I n t e r n at ion al  Jou r n al   of   E lec t r ical  an d   Com p u t e r   E n gin e e r in ( I JE CE )   Vol.   15 ,   No.   1 F e br ua r y   20 25 ,   pp.   467 ~ 479   I S S N:  2088 - 8708 ,   DO I 10 . 11591/i jec e . v 15 i 1 . pp 4 67 - 479       467       Jou r n al  h omepage ht tp: // ij e c e . iaes c or e . c om   E n h an c in g m il li m e t e r - w av e  c om m u n ic at io n :  a t r op i c al   p e r s p e c t iv e  o n  r ai n d r op  si z e   d is t r ib u t io n  a n d  si g n al  at t e n u at io n       Nurul   Naj wa  M d   Yus of 1 , 2 ,   Ja f r Din 1 ,   L am   Ho n Yin 3   1 D e pa r tm e nt  of  C omm uni c a ti on E ngi ne e r in g, F a c ul ty  of  E le c tr i c a E ngi ne e r in g, U ni ve r s it T e knol ogi  M a la y s ia ,   J ohor  B a hr u ,   M a la ys ia     2 D e pa r tm e nt  of   P ol yt e c hni c  a nd C omm uni ty  C ol le ge  E duc a ti on , M in is tr y of  H ig he r  E duc a ti on,  P ut r a ja ya M a la ys ia   3 D e pa r tm e nt  of  E le c tr ic a E ngi ne e r in g, F a c ul ty  of  E ngi ne e r in T e c hnol ogy, Unive r s it T un H us s e in  O nn M a l a ys ia P a r it  R a ja M a la ys ia       Ar t icle   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e ived  Apr   18,   2024   R e vis e S e 17,   2024   Ac c e pted  Oc 1,   2024       T h i s   s t u d y   t ac k l e s   rai n   at t e n u a t i o n   i n   mi l l i met e r - w av (mm - w a v e)   co mmu n i ca t i o n ,   cri t i ca l   co n cer n   fo t h ad v an c em en t   o 5 G   w i rel es s   t ech n o l o g y .   It   e x ami n es   t h v ar i ab i l i t y   o ra i n d ro p   s i z d i s t ri b u t i o n   ( D SD )   an d   i t s   i mp ac t   o n   s p e ci f i at t en u at i o n ,   w i t h   fo cu s   o n   t r o p i cal   en v i ro n men t s   s u c h   as   Ma l ay s i a.   U s i n g   t h J o s s - W a l d v o g el   d i s d ro met er ,   t h i s   s t u d y   co l l ect e d   an d   an al y zed   ex t en s i v D SD   d at o v er  t h ree  y ears ,   rev eal i n g   t h a t   t h h i g h e s t   D S D   co n cen t ra t i o n s   d o   n o t   n ece s s a ri l y   r es u l t   i n   t h g re at e s t   s p ec i fi a t t e n u a t i o n .   T h i s   s t u d y   ad o p t ed   mach i n e   l earn i n g   ap p ro ac h ,   s p ec i fi ca l l y   s u p erv i s e d   l ear n i n g   w i t h   l i n ear  reg re s s i o n ,   t o   e n h a n ce  t h e   accu racy   o a t t e n u a t i o n   p r ed i ct i o n   mo d e l s .   A   n ew   s e t   o co effi ci e n t s   fo t h e   p o w er - l a w   mo d e l   o s p ec i fi at t en u a t i o n   w a s   d eri v e d   an d   b e n ch mar k ed   ag ai n s t   t h IT U - P. 8 3 8 - 3   s t a n d ar d   an d   s i mi l ar  s t u d i e s   i n   co m p arab l e   cl i ma t es .   T h fi n d i n g s   emp h as i ze  t h i m p o r t an ce  o f   d ev el o p i n g   reg i o n - s p ec i fi mo d e l s   t h at   c o n s i d er  l o cal   me t eo r o l o g i cal   v ari at i o n s ,   p o t e n t i al l y   o fferi n g   s i g n i fi ca n t   i m p ro v emen t s   t o   t h rel i ab i l i t y   a n d   d es i g n   o mm - w a v e   co mmu n i ca t i o n   s y s t ems   i n   t h fu t u re .   K e y w o r d s :   M il li mete r - wa ve     R a indr op  s ize   dis tr ibut ion   S pe c if ic  a tt e nua ti on   S upe r vis e mac hine  lea r ning   T r opica mons oons   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA   l i ce n s e.     C or r e s pon din A u th or :   J a f r Din    De pa r tm e nt  of   C omm unica ti on   E nginee r ing ,   F a c ul ty  of   E lec tr ica E nginee r ing Unive r s it i   T e knologi   M a lays ia   81310  UT M   J ohor   B a hr u ,   J ohor   Da r ul  T a z im ,   M a lays ia   E mail:   jaf r i@ut m . my       1.   I NT RODU C T I ON   T he   de mand  f or   mor e   c omm unica ti on   c ha nne ls   th a c a a c c omm oda te  f a s ter   da ta  r a tes   a nd  b r oa de r   ba ndwidths   ha s   led  to  the  r e s e a r c of   the  mi ll im e ter - wa ve   ( mm - wa v e )   s pe c tr um,   whic typi c a ll ope r a tes   a bove   20  GH z ,   with  wa ve lengths   les s   than  10   mm   [ 1] .   How e ve r ,   the  p r omi s e   of   unpr e c e de nted  da ta  tr a ns mi s s ion  s pe e ds   a nd  ne twor r e li a bil it is   tempe r e by  the  phys ica li mi tations   im pos e by  the  a tm os phe r e ,   pa r ti c ular ly   thr ough   r a in   a tt e nua ti on.   R a in  a tt e nua ti on  plays   a   c r uc ial  r o le  in   the  de ter io r a ti on  of   mm - wa ve   s ignals   [ 2] ,   [ 3]   by   c a us ing  de e f a de s   t ha im pa c the   a va il a bil it y   of   the  l ink  [ 4] ,   thus   be c omi ng  a   f or mi da ble  c ha ll e nge   to  maintaining  the  int e gr it y   of   high - f r e que nc s ignal  tr a ns mi s s ion s   ove r   c on s ider a ble  dis tanc e s .   R a in  a tt e nua ti on  de pe nds   he a vil on  lo c a c li matology  [ 5 ] .   pr e vious   wo r ks   ha ve   highl ig hted  the   s igni f ica nt  im pa c of   r a indr op  s ize   dis tr ibut ion  ( D S D)   on  r a in  a tt e nua ti on.   F or   e xa mpl e ,   s e ve r a s tudi e s   ha ve   e mphas ize that  the  e mpi r ica model  pr ovided  by  I T U - R   doe s   not  ha ve   loca r a in  c ha r a c ter is ti c s   [ 6] ,   [ 7] .   T he   I T U - R   model   may   be   e f f e c ti ve   f or   lowe r   f r e que n c ies ,   but   a s   the   f r e que nc moves   int o   the   mm - wa ve   r a nge ,   the  I T U - R   model  be gins   to  los e   a c c ur a c [ 8] .   T h is   li mi tation  wa s   a c knowle dge in  [ 9]   that   s ugge s ted  the  I T U - R   model's   inade qua c is   due   to  not  a c c ounti ng  f or   loca mete or o logi c a va r iations ,   ne c e s s it a ti ng  a   mor e   de tailed  unde r s tanding  of   DSD  [ 8] .   T he   c oe f f icie nt  of   the  powe r - law   in  s pe c if ic  a tt e nua ti on  is   s igni f ica ntl Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   C omp   E ng ,   Vol .   15 ,   No.   1 F e br ua r y   20 25 :   467 - 479   468   inf luenc e by  the  loca l   r a indr op   s ize   dis tr ibut ion   ( DSD) ,   whic c a di f f e r   a c r os s   va r ious   r e gions   [ 10] .   T his   im por tanc e   wa s   c or r obor a ted   in   [ 11]   whic s tate that  s pe c if ic  a tt e nua ti on  p r ogr e s s ively  r e li e s   on   the  DSD  a t   higher   f r e que nc ies .   M os s tudi e s   e xa mi ning  r a in   a tt e nua ti on,   including   thos e   c onduc ted  by  I T U - R ,   ha ve   pr im a r il c onc e ntr a ted   on  tempe r a te  r e gions   [ 12 ] .   