el e ng t h  se par at e d  m on op ole  ante nn a  i n  config ur at io n  1E  f or  LOS   sce na rio.  Me anwhil e,  f or   NL OS   sce na rio,   t he  best  c hannel  capa ci ty   is  achi eved   t hro ugh  c onfig ur at io n  1C.  Othe r  co nfi gurati ons  (conf i gurati on  1B ,  1D  a nd   1E )  gu a ra ntees  hi gher  c ha nn el   ca pacit y  than  refe ren c e   config ur at io n.  It  is  al so   obse r ved   t hat  the  ca pacit y  with  sp a ti al   div ersit y  PRAs  di d  not  im pr ov e d  sig nif ic antly   wh e n  the   rec ei ver   a nd   t ra ns m itter  in  L OS   sce nar i o  as  the  cha nn el   conditi on s   are  relat ivel y  good.  Config ur at io n  1A   (LP - LP )  a nd   1F   (RHCP - RHCP)  is  ge ne rall y  the  wor st  config ur at io ns   in  bo t h  LO S  an d  NLOS sce na rios  as  it  sho wn  capaci ty  r ed uct ion  a s r e ferre d t o  ty pical  conf i gurati on.       Table  1.  C ha nnel  Capaci ty  Result s of t he 2  x 2 MIM O  as  Respect t o R efer e nce C onfig ur at ion s   Tr an s m itt er - Re cei v er   Po larization   Co n f i g u ration s   Ch an n el Cap acity   (bits /s/Hz)   Percentag e of   i m p rov e m en t/   d ecre m en t  ( ±% )   LOS   NLOS   LOS   NLOS   Sp atial  d iv ersity   Ref erence   1 .00 9 1   0 .12 7 4   NA   NA   1A   LP - LP   0 .28 6 7   0 .08 6 6   - 7 1 .6   - 3 2 .0   1B   LP - L HCP   0 .01 4 4   0 .24 3 0   - 9 8 .5   +9 0 .7   1C   LP - RHC P   0 .46 5 2   0 .36 8 8   - 5 3 .9   +1 8 9 .5   1D   LHCP - RHC P   0 .00 7 5   0 .34 6 3   - 9 9 .3   +1 7 1 .8   1E   LHCP - LHCP   1 .94 6 3   0 .17 8 7   +9 2 .9   +4 0 .3   1F   RHC P - RHC P   0 .33 3 2   0 .06 0 5   - 6 7 .0   - 5 2 .5   Po lariza tio n   d iv ersity   2A   Ortho g o n al L Ps   0 .04 4 1   0 .17 9 3   - 9 5 .6   +4 0 .7   2B   Ortho g o n al CPs   1 .59 3 8   0 .09 8 1   +5 7 .9   - 2 3 .0       Fo r   pola rizat io n  div e rsity   PRAs  a gainst  refe ren ce   pe rform ance,  cha nne l  capaci ty   i m pr ovem ent  of   appr ox im at ely  50%  is  ob ta ine d  in   co nf i gurat ion   2B  for  L O S  an d  c onfig ur at ion   2A  f or  N LOS   scena rios.  The   achieva ble  cha nn el   ca pacit y  resu lt s  s howe d  that  it   is  ver y   eff ect ive  to  hav e  a  c onfig ur at io n  that  e xploit s  po la rizat ion   di ver sit y  to  im prov e   the  pe rform ance  gai ns   of  the  MIM O  sy stem s  du e  t o  it s  co ns ist ent  be hav i or,  especial ly  f or   m ul ti path  NL O S scen a rios. T his is due to  th e facts that, ins te ad  of em plo yi ng   fix po la riza ti on  at   the  receiver ,  the  anten nas  a re  capa ble  to  fu ncti on   wit h  m ult iple  typ e  of   po la rizat ion   m od e  prov i ding   add it io nal  c ha nn el s   in  M IM O  syst em .  He nce,  by  us in g  PRAs  at   t he  r ecei ver ,   the   pola rizat ions  c ould  be  switc he d  for  sel ect ing   the  be st  po la riza ti on  co nf ig urat io n  to  ena ble  an  increase  in  SN R  that  eve ntu al ly  i m pr ove the  cha nn el  ca pacit y.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  10 , N o.   3 ,  June   201 8   :   1196   –   1202   1200   Ba sed  on   t he  fin dings,  it   s hows   that  no t  a ll   con fi gurati ons  of   PRAs  w il l  pr ovide  bet te r  cha nnel   capaci ty   than  r efere nce  co nf i gurati on.  