How e ve r ,   the  c ha r a c ter is ti c s   a nd  s tr uc tu r e s   of   r a inf a ll   e ve nts   in  tr opica a r e a s   dif f e r   s igni f ica ntl y,   lea ding  to  inac c ur a te  p r e dictions   f or   tr opica l   c li mate s   [ 13] .   T he   inf luenc e   of   DSD  on  mm - wa ve   pr opa ga ti on  is   c r uc ial  in  tr opica r e gions   due   to  the  r a in’ s   unique  c ha r a c ter is ti c s ,   s uc a s   high  r a inf a ll   r a tes   a nd  int e ns e   pr e c ipi tation  e ve nts   with  lar ge r   r a ind r op s ,   whic c a us e   gr e a ter   s c a tt e r ing  a nd   a bs or pti on   of   e lec tr o magne ti c   wa ve s ,   r e s ult ing   in   higher   a tt e nua ti on   [ 14] .   T his   s igni f ica ntl de gr a de s   the   pe r f or manc e   of   c omm unica ti on  s ys tems ,   pa r ti c ula r ly   5G  a nd   6G   ne two r ks   [ 15 ] B e c a us e   I T U - R   f r e que ntl unde r e s ti mate s   s pe c if ic  a tt e nua ti on,   s ome  s tudi e s   ha ve   highl ight e the  im por tanc e   of   r e gion - s pe c if ic  a djus tm e nts   a nd  mor e   c ompl e modeling   tec hniques   [ 16] ,   [ 17] .   F or   e xa mpl e ,   the   va r iabili ty  o f   DSD  in   I ndia  r e ve a led  that   the   s pe c if ic  r a in   a tt e nua ti on   a 100   GH z   de c r e a s e s   les s   with  incr e a s ing  r a in  r a tes   than  a 60  GH z   [ 18] .   Anothe r   s igni f ica nt  wor by  Alonge   [ 19]   a na lyze the  e f f e c ts   of   r a inf a ll   a tt e nua ti on  a c r os s   dif f e r e nt  r e gions   in  A f r i c a ,   indi c a ti ng  the  im pa c o f   c li matic  a nd   ge ogr a phi c   f a c tor s   on  DSD  pa tt e r ns .   T he s e   s tudi e s   e mphas iz e the  im por tanc e   of   c ons ider ing  r e gional  DSD  va r i a ti ons   in  a tt e nua ti on  modeling  a nd   im pr oving   the  a c c ur a c of   r a in f a ll   a tt e nua ti on   f or e c a s ts ,   ther e by   c ontr ibut i ng  to  the   de ve lopm e nt  a nd  opti mi z a ti on  of   r obus c omm u nica ti ons   s ys tem s   that  c a withs tand  the  s e ve r e   we a ther   c ondit ions   typi c a of   thes e   a r e a s   [ 9] .   T his   r e s e a r c a ddr e s s e s   the  de f icie nc ie s   in  a c c ur a tely  pr e dicting  r a in  a tt e nua ti on   due   to  the  ove r s ight   of   r e gional  mete or ologi c a f luctua ti ons   by  e xis ti ng  models   in  tr opica c ountr ies   s uc a s   M a lays i a .   T his   is   done   by  a mas s ing  a nd  e xt e ns ively  s c r uti nizing  thr e e   ye a r s   of   DSD  da ta  uti li z ing  the  J os s - W a ldvogel  dis dr omete r .   B de ve lopi ng   ne c oe f f icie nts   f or   a   powe r - law   model  f o r   s pe c if ic   a tt e nua ti on  us ing   s upe r vis e mac hine  lea r ning  a nd  c ompar ing  them  with  the  I T U - R   P . 838 - s tanda r d,   thi s   s tudy  s tr ives   to  r e f ine  the  a tt e nua ti on  pr e diction  model ,   c a ptur ing   s e a s ona a nd  we a ther - r e late va r iations .   Additi ona ll y ,   i inv e s ti ga tes   the  im pa c of   dif f e r e nt  r a in   types   a nd  int e ns it ies   on   s pe c if ic  a tt e nua ti on  a c r os s   va r ious   mm - wa ve   f r e q ue nc ies .     T his   pa pe r   is   or ga nize d   a s   f oll ows :   s e c ti on  de s c r ibes   the  ke y   f e a tur e s   o f   the  J os s - W a ldvogel  R D - 69  dis dr omete r ,   including  it s   ope r a ti ona pr inciple ,   s e ns ing  a r e a ,   a nd  c a li b r a ti on  methods .   S e c ti on  e xplains   the  c a lcula ti on  of   s pe c if ic   a tt e nua ti on  ( γ )   us ing  th e   I T U - R   P . 838 - s tanda r a nd   the  T - matr ix   metho d,   whic h   c ons ider s   c ompl e s c a tt e r ing  pa tt e r ns   o f   r a indr ops ,   a s   we ll   a s   the   s pe c if ic  a tt e nua ti on   r e s ult s   f or   f r e que nc ies   in  the  r a nge   18  to  38  GH z ,   highl ight ing   the  va r ia ti ons   be twe e dif f e r e nt  r a in  types   a nd  c ompar ing  the  ne powe r - law   model  c oe f f icie nts   with   the   I T U - R   s tanda r d.   T his   s e c ti on  a ls pr ovides   c ompl e menta r c umul a ti ve   dis tr ibut ion  f unc ti on  ( C C DF)   f o r   dif f e r e nt  r a in  e ve nts ,   a c c e nti ng  the  dif f e r e nc e s   obs e r ve dur ing   the  s outhwe s ( S W )   a nd  nor thea s ( N E )   mons oon s .   F inally,   S e c ti on  c onc ludes   the  s tudy  by  s um mar izing  the  r e s ult s   a nd  s ugge s ti ng  pos s ibl e   im pr ove ments   f or   mm - wa ve   c omm unica ti on  s ys tems   in  tr opica r e gions .       2.   M E T HO   I thi s   s tudy,   D S wa s   mea s ur e us ing   J os s   W a ldvogel  dis dr omete r ,   pa r ti c ula r ly  the   R D - 69  model,   whic wa s   loca ted  a Unive r s it T e knologi   M a l a ys ia  in  Kua la  L umpur   ( UT M ,   KL ) .   I ope r a te s   on  the   pr inciple  o f   de tec ti ng   dr op lets   pa s s ing  thr ough   a   s e ns ing  a r e a   a nd   s or ti ng   them   int o   20   di f f e r e nt   c ha nne ls   ba s e on  their   s ize   a nd  f a ll   ve locity.   T he   R D - 69  d is dr omete r   c ons is ts   of   a   c onica S tyr of oa m   c oll e c t or   that  is   pos it ioned  a bove   a   s e n s ing  unit .   T he   c oll e c tor   is   i ntende to  mi nim ize   the  e f f e c ts   of   wind  a nd  to  e n s ur e   that   r a indr ops   f a ll   ve r ti c a ll onto  the  s e ns or .   M e a nwhile,   the  s e ns ing  unit   c ompr is e s   a   c oil   of   wir e   that  is   s us pe nde in  a   magne ti c   f ield  [ 20] W he a   r a indr op  s tr ikes   the  c oll e c tor ,   it   e xe r ts   f o r c e   a nd  pus he s   the  c oil .   T his   moveme nt   ge ne r a tes   a   vol tage   in   the   c oil ,   wh ich  is   a mpl i f ied  a nd   r e c or de d   by   a   da ta   logger .   T h e   DSD  is   de r ived  f r om  the  vol tage   puls e s   pr oduc e by  the  R D - 69  dis dr omete r .   T he   puls e   a mpl it ude   c or r e s ponds   to  the  s ize   of   the  c a us ing  r a indr op.   T c a lcula te  the  DSD,   the  c ount  of   puls e s   f or   e a c s ize   c a tegor is   di vided  by  the  s a mpl ing  pe r iod ,   yielding   the  D S in   unit s   of   mm /h .   T he   mea s ur e ment  s e tup  f or   the   dis dr o mete r   is   s hown  in  F igur e   1 .   T he   de tails   o f   the   mea s ur e ment  s e tup  c a be   f ound   in  [ 21] .   T he   s a mpl ing  a r e a   f o r   the   R D - 69  dis dr omete r   is   = 5000   mm 2   wi th  a   one - mi nute  int e gr a ti on   ti me   of   = 60   s   a nd  diame ter   c las s e s   r a nging  be twe e 0. 3   a nd  5. 3   mm .   T he   r a in  r a te  ( mm /h)   given   by  th e   dis dr omete r   c a be   c a lcula ted  us ing  ( 1 ) :     = 3600 6  3 20 = 1   ( 1)     whe r e     is   the  diame ter   of   the  th  bin  with   the  numbe r   of   r a indr ops ,   T he   mea s ur e DSD   in  ( m - 3 mm - 1 )   c a n   be   e xpr e s s e by  ( 2 )   whe r e   ( )   is   the   Gunn - Kinz e r   ve locity  of   r a indr ops   in   s ti ll   a ir   [ 22] ,   [ 23 ]   a nd    is   the   s pa of   c las s   th  bin  de ter m ined  by  the   dis dr omete r .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         E nhanc ing  mil li me ter - w av e   c omm unication:   tr o pical  pe r s pe c ti v e   on  …  ( N ur ul  N ajw M Y us of )   469   ( ) = ( ) × × ×   ( 2)           F igur e   1.   J os s - W a ldvog e R D - 69  dis dr omete r   mea s ur e ment  s e tup  [ 24]       T his   s tudy  a na lyze s   36  mont hs   of   DSD  da ta  f r om  the  R D - 69  dis dr omete r ,   whic pr ovided  r a w   da tas e ts   e nc ompas s ing  61, 384  r a iny   mi nutes   ( 1 - mi nute  int e gr a ti on   ti me) .   F r om   thes e   da ta,   556   r a in  e ve nts   we r e   identif ied,   with  e a c e ve nt  s e pa r a ted  by  dr y   p e r iods   of   a   mi ni mum   dur a ti on   of   one   hour ,   s e pa r a ti ng  e a c h   e ve nt  f r om  the  s ubs e que nt  e ve nt.   T he   e ve nts   we r e   c las s if ied  ba s e on  their   int e ns it a nd  dur a ti on  in to  thr e e   c a tegor ies dr izz le,   s howe r ,   a nd   thunder s tor m ,   ba s e on  p r e vious   s tudi e s   [ 25 ] ,   [ 26 ] .   Dr izz le   oc c ur r e nc e s   a r e   c ha r a c ter ize by  r a in   r a tes   be low   20  mm /h  that   las f or   a   mi nim um   of   10  c ons e c uti ve   mi nutes ,   while   s howe r s   e xhibi r a in  r a tes   r a nging  f r om  20  to   70  mm /h  s us taine f or   10  c ons e c uti ve   mi nutes .   T hunde r s tor e ve nts   a r e   identif ied  by  r a in  r a tes   e xc e e ding  70  mm /h  s us taine f or   a t   lea s c ons e c uti ve   mi nutes .   E ve nts   with  r a in  r a tes   be low  5   mm /h   a t   the   s tar a nd   e nd   we r e   not   incl ude d.   T he   b in  nu mber   with   it s   c o r r e s ponding  me a dr op   diame ter   is   p r e s e nted  in   T a ble   1.   T he   s umm a r y   of   a ve r a ge   mea s ur e d   dr op   c ounts   f o r   S W   a nd  N E   m ons oons   a 3:00 - 6:00  a a nd  3:00 - 6:00  pm   dur ing   thunde r s tor m,   s howe r   a nd  dr izz le  e ve nts   we r e   a ls give in  the   s a me  table .       T a ble  1.   S umm a r y   of   a ve r a ge   mea s ur e r a indr ops   dur ing  thunder s tor m   e ve nts   in  the   S W   a nd  N E   mo ns oon   B in   N umbe r   M e a d ia me te r   ( mm )   S W   T hunde r s to r m   N E   T hunde r s to r m   S W   S how e r   N E   S how e r   S W   D r iz z le   N E   D r iz z le   AM   PM   AM   PM   AM   PM   AM   PM   AM   PM   AM   PM   1   0.36   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   2   0.46   1   0   1   0   2   1   0   0   3   1   0   1   3   0.55   11   6   5   6   10   8   11   11   19   5   3   6   4   0.66   39   20   21   18   37   19   65   27   23   17   12   25   5   0.77   53   39   56   39   61   34   105   44   34   29   29   40   6   0.91   151   133   224   132   174   106   249   137   77   116   102   137   7   1.12   250   223   331   228   252   181   348   249   134   202   215   256   8   1.33   196   164   215   174   186   146   229   176   107   156   200   209   9   1.51   141   124   149   128   140   106   163   131   80   109   133   148   10   1.67   131   115   129   112   121   97   139   120   83   94   118   132   11   1.91   214   177   195   163   188   148   230   187   132   136   190   199   12   2.26   156   130   139   120   156   107   178   131   106   101   156   125   13   2.58   75   67   70   63   73   57   65   66   53   55   75   63   14   2.87   48   45   40   43   45   40   42   43   33   39   40   41   15   3.20   34   40   32   38   34   34   34   31   26   33   35   31   16   3.54   14   18   19   20   15   20   13   15   13   19   12   14   17   3.92   9   12   11   14   8   14   9   11   17   15   8   10   18   4.35   2   5   5   7   2   7   4   6   8   9   5   6   19   4.86   1   2   2   3   1   5   1   4   9   5   1   4   20   5.30   0   1   0   0   0   2   0   1   2   2   1   1       2. 1.     De t e r m in a t ion   o f   s ou t h we s t   an d   n or t h e as t   m on s oon   in   M alays ia   M a lays ia,   a   tr opica c ountr loca ted  a 4. 2105°   N,   101. 9758°  E ,   c ompr is e s   a   pe nins ular   a nd  the  is land  of   B or ne o,   whic include s   S a ba a nd  S a r a wa k.   I t   e xpe r ienc e s   two  main   mons oon  s e a s ons the  S outhwe s ( S W )   mons oon   f r om   late   M a to   S e pte mber   a nd   the   Nor thea s t   ( NE )   mons oon  f r om   Nov e mber   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   C omp   E ng ,   Vol .   15 ,   No.   1 F e br ua r y   20 25 :   467 - 479   470   M a r c h,   with  a   tr a ns it ional   int e r - mons oon  pe r iod   in  be twe e n.   W ind   s pe e a nd  dir e c ti on   da ta,   w hich  a r e   im por tant  f or   identif ying  thes e   mons oons ,   we r e   obtaine f r om  the  M a lays ian  M e teor ologi c a De pa r tm e nt  ( M E T ) ,   Vis ua C r os s ing,   a nd   the  Na ti ona Oc e a nic  a nd  Atmos phe r ic  Admini s tr a ti on   ( NO AA ) .   Dur in the  NE   mons oon,   the  r e gion  e xpe r ienc e s   the  s tr onge s winds ,   with  a ve r a ge   s pe e ds   r e a c hing  up  to   15. 4   m/ [ 27 ]   whe r e a s   the  S W   mons oon  f e a tur e s   lowe r   wind   s p e e ds ,   a ve r a ging  a r ound   2 . to   5 . 2   m/ s ,   whic r e s ult ing  in   c a lm e r   s e a   c ondit ions   [ 28] .   De s pit e   the  di f f e r e nc e   in  wind  s pe e ds ,   a   s tudy  r e por ted  that   in  P e nins ular   M a lays ia,   wind  s pe e doe s   not  s igni f ica ntl inf l ue nc e   wind  dir e c ti on,   ir r e s pe c ti ve   of   it s   or igi [ 29] T he   s tudy  a ls r e ve a led  that  the  wind  dir e c ti on  e xhi bit s   gr e a ter   s tabili ty  in  the  e a s ter r e gion  of   P e nins ular   M a lays ia  c ompar e to  the  we s ter pa r t.   T his   s ugge s ts   a   tende nc f or   wind  dir e c ti on  to  va r mo r e   d ur ing  the  s outhwe s S W   mons oon  than  the  nor thea s N E   mo ns oon.     T he   J W   R D - 69  dis dr omete r   wa s   ins talled  a the  Unive r s it T e knologi   M a lays ia  in  Kua la  L umpur   ( UT M ,   KL )   in   the  s outhwe s o f   P e nins ular   M a lays ia.   