F or   s om e  trans m itte r - receiver  pola rizat ion   co nfi gurati ons,  t he  channe l   capaci ty   ob ta i ned   a re  lo we r   than  non - rec onfig ur e  ante nnas.  In   t his  s pe ci fic  m easur e m ent  set up ,  t he   best   config ur at io n  i s  1E  (L HCP - L HCP),  as  it   sh ow s  c onsist ent   beh a vior  with   channel  capac it y  i m p ro vem e nt  in  bo t h  L OS   a nd  NL OS   sce nari os .  Mo re ov e r,  as  predict ed ,  sp at ia l  div e rsity   te chn iq ue  w orks  well   with   bette r   per ce ntage   of  i m pr ov em ent  (9 2.9 %  f or  L O S  an d  189.5%   for  NLOS)   as  com par ed  with   pola rizat ion  di ver sit y  te chn iq ue.  Eve n  th ough  the  c apacit y  of   im pr ovem ent  fo r  t he  pola rizat io n  div e rsity   is  not  that  good  as  sp at ia l  div e rsity   te chn iqu e,  it   con tri bu te s  sig nifica nt  i m pr ovem e nt  of   capaci ty   (i m pr oved  by  40 . 7%  f or   L OS   a nd   57.9%  for  N L OS )  with  bette r  sp ace  op ti m i zat ion   -   le ss  s pace  occ upie d.  It  is  al so   ob s erv e d  that  the  PRAs  perform ed  wel l  in  NLOS  sce nar i o  du e   to   th e  fact  t hat  PR As  uniq ue  ca pa bili ty   to  cat er   the  m ulti path  fad i ng  rich  at tri bu te d by tra ns m issi o n  scat te rin g an d reflect io ns   phen om eno n.   It  is  found  th at   sp at ia l  div ersit y  has  bee n  identifie d  c a n  prov i de  bette r  pe rfor m ance  in  te rm   of   capaci ty   co m par ed  to  pola riz at ion   div e rsity .  The  sp at ia l  deg ree  of  f reedo m   is   extrem e ly  po te ntial   to  increas e   the  MIM O   ch ann el   ca pacit y.   H ow e ver,  t his  m e tho d  only   will   be  ver y  use fu l  f or   t he  s yst e m   wh ic h  ha s  no   rest rict ion s   in  te rm   of   sp ace   and   volum e.  Sp at ia l  div e rsi ty   is  i m pr act ical  to  be  a pp li ed  f or   li m it ed   sp ace  syst e m .  In   t his  ty pe  of  syst em ,   pola rizat ion  di ver sit y  is  m or e   eff ic ie nt  an d  s uitable   f or  du e   to  the   com pactness   of the m ulti - el e m ents stru ct ure.       5.   CONCL US I O N     In  this  pa per,  t he  c ha nn el   ca pa ci ty   m easur em ent  cam paign   a nd  perform ance  i nv est ig at ion   of  th e  2  x  2  MIM O  syst e m s  wh e n  e xploit ing  the  pola rizat ion  di ve rsity   char act e risti c  is  pr ese nted.  T he  de s ign e d  anten nas  of  sin gle  an d  dual   port  PRAs  are  use d  at   t he  r ece iver  e nd,  w hile  sp ace - se par at i on  om ni - dire ct ion al   m on opole  ant enn a s  are  us e d  as  tra ns m i tter  ante nn a .  We  sh owe d  that   channel  capa ci ty   is  i m pr oved  as   com par ed  t o  non - rec onfig ure  anten na  (ty pi cal   config ur at ion)  w he n  po l arizat ion   div e r sit y  wh ic h  off erin g  m ul ti ple  ty pe  of   po la rizat ions  is  app li ed  a t  the  receiver   end.  Co nf i gurati on   1E  (LHC P - LHC P)   a nd  2B   (orth ogonal   C Ps)   is  t he  bes t  config ur at io ns  f or   LO S  sce nar i o  wit h  pe r centage  ca paci ty   i m pr ov em ent  of  92.9%  and   57. 9%,   res pecti ve ly .  Me anw hile ,  in  the  NLOS   scenario,  the  config ur at io ns  1C  (LP - R HCP)   f or  sp at ia l  div e rsity   and  2A  ( or t hogo nal  LPs )  pe rfor m s  bette r  than  othe r  c on fig ur at io ns .   