S pe c if ic   wind  s pe e d   a nd  di r e c ti on   da ta  a r e   not   a va il a ble  f or   thi s   loca ti on.   T he   ne a r e s we a ther   s tations   a r e   in  P e taling  J a ya   a nd  S uba ng,   a c c or ding  to  M E T   a n NO AA   r e c or ds .   M e teor ologi c a ll y,   the   wind   dir e c ti on   is   de ter mi ne via   the   plac e   of   o r igi n   of   the   wind  [ 30] .   F igur e   2   s hows   a   s im pli f ied   wind  r os e   diagr a m   to   he lp   b e tt e r   unde r s tand  wind   di r e c ti on.   A   de c a de - long  s tatis ti c a l   a na lys is   f ound  that   the   wind   dir e c ti on   dur ing   the  S W   mons oon  in   S uba ng  f r om   1999   to   2007   va r ied   be twe e n   197  a nd  231  de gr e e s ,   while  it   va r ied  be twe e 17 a nd  211  de gr e e s   a Kua la  L umpur   I nter na ti ona Air por t   ( KL I A)   [ 29 ] .   F u r ther   inves ti ga ti on  r e ve a led  that  dur ing  the   NE   mons oon  a t   KL I f r om   2014   to   2 019,   the   wind  dir e c ti on   va r ied   be twe e 11   a nd  339   de gr e e s ,   pe a king   in   2018,   while   other   ye a r s   e xpe r ienc e d   d ir e c ti ons   be twe e 11  a nd  46   de gr e e s   [ 31 ] .   Dur ing   the   S W   mons oon,   the  di r e c ti on  f luctua ted  be twe e 172   a nd  212  de gr e e s .   Ka mi s a e al [ 32]   s howe a   c i r c ular   dis t r ibut ion  pa tt e r n   of   wind  dir e c ti on   dur ing   the  S W   mons oon  a f our   loca ti ons   in  M e laka ,   S e na i,   Alo r   S e tar   a nd  L a ngka wi  we r e   be twe e 90  a nd  315  de gr e e s .   M e laka ,   whic is   the  c los e s to  UT M ,   KL ,   pa r ti c ular ly   s howe wind  dir e c ti ons   be twe e 150  a nd  285  de gr e e s .   T he r e f or e ,   thi s   s tudy  a s s umes   that  the   wind   dir e c ti ons   dur ing   the  S W   mons oon   a r e   be twe e n   180   a nd  270   de gr e e s   a nd  be twe e a nd  90  de g r e e s   dur ing  the   NE   mons oon.           F igur e   2.   W ind  r os e   diagr a m       2. 2 .     S p e c if ic  at t e n u at ion   c alcul at io n s   T he   s pe c if ic  a tt e nua ti on,   ,   qua nti f ies   the  r e duc ti on   i s ignal  s tr e ngth  pe r   unit   length  c a us e by  r a in ,   a s s umi ng  a   c ons tant  r a te  of   r a inf a ll   a long  the  e nti r e   pa th  of   s ignal  pr opa ga ti on  [ 33 ] .   I is   a   c r it ica p a r a mete r   in  unde r s tanding  the  im pa c of   r a inf a ll   on  s igna pr opa ga ti on.   I thi s   s tudy,     wa s   c omput e us i ng  two  dis ti nc methods .   F ir s t,   the  I T U - R   P . 838 - s tanda r [ 34 ] ,   whic h   pr ovides   a   wide ly  a c c e pted  f r a mew or f o r   e s ti mating  s pe c if ic  a tt e nua ti on  ba s e on  the  r a in  r a te  a nd  f r e que nc us ing  the  e xpr e s s ion  ( 3 ):     =   ( 3)     whe r e     a nd    a r e   c oe f f icie nts   that  va r y   ba s e on  pol a r iza ti on  a nd  f r e que nc y.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         E nhanc ing  mil li me ter - w av e   c omm unication:   tr o pical  pe r s pe c ti v e   on  …  ( N ur ul  N ajw M Y us of )   471   B e s ide s   the  I T U - R   P . 838 - model,   s pe c if ic  a tt e nua ti on  c a be   c a lcula ted  by  incor por a ti ng   the   f or wa r d - s c a tt e r ing  a mpl it ude   ( F S A )   int o   the   f or mul a .   T he   T - matr ix   method ,   a a dva nc e d   c omput a ti ona l   a ppr oa c h,   is   e mpl oye d   to   de ter mi ne   the  F S A.   T his   method  a c c ounts   f o r   c ompl e x   s c a tt e r ing  pa tt e r ns   a nd   pr ovides   a   de tailed   e va luation  o f   how  e lec tr om a gne ti c   wa ve s   int e r a c with   r a indr ops ,   e s pe c ially  whe r e   tr a dit ional  tec hniques   li ke   point   matc hing  mi ght   f a ll   s hor [ 35] .   T he   T - matr ix  method  is   us e f ul  f or   a na lyzing  s c a tt e r e wa ve s   f r om   non - s phe r ica r a indr ops   a nd  is   a ls r e li a ble  f or   va r ious   d r op  s ha pe s   a nd  r a dio   f r e que nc ies   [ 36] ,   [ 37 ] .   I thi s   s tudy,   the  F S is   c a lcula ted  us ing  a   P ython  im pleme ntation  f or   T - matr ix   s c a tt e r ing  c a lcula ti ons   pr ovided  by   L e inonen   [ 38 ] ,   a s s umi ng  r a indr ops   a r e   oblate   s phe r oids   wi th  a   de f ined   a xial  r a ti o.   T he   f or mul a   f or   s pe c if ic  a tt e nua ti on  in   dB /km   is   pr e s e nted  in  ( 4 )     , = 8 . 686 × 10 3 × λ ×  ( , ( ) ( ) 20 = 1   ( 4)     whe r e   λ   r e pr e s e nts   the  wa ve length  in  mete r s ,   ( , ( )   de notes   the  im a ginar c omponent  known  a s   the  F S in  mete r s ,   ( )   is   the  c ount   of   dr ops   pe r   unit   vol ume  pe r   unit   diame ter   of   d r op  a nd     s pe c if ies   the  int e r va of   dr op  s ize   in   mi ll i mete r s .         3.   RE S UL T S   AN DI S CU S S I ON    T he   r e s ult s   a r e   pr e s e nted  in   thi s   s e c ti on.   S ubs e c ti on  3. 1   pr e s e nts   c ompar is on  o f   the   diur na l   va r iations   be twe e S W   a nd  NE   mons oons   f or   thunder s tor e ve nts .   S ubs e c ti on  3. 2   pr ovides   s pe c if ic  a tt e nua ti ons   ove r   di f f e r e nt   f r e que nc ies   r a nging   f r om  8   to   48   GH z   f or   dif f e r e nt   types   of   p r e c ipi tation  with   c ompar is on  to  the   I T U - R   P . 838 - 3.   S ubs e c ti on  3 . s hows   the  de r ived     a nd    us ing  s upe r vis e ma c hine   lea r ning,   a long  with  the  c ompl e menta r c umul a ti ve   dis tr ibut ion  f unc ti on  of   the  s pe c if ic  a tt e nua ti ons   c omput e us ing  the  de r ived  c oe f f icie nts .       3. 1.     Diu r n al   var iat ion s   in   r ain d r op   s ize   d is t r ib u t ion   d u r in m on s oon   e ve n t s   c ompar is on  o f   S W   a nd  N E   mons oon  thunder s t or e ve nts   obs e r ve be twe e 3:00   a nd   6:00   pm   loca ti me  with   r a in  r a tes   be twe e 55  a nd   75   mm / pr ovides   int e r e s ti ng  ins ight s   int o   DSD   a nd  it s   e f f e c ts   on  s pe c if ic  a tt e nua ti on  m m - wa ve   f r e que nc ies .   F igur e   3   s hows   a n   a na lys is   of   s ix  s a mpl e   e ve nts   f r om   the   S W   mons oon  in  F igur e   3 ( a )   a nd  the   NE   mons oon  in   F i gur e   3( b) ,   r e ve a li ng  that  the  maximum   DSD  c onc e ntr a ti on   doe s   not  ne c e s s a r il r e s ult   in  the  highes s p e c if ic  a tt e nua ti on.   F or   both  mons oons ,   bin  12  c ons is tently  s howe the  highes s pe c if ic  a tt e nua ti on  with  mea s ur e ment s   of   0. 96,   1 . 66,   a nd  3 . 24  dB /km   dur ing  the  S W   m ons oon,   a nd  s li ghtl r e duc e va lues   of   0. 89 ,   1 . 53,   a nd  2 . 98  dB /km   dur ing   the  N E   mons oon  a t   18,   26,   a nd   38  GH z   f r e que nc ies .   T he   c umul a ti ve   s pe c if ic  a tt e nua ti on   f or   a ll   bins   e xhibi ted  s im il a r   t r e nds   with   ove r a ll   v a lues   of   6. 33,   11 . 35,   a nd  17. 44  dB /km   f or   the  S W   mons o on  c ompar e to  6. 37,   11 . 30,   a nd  17. 08  dB /km   f o r   the  NE   mons oon.   T he s e   mi nor   va r iations   a r e   qua nti f ied  a s   0. 04,   0 . 05,   a nd   0 . 36   dB /km   f or   the   f r e que nc ies   unde r   s tudy.   I t   wa s   a ls obs e r ve that  the   DSD  c onc e n tr a ti on  in   bin  12   wa s   lowe r   du r ing  bo th  mons oo ns ,   with  172. 48  m - 3   mm - 1   a nd  158 . 62  m - 3   mm - f or   S W   a nd   NE   mons oons ,   in   s tar c ontr a s to   the  pe a c onc e ntr a ti ons   f ound  in  b in  7 ,   whic r e a c he 735. 81  m - 3 mm - 1   a nd   753. 89  m - 3 mm - 1 .     T he   s a me  pa r a mete r s   we r e   mea s ur e f or   both  the  S W   mons oon  a nd  the  NE   mons oon,   a s   il lus tr a ted  in  F igu r e   4 .   F igur e   4( a )   s hows   the   mea s ur e ments   f or   the   S W   mons oon  du r ing   the  mor ning   be twe e 3:00  a nd   6:00  a . m. ,   while  F igur e   4 ( b)   pr e s e nts   the  c or r e s ponding  mea s ur e ments   f or   the  NE   mons oon  dur ing  t he   s a me   pe r iod.   How e ve r ,   the  r e s ult s   we r e   li mi ted  by  the  r a r it of   the  e ve nts ,   r e s ult ing  in  only  two  s a mpl e   e ve nts   be ing  a na lyze f or   e a c mons oon.   De s pit e   the  li mi ted  da ta,   the  s tudy  highl ight s   the  c ons is tent  obs e r va ti on  that  the  de ns e r   DSD  is   not  a s s oc iate with  gr e a t e r   s pe c if ic  a tt e nua ti on.   F oc us ing  on  bin   12,   the  a na lys is   r e ve a led  that  the  highes t   s pe c if ic  a tt e nua ti on   va lues   a r e   1 . 15,   1 . 99,   a nd   3. 88   dB /km   f or   the   S W   m o ns o o n   a nd   1 . 0 3 ,   1 . 77 ,   a n d   3 . 45   dB /k m   f o r   th e   N E   mo ns o on   a t   1 8 ,   2 6 ,   a nd   38   GH z ,   r e s pe c ti ve ly .   T he   a g gr e g a t e   s pe c i f ic  a t ten ua ti on   v a l ue s   f o r   a ll   b in s   we r e   6 . 07 ,   1 1 . 3 5 ,   a n d   1 8 . 5 dB /k f or   th e   S W   m ons oo n ,   c o mp a r e d   t o   6 . 31 ,   1 1 . 49 ,   a n d   1 8 . 3 4   d B / km   f o r   t he   N E   mo ns o on .   S li gh t   va r iat i ons   be twe e n   t he s e   m ons oo n   p e r i ods   a r e   0 . 2 4 ,   0 . 1 4 ,   a nd   0 . 17   dB / k m   f o r   th e   t h r e e   f r e q ue n c i e s   e xa mi n e d .   F u r t he r m o r e ,   i t   wa s   n ot ice d   th a t   i n   b in   1 2 ,   t he   D S c on c e n t r a ti on   on ly   r e a c he d   20 6 . 6 4   m - 3   mm - 1   f o r   the   S W   mo ns o on   a nd   18 3 . 7 5   m - 3   mm - 1   f o r   th e   N E   m o ns o on .   T h is   c o nt r a s ts   wi th   th e   p e a k   c o nc e n t r a t i ons   obs e r ve d   in   bi n   7 ,   wh e r e   v a l ue s   we r e   r e c o r de d   a t   8 24 . 93   m - 3   mm - 1   a nd   10 92 . 75   m - 3   mm - 1 .   T he   r e s ult s   indi c a te  that  dur ing  the  diu r na va r i a ti ons   f or   both  mons oons ,   bins   with  the  highes t   number   of   r a indr ops   do   not   ne c e s s a r il lea to  t he   gr e a tes a tt e nua ti on  due   to   incr e a s e F S f r o lar ge r   r a indr op   pa r ti c les   [ 39 ] I n   thi s   s tudy,   the  g r e a tes a tt e nua ti on  wa s   c a us e by  r a indr op   diame ter s   r a nging   be twe e 1. 91  mm   a nd   3. 20   mm .   S i mi lar   r e s ult s   we r e   r e por ted   in  Du r ba whe r e   c r it ica r a indr op   diame ter s   c ontr ibut ing  mos to  s pe c if ic  a tt e nua ti on  we r e   f ou nd  to  be   in  the  r a nge   of   1 . to  3 . mm   f or   c onve c t ive  r a in w h ich   i nc lu de s   t hu nd e r s t or m   r a i n   [ 4 0 ] .   A   mo r e   r e c e n t   s t ud y   in   t he   s a me   a r e a   ha d   s l ig ht ly   d i f f e r e nt   r e s u lt s   w he r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   C omp   E ng ,   Vol .   15 ,   No.   1 F e br ua r y   20 25 :   467 - 479   472   t he   s pe c i f i c   a t ten ua ti on   p e a ke d   b e t we e 1 . 4   a nd   2. 7   mm   f o r   f r e q ue n c i e s   be twe e n   1 to   1 00   G Hz   [ 4 1 ] .   T he   i n f lue nc e   o f   r a i nd r o p   di a m e te r   o n   a tt e n ua ti on   wa s   a ls o   e vi de n t   in   t he   f in di ngs   f r om   R w a n da   whe r e   t he   la r ge s c on t r i bu t io ns   t o   s p e c if ic   a t te nua t io n   we r e   f r om   d r o d ia me te r s   in   th e   r a n ge   of   1 . 5   t o   3 . 5   m m   [ 4 2 ] .           ( a )   ( b)     F igur e   3.   M e a s ur e DSD  a nd  s pe c if ic  a tt e nua ti on  a dif f e r e nt   f r e que nc ies   ( 18 ,   26 ,   a nd   38  GH z )   du r in thunder s tor e ve nts   obs e r ve be twe e 3:00 - 6:00  p with  r a in  r a tes   of   55 - 75   mm /h   dur ing   ( a )   S W   m ons oon  a nd  ( b)   NE   mons oon       F ield  s tudi e s   ha ve   c onf ir med  that  r a ind r ops ,   pa r ti c ular ly  thos e   a r ound  1   mm   in  diame ter ,   be gin  to   os c il late   due   to  e ddy  s he dding,   whic h   s igni f ica ntl a lt e r s   their   s ha pe   a nd  thus   their   s c a tt e r ing   c ha r a c ter is ti c s .   Obs e r va ti ons   of   f o r wa r s c a tt e r   ove r   long   pa ths   h a ve   de mons tr a ted  that  r a in  c a n   s igni f ica ntl inc r e a s e   s ignal  leve ls ,   with  lar ge r   dr ops   c ontr ibu ti ng  mor e   to   thi s   e f f e c due   to  their   gr e a ter   s c a tt e r ing  c r os s - s e c ti ons   [ 43] Additi ona ll y,   theo r e ti c a a na lys e s   s howe that  the  f or wa r d   s c a tt e r ing  int e ns it is   s e ns it ive  to  the   pa r ti c le   diame ter ,   wi th  lar ge r   pa r ti c les   e xhibi ti ng   mo r e   pr onounc e s c a tt e r ing  e f f e c ts   [ 44 ] .   T a ke n   togeth e r ,   thes e   r e s ult s   highl ight   that   r a indr op   diame ter   plays   a   c r it ica r ole  in   de ter mi ning   f o r wa r s c a tt e r ing  a mpl it u de ,   with   lar ge r   dr ops   c a us ing  s tr onge r   s c a tt e r ing  e f f e c ts   d ue   to  their   lar ge r   s ize ,   os c il lations ,   a nd  int e r na s tr uc tur a l   va r iations .         ( a )     ( b)     F igur e   4.   M e a s ur e DSD  a nd  s pe c if ic  a tt e nua ti on  a dif f e r e nt   f r e que nc ies   ( 18 ,   26 ,   a nd   38  GH z )   du r in thunder s tor e ve nts   obs e r ve be twe e 3:00 - 6:00  a with  r a in  r a tes   of   55 - 75   mm /h   dur ing   ( a )   S W   m ons oon  a nd  ( b)   NE   mons oon     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         E nhanc ing  mil li me ter - w av e   c omm unication:   tr o pical  pe r s pe c ti v e   on  …  ( N ur ul  N ajw M Y us of )   473   3. 2.     S p e c if ic  at t e n u at ion   f or   d if f e r e n t   r ain   t yp e s   ac r os s   f r e q u e n c ies   F igur e s   5   a nd  F igur e s   6   highl ight   s igni f ica nt  dif f e r e nc e s   in  s pe c if ic  a tt e nua ti on  va lues   f or   va r ious   r a in  types   dur ing   the  S W   mons oon,   il lus tr a ted  in   F igur e s   5( a )   a nd  6( a ) ,   a nd  the  N E   mons oons ,   il lus tr a ted  in   F igur e s   5( b)   a nd  6( b ) .   T he   f igu r e s   il lus tr a te   how  the  mea s ur e s pe c if ic  a tt e nua ti on  f or   dr izz le,   s ho we r ,   a nd  thunder s tor de viate s   f r om  the  I T U - R   model  a c r os s   a   f r e que nc r a nge   f r om  to  48  GH z .   M e a s u r e ments   we r e   take be twe e 3:00 - 6:00  pm  a nd  3:00 - 6:00  a m,   with  r a inf a ll   r a tes   r a nging  f r om  55   to  75  mm /h.   S pe c if ic   a tt e nua ti on  incr e a s e s   with  f r e que nc f or   a ll   c o ndit ions ,   a   c omm on   tr e nd  due   to  higher   f r e que nc r a in   a tt e nua ti on.           ( a )   ( b)     F igur e   5.   C ompar is on  of   s pe c if ic  a tt e nua ti on  f or   d i f f e r e nt  r a in  types   a ga ins I T U - R   P . 838 - pr e dictio ns   dur ing  ( a )   S W   mons oon  a nd  ( b )   NE   mons oon  be tw e e 3:00  to  6:00   pm           ( a )   ( b)     F igur e   6.   C ompar is on  of   s pe c if ic  a tt e nua ti on  f or   d i f f e r e nt  r a in  types   a ga ins I T U - R   P . 838 - pr e dictio ns   dur ing  ( a )   S W   mons oon  a nd  ( b )   NE   mons oon  be tw e e 3:00  to  6:00   a m       I the   e ve ning,   dur ing   the   S W   mons oon,   dr izz l e   a nd  s howe r   c los e ly  f oll ow   the   I T U - R   model,   s ugge s ti ng  it s   r e li a bil it f or   thes e   r a in  types .   F or   i ns tanc e ,   a 38  GH z ,   s pe c if ic  a tt e nua ti on  is   15. dB /km   f or   dr izz le  a nd  15 . dB /km   f o r   s howe r ,   a li gning   with   I T U - R   pr e dictions .   How e ve r ,   thunde r s tor s hows   s pe c if ic  a tt e nua ti on  a 17. dB /km   whic is   higher   than  the   model  e s ti mate s ,   li ke ly  due   to  lar ge r   r a ind r ops .   I n   the  NE   mons oon,   dis c r e pa nc ies   with  the  I T U - R   model  be c ome  pr onounc e a bove   30  GH z ,   with  s pe c if ic  a tt e nua ti on  va lues   f or   d r izz le,   s howe r ,   a nd   thunder s tor m   a r e   17. 5,   17. 3 ,   a nd   17. 1   dB /km   r e s pe c ti ve ly,   e xc e e di ng  model  pr e dictions .   M or ning  s pe c if ic  a tt e nua ti on  va r ies   mor e   s igni f ica ntl than  in  the  a f ter noon.   Dur ing   the  S W   mons oon,   obs e r ve va lues   a r e   14. dB /km   f or   dr izz le,   17. dB /km   f o r   s howe r s ,   a nd  18. d B /km   f or   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   C omp   E ng ,   Vol .   15 ,   No.   1 F e br ua r y   20 25 :   467 - 479   474   thunder s tor m,   pr oving   the  unde r e s ti mation  of   t he   I T U - R   model.   I the  NE   mons oon,   the  va lues   a r e   17. dB /km   f o r   d r izz le,   19 . dB /km   s howe r s ,   a nd  18. dB /km   f or   thunder s tor m,   a ls s ur pa s s ing  model  pr e dictions .   S ome  o f   thes e   dif f e r e nc e s   a r e   lar ge r   t ha dB /km ,   whic h   c a s igni f ica ntl im pa c the   de s ign  of   wir e les s   c omm unica ti on  s y s tems ,   r e quir ing  a djus tm e nts   in  powe r   mar gins   or   li nk  dis tanc e s   to  maintain  s ignal   qua li ty  [ 45] .   T he   r e s ult s   r e ve a that  the  NE   mons oon  e xhibi t s   higher   s pe c if ic  a tt e nua ti on  f or   a ll   r a in  types ,   whe r e a s   the  S W   mons oon  s hows   a   mi xe pa tt e r n,   with  a tt e nua ti on  va lues   that  a r e   s ometim e s   highe r ,   lowe r ,   or   c los e ly  f o ll owing  the   I T U - R   model.   T his   may   b e   due   to   the  N E   mons oon   c ontr ibut ing   mor e   r a inf a ll   a c r os s   P e nins ular   M a lays ia  than  the  S W   mons oon,   c ou pled  with  the  f a c that  mos a r e a s   in  P e nins ular   M a lays ia   ha ve   be c ome  dr ier   dur ing  the  S W   mons oon  ove r   the  las thr e e   de c a de s   [ 46] .   I c ompar is on,   a   s tudy  in  Ga da nki  [ 47]   f ound  that  the  DSD  dur ing   the  S W   mons oon  ha s   mor e   lar ge   dr ops   a nd  f e we r   s m a ll   dr ops   c ompar e to  the   NE   mons oon,   whic ha s   mor e   s mall  dr ops   a nd  f e we r   la r ge   dr ops ,   e s pe c ially  a t   low  r a in   r a tes .   L a r ge r   r a ind r ops   c a us e   higher   a tt e nua ti o n,   r e s ult ing   in  higher   a tt e nua ti on  du r ing  S W   mons oon   c ompar e to  NE   mons oon,   c ont r a r to  thi s   s tudy’ s   obs e r va ti ons .     T he   diur na l   a nd   s e a s ona va r iations   in   DSD  a r e   a ls e vident   in   other   tr opica l   loca ti ons   li ke   S ingapor e   a nd   Kototaba ng,   whe r e   loca c onve c ti o a nd   oc e a n - land  c ontr a s ts   s igni f ica ntl in f luenc e   r a in f a ll   c ha r a c ter is ti c s   [ 48] .   I n   S ingapor e ,   the   va r iations   in   DSD  a r e   les s   pr onounc e c ompa r e to   Ga d a nki  a nd  Kototaba ng.   T his   s tabili ty   in   DSD   is   a tt r ibut e d   to   S ingapor e s   unique   pos it ion,   inf luenc e by   both   land  a nd  oc e a nic  r a inf a ll ,   r e s ult ing  in  mor e   s table   r a inf a l pa tt e r ns   thr oughout  the  ye a r .   C onve r s e ly,   Kot otaba ng  e xhibi ts   s igni f ica nt  diur na va r iations   in   DSD,   inf luenc e by  oc e a n - land  c ontr a s a nd  mount a in  e f f e c ts   that  ge ne r a te  loca c onve c ti on,   e s pe c ially  in   the   a f ter n oon.   Du r ing  bo th  the   S W   a nd   NE   mons oons ,   Kot otaba ng  e xpe r ienc e s   notable   c ha nge s   in  DSD,   lea ding  to   va r iations   in  r a ind r op  s ize s   a nd  r a inf a l int e ns it y.     