T he   res ults  pr ov e d  the   us e  of  rec onfigura ble  anten na s  is  an  eff ect ive  so l ution   to  ob ta in  good  com m un ic at ion   li nk   capaci ty   fo r   th e   syst e m s that h a ve  c onstrai nts  on the  sp ace  such as  h a ndhel d de vices a nd li m it ed - sp ace M IMO  syst em .       ACKN OWLE DGE MENTS   The  a uthor  t ha nk s   U niv e rsiti   Ma la ysi a  Perli s  an d  Re searc h  Ma nag em ent  and   I nnovat ion  Ce ntre  f or   the s upport  of the  researc h w ork  un der   grant  9001 - 0056 9.       REFERE NCE S   [1]   M.  Mow lé r,  M.   B.   Kha li d ,   and   B.   Li ndm ark ,   “Rec on fi gurable   monopole  arr ay   wit h   MEM S  sw it ch es  for  MIM O   systems,”   in  I EEE  Antenn as  and   Propaga ti on   Soc ie t y   Inte rn ationa l  S y m posium ,   20 08,   pp .   1 – 4.   [2]   K.  Ode y emi  an d  E.   Ogunti ,   “ Capa c ity   Enh an ce m ent   for  Hig h  Data   Ra te   W ire l ess  Com m un ic a ti on  S y st em, ”  Int ernati onal   J o urnal   of  El e ct r i c al  and .   Compute r   Eng ineering .,   vol.   4 ,   no .   5 ,   pp .   800 – 809,   2014 .   [3]   B.   A.  C etiner ,   E.   Aka y ,   E.  Se ngul,   and  E .   A y anog lu,  “ A  MIM O  sy st em  wit h  m ult ifunction al   r ec onfigu rab l e  ant enn as, ”   Anten nas Wi rel. P rop ag.   Let t.,   vo l. 5,  no.   1 ,   pp .   463 – 4 66,   2006 .   [4]   Z.   Ans hi,  C.   Zil i,   W .   Jianbi n ,   a nd  Z.  Yunh ui,  “ Stud y   on   Patter n  Rec onf igura t i on  of  Plasm a  A nte nna   Excit ed  b y   Surfac e  W ave , ”  TEL KOMNIKA  ( Tele commucat i on,   Computing,   El e ct ronics  and  Control) ,   vol.   12,   no.   9,   pp.   6658 – 6666,   2014 .   [5]   D.  Piaz z a,   N.  J .   Kirsch,   A.  Fo ren za,  R.   W .   Hea lt h  Jr,  and  K.  R.   Dande ka r,   “ Design  and  eva lu at ion  of  a   rec onfigur able  a nte nna   arr a y   for   MIM O  s y stems , ”  I EEE  Tr ans.  Ant ennas  Propag. ,   vo l.  56,   no.   3,   pp.   869 – 881 ,   2008.   [6]   P. - Y.  Qin,   A.   R .   W ei l y ,   Y.  J.   Guo,  and  C. - H.  Li ang ,   “ Polari z a ti on  re conf igur a ble   U - Slot  p at c h  ant enn a,”  IE E E   Tra ns.  Ant ennas Propag.,   vol. 58, no. 10, pp. 3383 – 3388,   Oct .   201 0.   [7]   J.  F.  Val enz u ela - val d és,   M.   F.   Manz ano ,   and   L.  La nd esa ,   “ Dee peni ng   true  pola ri zation  d i ver sit y   for   MIM O   s y stem,”   IE EE   A nte nnas Wi re l. Pr opag.   Lett.,   vol .   11,   pp.   933 – 936 ,   2012 .   [8]   D.  Piaz za,  P.  Mookiah,   M.  D’A m ic o,   and  K.  R.   Dande kar ,   “ Expe rimental  ana l y sis  of  pat te rn  and  pola ri za t ion   rec onfigur able  c irc ul ar  patch  antenna s  for  MIM O  sy st ems , ”  IEEE  Tr ans.  Ve h.   Technol.,   vol .   59,   no.   5,   pp.   2352 – 2362,   2010 .   [9]   D.  Piazza ,   P.   Mookiah,  D.  Mi ch el e ,   and  K.   R.   D ande kar ,   “Pa tt er n  and  polarizati on  rec onf igurabl e  c ircul ar  pat ch   for M IMO system s,”   in  Europ ean Confe ren ce on   Antenna s  and  P ropa gation,   2009 ,   pp .   1047 – 1051 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ind oo r  Ch anne l C apacity  Me as ure me nt  of 2 x 2 MI M O  Po l ar izati on  Diver sit y   ... ( M oham ed  N as run  O s man )   1201   [10]   B.   S.  