I is   e xpe c ted  that  thi s   s tudy  will   s how  how  t he   I T U - R   P . 838  model  unde r e s ti mate s   s pe c if ic  a tt e nua ti on  in  r e gions   with  s igni f ica nt  diur na a nd  s e a s ona va r iations .   T he   r e s ult s   c onf ir thi s   a nd  s how  higher   a tt e nua ti on   va lues   than   p r e dicte by   the   I T U - R   model,   e s pe c ially  du r ing   he a vy   r a inf a ll   e ve nt s   s uc a s   thunder s tor ms   a nd  s howe r s   in   both   the   S W   a nd   NE   mons oons .   T he s e   obs e r ve va r iations   in  D S a nd   pr e c ipi tation  c ha r a c ter is ti c s   highl ight   the  c ompl e xit a nd  r e gional  s pe c if icity  of   tr opica pr e c ipi ta ti on  a nd  s ugge s that  loca model  a djus tm e nts   may   be   r e qu ir e to   c a ptur e   the   nua nc e s   of   mons oon  r a inf a ll   in   tr opica l   r e gions .     3. 3.     De r ivat ion   of     an d     u s in s u p e r vis e d   m ac h i n e   lear n in g   S upe r vis e mac hine  lea r ning   ( S M L )   s igni f ica ntl y   im pr ove s   r a in  a tt e nua ti on   pr e diction   models   by   leve r a ging  his tor ica l   da ta   to   identif y   pa tt e r ns   a nd  r e lations hips   that  tr a dit ional   s tatis ti c a mod e ls   may  ove r look.   As   mentioned   be f or e ,   the  model   r e c om mende by  the  I T U - R   of ten   r e li e s   on  c ompl e x   mat he matica f or mul a ti ons   a nd   e mpi r ica l   da ta  that   may   not   ge n e r a li z e   we ll   a c r os s   di f f e r e nt   c li matic   z one s ,   pa r ti c ular ly  in   r e gions   with  he a vy  r a inf a ll   li ke   the   tr opics   [ 49 ] ,   [ 50] .   S M L   models   c a be   t r a ined  us ing  loca ll y   mea s ur e d   da ta,   incr e a s ing   their   a da ptabili ty   a nd   e f f e c ti ve ne s s   f or   s pe c if ic  r e gions .   F or   ins tanc e ,   a   mac hine  lea r ning  model  tr a ined   on  s e ve ye a r s   o f   r a inf a ll   da ta  in   Nige r ia  outper f o r med  the   I T U - R   model  in   pr e dic ti ng  r a n   a tt e nua ti on,   with  a   lowe r   r oot - mea n - s qua r e   ( R M S E )   [ 49 ] .   S im il a r ly ,   a   ne ur a ne twor model  ha s   pr o ve to  be   mor e   e f f e c ti ve   than   the  e mpi r ica l   powe r - law   a ppr oa c h,   lea ding  to   a   c ons ider a ble  r e duc ti on  in   t he   mea s qua r e   e r r or   [ 51]   Us ing  S M L   in  r a in  a tt e nua ti on  p r e diction  is   not   l im it e to  s im ple  ne u r a ne twor ks mo r e   c ompl e x   a r c hit e c tur e s   li ke   c onvolut ional  ne ur a l   ne twor ks   ( C NN s )   ha ve   a ls be e e mpl oye d.   F o r   e xa mpl e ,   a   C NN   tr a ined  on  lar ge   a mount s   of   da ta  f r om  c omm e r c ial   mi c r owa ve   li nks   c ould  de tec r a inf a ll - s pe c if ic  a tt e nua ti on  pa tt e r ns   with   r e a s ona ble  a c c ur a c a nd  r e duc ing  f a ls e ly  e s ti mate r a inf a ll   [ 52] .   T he   a da ptabili ty   of   S M L   models   e na bles   the  incor por a t ion  o f   va r ious   input   pa r a mete r s ,   s uc a s   pa th   length,   ope r a ti ng   f r e que nc y,   wa ve   polar iza ti on,   a nd  r a in  r a te  dis tr ibut ion.   T his   f e a tur e   e na bles   them  to  dis c ove r   hidden  c onne c ti ons   a nd   e nha nc e   pr e diction  without   the  ne e f or   c ompl e x   mathe matica e xpr e s s ions   [ 53] ,   making  S M L   a   va luable   to ol  in  the   ongoing  e f f or to  im pr ove   r a in  a tt e nua ti on  pr e dictions   a nd  mi ti ga te  the  a dve r s e   e f f e c ts   of   we a ther   on  c omm unica ti on  s ys tems .   I th is   s tudy,   the   S M L   a ppr oa c h   with   li ne a r   r e gr e s s ion  wa s   us e to   de r ive     a nd     va lues   f or   s pe c if ic  a tt e nua ti on  f or   dif f e r e nt  r a in  types   a t   38   GH z   f r e que nc du r ing   the  S W   a nd  NE   mons oo ns .   s e making  up  80%   of   tr a ini ng  da ta  a nd   20%   o f   tes t   da ta  wa s   us e to  va li da te  the  mac hine  lea r ning   model's   pe r f or manc e .   T he   S M L   a lgo r it hm   wa s   im pleme n ted  us ing   P ython,   a nd   the   c ode   wa s   wr it ten   in   a   J upyter   Note book  f r om  Ana c onda   Na vigator .   T he   r e s ult in va lues   a r e   pr e s e nted  in  T a ble  a longs ide  the  s tatis ti c a l   method  f or   c ompar is on,   togethe r   with  thei r   c o r r e s ponding  R - s qua r e a nd  R M S E   va lues .   Not a bly,   the  dif f e r e nc e s   be twe e S M L   a nd  s tatis ti c a method - de r ived    a nd    a r e   r e latively   s mall,   with  h igh  R - s qua r e d   va lues   indi c a ti ng  good  f it s   f or   both  methods .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         E nhanc ing  mil li me ter - w av e   c omm unication:   tr o pical  pe r s pe c ti v e   on  …  ( N ur ul  N ajw M Y us of )   475   T he s e   mi nor   dif f e r e nc e s   be twe e the  S M L   a nd  s t a ti s ti c a method  de r ived   c oe f f icie nts   s ugge s that  the  li ne a r   r e gr e s s ion  model  ha s   e f f e c ti ve ly  c a ptur e the  unde r lyi ng  r e lations hips   withi the  da ta,   whic the  s tatis ti c a method  ha s   tr a dit ionally  a ppr oxim a ted.   T his   a ls indi c a tes   that  the  mac hine  le a r ning  a ppr oa c doe s   not  s igni f ica ntl ove r f it   de s pit e   it s   c ompl e xit y ,   a nd   the  model  is   we ll - tuned  with  a   pr ope r ly  s ize da ta s e [ 45] T he   c ons is tenc be twe e e s tablis he models   is   f ur ther   va li da ted  by   c ompar ing  the  k   a nd  α   va l ue s   with  f indi ngs   f r om   Alhil a li   e al [ 54 ]   a nd  L a e t   al [ 55] ,   whos e   s tudi e s   we r e   c onduc ted  in  J ohor   B a hr a nd   Kua la  L umpur ,   M a lays ia,   c or r e s pondingl y.   I t   is   im por tant  to   note,   howe ve r ,   that  thes e   s tudi e s   did  not   c a tegor ize   pr e c ipi tation  by  r a in  types .   F igur e   dis plays   the  diur na va r iations   of   the  C C DF  to  a s s e s s   the   inf luenc e   of   r a ind r op  s ize   dis tr ibut ion   on  m m - wa ve   pr opa ga ti on   a 38   GH z   a t   s e pa r a te  ti mes   unde r   dif f e r e nt  mons oon  c ondit ions   us ing  the  s a me  s e ts   of   s a mpl e s   a s   in  s e c ti on  3. 1.   F igur e s   7( a )   a nd  7( b )   pr e s e nt  the  C C DFs   f or   dr izz le  dur ing  the  e a r ly  mo r ning  ( 3: 00  to  6:00  a . m. )   a nd  late   a f te r noon  ( 3:00   to  6:0 p. m. ) ,   r e s pe c ti ve ly.   F igur e s   7( c )   a nd  7 ( d)   il lus tr a te  the  r e s ult s   f or   s howe r   c ondit ions   dur ing  the  s a me  ti me   pe r iods ,   while  F igur e s   7( e )   a nd  7 ( f )   de pict  the   C C DFs   f or   t hunde r s tor ms ,   a ga in  c ompar ing   the  e a r ly   mor ning   with  the  late   a f ter noon ,   r e s pe c ti ve ly.   T he s e   f igur e s   a ls c o mpar e   pr e dictions   f r om   I T U - R   P . 838 - 3   togethe r   with  [ 54 ]   a nd  [ 55] .   T he   C C DFs   incor po r a te  da ta  po int s   f o r   d r izz le,   s howe r ,   a nd  thunder s tor m   c ondit ions ,   us ing   a nd   α   c oe f f icie nts   de r ived  us ing  S M L   a s   outl ined  in   T a bl e   2.       T a ble  2.   C oe f f icie nt  o f     a nd    a 38  GH z       R a in  T ype       2   R M S E   S out hw e s mons oon   S ta ti s ti c a me th od   D r iz z le   0.27933   1.01685   0.99058   0.75917     S how e r   0.30097   0.97304   0.9872   0.96499     T hunde r s to r m   0.29235   0.98425   0.99282   1.19772   S M L   D r iz z le   0.27897   1.01678   0.99193   0.80678     S how e r   0.29961   0.97386   0.98454   0.92712     T hunde r s to r m   0.29152   0.98469   0.99250   1.13874   N or th e a s mons oon   S ta ti s ti c a me th od   D r iz z le   0.27816   1.03249   0.99296   0.72578     S how e r   0.29047   0.00521   0.99214   0.83533     T hunde r s to r m   0.28855   0.9938   0.99306   1.20399   S M L   D r iz z le   0.27765   1.03288   0.99309   0.56209     S how e r   0.29699   0.99543   0.99077   0.95248     T hunde r s to r m   0.28988   0.99279   0.99285   1.16387     A lh il a li   e al [ 54]     -   0.40000   0.93500   0.99700   -     L a e al [ 55]   -   0.35250   0.94820   0.98200   -       T he s e   plot s ,   juxt a pos e with  the  I T U - R   P . 838 - model,   s how  that   a ll   r a in   types ,   including   thos e   s tudi e in  [ 54] ,   [ 55] ,   c ons is tently  r e gis ter   a bove   the  I T U - R   li ne .   T he s e   dis c r e pa nc ies   highl ight   th e   I T U - model's   tempe r a te  bias ,   whic may  not  a c c ur a tely  c a ptur e   the  mor e   pr onounc e r a in - induce a tt e nua ti on  a higher   f r e que nc ies   c ha r a c ter is ti c   of   t r opica r e gio ns   with  he a vy  r a inf a ll   a nd   high - wa ter   c ontent  c lo uds   [ 50] ,   [ 56] .   T he   phys ica ba s is   of   the  I T U - R   model,   whic a im s   to   maximi z e   a c c or da nc e   with   e xpe r im e n tal  da ta,   a ls f a c e s   c ha ll e nge s   in  tr opica r e gions   be c a us e   of   the   unique  a tm os phe r ic  c ondit ions ,   whic h   a r e   not  f ull y   a c c ounted  f or   in   the  model  [ 57 ] .   Additi ona ll y ,   the  f r e que nt  high   winds   in   tr opica l   a r e a s   may  not  be   a de qua tely  a ddr e s s e by  the   model ,   lea ding  to   p otential  unde r e s ti mation   of   a tt e nua ti on   [ 15 ] .   S tud ies   f r om   M a lays ia  a nd  Ota ,   Nige r ia,   ha ve   high li ghted  th e   inade qua c of   I T U - R   models   in   thes e   r e gion s ,   whe r e   e xis ti ng  models   unde r e s ti mate the   a tt e nua ti on  mar gins   r e quir e d   f or   r e li a ble  c omm unica ti on   [ 5 8] ,   [ 59] T he s e   s tudi e s   e mphas ize   the  ne e f or   ne mode ls   that  be tt e r   p r e dict  r a in  a tt e nua ti on   in   tr opica l   c li mate s .   E xpe r im e ntal   s tudi e s   in   tr opica l   loca ti ons   a ls o   hi ghli ghted  the   c ombi ne d   e f f e c ts   o f   r a in   a nd   wind   on  s ignal  a tt e nua ti on,   s ugge s ti ng  that  the  I T U - R   model  c ould  be   s uppleme nted  with  a ddit ional  models   to  a c c ount  f or   thes e   f a c tor s   [ 15] .   T he   de r ived   k   a nd   α   c oe f f icie nts   in   thi s   s tudy  a r e   tailor e d   to   the   s pe c if ic  c ondit ions   mea s ur e d,   potentially  pr ovid ing  im pr ove d   a c c ur a c of   s pe c if ic  a tt e nua ti on   than  the   s tanda r d   I T U - R   model .   S i gnif ica nt  dif f e r e nc e s   be twe e thes e   mac hine  lea r ning - ba s e pr e dictions   a nd  the  I T U - R   model  may  indi c a te   the  ne e f or   r e gional  o r   c ondit ion - s pe c if ic  e nha nc e ments   to  r a in  a tt e nua ti on  pr e dictions .   S pe c if ic  a tt e nua ti on,   e s pe c ially  in  the  mm - wa ve   f r e que nc ies ,   ha s   s ubs t a nti a c ons e que nc e s   f or   s ignal  pr opa ga ti on.   Ove r e s ti mation   c a lea to   c ons e r va ti ve   s ys tem   de s igns ,   whe r e a s   unde r e s ti mation  may   r e s ult   in   f a il u r e s   unde r   a dve r s e   c ondit ions   [ 60]   T he   obs e r va ti on  of   dB /km   va r iations   withi the  C C DF  c ur ve s   plays   a   r ole  in  s ha ping  the  s y s tem' s   li nk  mar gin .   T his   dir e c tl y   im pa c ts   ke y   de s ign  c hoice s   r e ga r ding  t r a ns mi tt e r   powe r   s e tt ings ,   a nte nna   ga in  s e lec ti ons ,   a nd  the  e s tablis hment  of   s uit a ble  f a de   mar gins .   I m il li mete r - wa ve   pr opa ga ti on,   e ve mi nor   dif f e r e nc e s   c a ha ve   a   noti c e a ble  im pa c on   li n budge de s ign  a nd  s ys tem  r e li a bil it y   [ 15] .   T h e   dB /km   dis c r e pa nc ies   in  the  C C DF  c ur ve s   a r e   c r it ica f or   de ter mi ning  li nk   mar gins   a nd  de f in ing   s ys tem   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   C omp   E ng ,   Vol .   15 ,   No.   1 F e br ua r y   20 25 :   467 - 479   476   c ha r a c ter is ti c s ,   s uc a s   tr a ns mi tt e r   powe r   a nd  f a de   mar gins .   T h is   is   r e leva nt  f o r   c omm unica ti on   s ys tems   ope r a ti ng  withi n   f r e que nc ies   s us c e pti ble  to  r a in   a t tenua ti on,   r e qui r ing  the   us e   of   a da pti ve   methods   t e ns ur e   c ons is tent  s e r vice   qua li ty.         ( a )     ( b)         ( c )     ( d)       ( e )     (f)     F igur e   7.   T im e   pe r c e ntage   oc c ur r e nc e s   a 38   GH z ,   r e pr e s e nted  by  s pe c if ic  a tt e nua ti on  ( γ )   va lues   a c r os s   dif f e r e nt  r a in  types   a nd  ti mes :   ( a )   Dr izz le,   3:00  to   6:00  a m,   ( b)   Dr izz le,   3:00  to   6:00  p m,   ( c )   S howe r ,     3:00  to  6:00   a m,   ( d)   S howe r ,   3:00   to  6 :00  pm ,   ( e )   T hunde r s tor m,   3:00  to   6:00   a m ,   a nd     ( f )   T hunde r s tor m ,   3:00   to  6 :00  pm   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.