Coll ins,  “ Polari z at ion  div ersity   antenna s  for  compac t  base   stat ions,”   Mi crow.   J.,   vol.   43 ,   no.   1,   pp.   76 – 8 8,   2000.   [11]   F.  Qing y uan ,   S.  Li zhong,   J.  Mi ng,   H.  Yong,  and  Q.  Xiaol in,   “ W ide band  Dual - li ne ar  Polarize d  Stac ked  Patch   Antenna   wi th  A s y m m er y   Fe edi n g, ”  TEL KOMNI KA  ( Tele commucat ion ,   Computi ng,   E le c tronic s  and  Control) ,   vo l.   12,   no .   1 ,   pp .   10 6 – 112 ,   2014 .   [12]   M.  N.  Osman,   M.  K.  a.   Rahi m ,   P.  Gardne r,   M.  R.   Ham id,   M.  F .   M.  Yus off,   and  H.  a.   Maji d,   “ An  El ec tron ica l l y   Rec onfigur abl e   Patc h   Anten na  Design  fo r  Polariza t ion   Diver sit y   w i th  Fixed   Res onant   Frequ en c y , ”   Radi oengi n ee rin g,   vol .   24 ,   no .   1 ,   pp.   45 – 53 ,   A pr.  2015.   [13]   M.  N.  Os m an,   M.  K.  A.  R ahim ,   M.  R.   Ham id,   M.   F.  M.  Yus off,   and  H.   A.  Maji d ,   “ Co m pac t  Dual - Por t  Polari z at ion - R econfigura bl e  Ant e nna  W it h  High   I solat ions  for   MIM O  Applic ation , ”  I EEE  An te nna s  Wirel .   Propag .  Le tt., vol .   15 ,   pp .   456 – 459 ,   2016 .   [14]   M.  Z.   A .   A.  Azi z  and  M.  K.  A.  Rahi m ,   “ W ire le ss   MIMO  cha nne l  ca pa cit y   using  double   stage   d iv ersity   techniqu e,”  Wirel .   P ers.  Co mm un . ,   vol .   85 ,   no.   4 ,   pp .   2067 – 2081,   Jul.   2015.   [15]   M.  F.  A.   Kadir ,   M.  K.  Sua idi ,   an d  M.  Z .   A .   Az iz,  “ MIM O  bea m form ing  net wok  havi ng  po la ri za tion  dive rsi t y , ”  i n   Europe an   Confe ren ce on  Ant enn as  and  Prop aga t i on,   2009 ,   pp .   17 43 – 1747.   [16]   A.  M.  Abdin ,   “ Design  of  du al - pola ri za t ion  stacked  arr a y s  for  wire le ss   comm u nic a ti ons,”   Prog .   El e ct rom agn.   Re seac h ,   vo l. 4,  no.   4 ,   pp .   409 – 4 12,   2008 .   [17]   K.  Masuda,   “ Corre lation  of  MIM O  and  it s  eva luation,”  in  IE EE   Internat ional  S y m posium   o n  Antenna s  an d   Propaga ti onAnt e nnas  and  Prop ag at ion   Societ y ,   20 05,   pp .   355 – 358 .   [18]   J.  P.  Kerm oal ,   P.  E.   Mongensen ,   S.  H.  Jensen,   J.   B.   Andersen,   F.   Frede riksen,   T.   B.   Sorensen,   an d  K.  I.   Pede rsen,  “Expe rimenta l  i nve stigat ion  o f  multi path  ri chnes s  for  multi - elem ent   transm it   and   rec e iv e   ant enna   arr ays, ”   in  IE E E  Confer ence  Proc ee dings on   Vehi cul ar   T ec hnolog y ,   2000 ,   pp .   200 4 – 2008.   [19]   Alex  Gershm an and  Nikos Sidiro poulos,   Spac e - t i m e  proc essing  f or  MIM O c om muni cations.   England:  W ile y ,   200 5.       BIOGR AP HI ES OF  A UTH ORS       Moham ed  Nasru n  Osman  was  b orn  in  Novem ber   1987.   He  rec e i ved  his  El e ct ri c al   Engi n ee r ing  degr ee  m aj or  telec om m unic atio n  from   Univer si ti   T eknol og i   M al a y si a  in   2010.   From   2010  to   2012,   he   was  an   assistant   d irect or  at  Malay si an  Com m unic at ion  and  Multi m ed ia  Com m ission,   responsible   on  implementa t ion   and  m onit orin g  of  comm unic at ion  and  t ec h nolog y   project   spec ifica l l y   in  ru ral   ar ea.  He  obt a ine d  his  PhD   de gre e  in  Elec tr ica l  Engi n ee ring  at   the   Univer si ti   Te knologi   Ma lay sia .   He  is  cur re ntly   worked  at   Univer siti   Mal a y sia  Perl is  as  senior  le c ture r .   Hi s   rese arc h  in te r est s  inc lude   rec on figura bl e  ant enn a  design,   wea r a ble   antenna ,   R F  design  and   wire le ss   MIM O s y stem .           Moham ad  Kam al   A.  Rah im  was  born  in  Alor  Sta r  Keda h  Mal a y s i a  on  3rd  Novem ber ,   1964 .   He  rec e ive d  the   B   Eng  degr ee   i n  El e ct ri cal  an d  El e ct roni c  E ngine er ing  fro m   Univer sit y   o f  Strat hcly d e,  UK   in  1987.   He  ob ta in ed  his  Mast er  Engi n ee r ing  f rom   Univer sit y   of  New  South   W al es,   Aus tra l ia  in  1992.   He  gr a duat ed  h is  PhD   i n  2003  from   Univer sit y   of   Birmi ngham,  U.K.,   in  the   f ield  of  W ide band  Ac ti v e  Antenna .   From   1992  to  1999,   h e   was  a  lectur er  a t  the   Fa cult y   of  El e ct ri ca l  Engi n ee ring ,   Univer si ti   Te kno logi   M al a y si a.   From   2005  to  2007,   he   was  a  senior   le c ture r  a t  the   Depa rtment  of  Com m unic at ion  Engi nee r ing,   F ac ul t y   of  El e ct ri ca l  Eng ineeri ng,   Univer siti   Te kn ologi   Malay sia .   He  is  now   a  Pr ofe ss or  at   Univer siti   Te kno logi,   Malay si a.   His  rese arc h  in te r est  inc lude s  the   desig n  of  ac ti v e  and  passive  ant enn as,   die l ectric   resona tor  ant enn as,   m ic ros tri p  an te nnas ,   ref le c t - arr a y   antenn as,   elec tromagne ti c  b and  gap  ( E BG),  art if icial   m agne ti c   condu c tors  (AM C),   l eft - hande d  m etam a te ri al s a nd   comp ute r aide d   desig n  for ante nn as.           Moham ad  Rij al  Ham id  rec e ived  the   M.Sc .   de gre es  in  Com m unic a ti on  Eng in ee ring  f rom   the  Univer siti   Te kn ologi   Mal a y s ia,   Johor  Bahru,  Malay s ia,  in   20 01  and  th e  Ph D  Degre e  at  th e   Univer sit y   of  Birmingham,  Birmingham,  Unite d  Kingdom .   He  has  bee n  with  Univer siti   T eknol ogi  Ma lay sia  at   the   Fa cu lty   of  El e ct r ic a l   Engi nee r ing,   U TM  since   1999.   Curre ntly   his   positi on  is   a  Se nior  L ec tur er.  H is  m aj or  r ese arch  intere st  is  re c onfigura bl e  ant e nna  design   for   m ult imode  wire l ess a pplications.       Mohd  Fairus  Mohd  Yus off  is  a  gra d ua te   f ac ul t y   m ember  of  the   Fa cul t y   of  Elec tr ical   Engi ne eri ng,   UT M.  He  joi ned  UTM  in  2002  as  a  Tut or.   He  received  his  Bac hel or   in  Engi nee r ing   (El e ct ri ca l - Tele c om m unic at ion)  in  2002  and  Master   of  El e c tri c al   Enginee r i ng  (El e ct ri ca l - El e ct roni cs  and  Te l ec om m uni ca t ions)  in  2005  fro m   Univer siti   Teknologi  Mal a y s i a.   He  ob ta in ed  his  PhD   in  2012  from   Univer sit y   of  R enne s   1,   Franc e  in  are a  of  Sign al   Proce ss ing  and   Te l ec om m unic ation.   His  m ai n  r ese arc h   intere st  and  ar ea s  is  antenna   d esign,   m i ll imeter  wave s   and  m ic rowav e  devi c es.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  10 , N o.   3 ,  June   201 8   :   1196   –   1202   1202         Moham ad  Zoi nol  Abidin  Abd  A zi z  re ce iv ed  his  Master   and  PhD  in  El ectrical   En gine er ing  from   Univer siti   Te kn ologi   Mal a y sia   UTM  in  2005  a nd  2015  respe ct i vely .   He  is  lectu rer   a t  Univ ersit i   Te knik al   Ma lays ia   Mela k a  (UT eM)  since   2006.   His  rese ar ch   ar ea   are   m ic row a ve  component   design,   antenna   design  and   MIM O s y stem.           Muza m m il   Jus o h   is  cur ren tly   w orking  with  Univer siti   Mal a y s ia  Perli s  (UniMAP )  as  a  senior  le c ture r  and  rese arc her   base d  in  School  of  Com p ute r  and  Com muni cation  Engi n ee ring  (SCC E).   Expe ri enc ed   as  RF   and  Microwa ve  Engi n ee r   for Telekom   Malay s ia   Be rha d  ( TM)  Com pan y   from   2006 - 2009.   Exp eri en ce   as  an  e ngine er  ( team   le ade r)  of   Specialize d   Network  Servic es  (SN S)  Depa rtment  base d  in  TM  Senai   Johor.  Do  pre ven ti ve  and  cor recti ve  m ai nte nan ce   of  ILS,   ND B,   DV OR,  rep ea t er ,   m ic rowave   s y s te m ,   VH F  and  UH F  base d  on  cont ract  wise;  De par tment  Civ il  Aviat ion  (DCA ),   TUDM ,   PDRM,  ATM,  Ta njong  Pele pas  Port  ( PTP ),   M CMC   and  JPS   (Hidrologi   Dept . ).   He  has  recei v ed  PhD   in  Comm unic at ion  Eng i nee ring  from   UniMA P  in  2013 .   W hil e  re ce iv ed  Ms C  (2010)  in  El e ct roni c  T el e c om m unic at ion  E ngine er ing  and  Bac he lor  Degre e  (2006)  in  El ectri ca l - El e ct roni c  a nd  Te lecom m un ic a ti on  Engi n ee r ing  from   Univer siti   Te knolog i  Malay s ia   (UTM).  Mana ge  to  publi sh  a  num ber   o f  qual ity   journal s  such  as   IEE E  AW PL,   M OTL,  IJA P,  PIER   and  Radi o  Engi nee r ing  and  m ore   th an  50  conf ere nc e  pape rs.  His  rese arc h  intere sts   inc lud e  an te nna   design,   r ec onf i gura ble  ant enna,  MIM O,  UW B  and  wire le ss   c om m unic at ion  s y stem.  Curr ent l y ,   supervising   a   num ber   of  PhD   and  Ms C  students   and  a lso mana ging  few  gr ant s   under   Ministr y   o f  Higher   Educat i on  Malay si a         Muham m ad  Azf ar  Abdulla h  was  born  in  Selay an g,   Sela ngor  Mal a y si a  in  198 7.   H e  rec e ive d  th e  B  Eng  degr ee   in   El ectri ca l  Enginee ring  m aj or  in   te lecom m unic ation  from   Univer siti   Te kno logi   Malay s ia  in  201 0  and  M.S.   degr ee   in  e lectr i cal  e ngine er ing  from   Univer siti   Te kn ologi   Mal a y si a   in  2014.   He is   cu rre ntly   PhD .   De gre e in elect r ic a l   engi n ee ring   a t U nive rsit y   Te kn ologi   Ma lay sia .   From   2010  to  2011,   he  was  a  pr oce ss   engi ne er  a t  Infine on  Sdn  B hd  Kulim  Keda h.   His  rese ar ch   int er est  in cl ud es  te xtile   antenna   d esign  and   ar ti fi cial  m agneti c  con duct or  (AM C).         Nors ai dah  Muham ad  Nadz ir  rece iv ed  her   B.   Eng .   Degre e  in  El e c tri c al   Engi n ee r in g  (Com pute r   Engi ne eri ng)  fro m   Univer siti   Teknologi  Ma lay si a  in   2016.   She  is  cur ren tly   pursui ng  her   M .   Eng .   Degre e  in  Elec tri c al   Eng ineeri ng  in  Univer si t i  Te kno logi   M al a y si a.   Her   re sea rch   int er est  inc lud es  RF ID  ant enn as  for  r e ade rs  and   t ags,   computer   ai d e d  design  for   a nte nnas,   sm al l  ant enn as,   computer   s y stems ,   and wirel ess sensor  net works .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.