Publication: Frequency scaling in millimetre-wave rain attenuation estimation for satellite link in tropical regions
dc.contributor.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | en_US |
dc.contributor.author | Nur Hanis Sabrina Suhaimi | en_US |
dc.contributor.supervisor | Ahmad Fadzil Ismail, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Khairayu Badron, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Md. Rafiqul Islam, Ph.D | en_US |
dc.date.accessioned | 2024-10-07T03:02:11Z | |
dc.date.available | 2024-10-07T03:02:11Z | |
dc.date.issued | 2023 | |
dc.description.abstract | The congestion at the lower frequency bands is pushing the demands for the usage and operation in the higher bands. The bands above 10 GHz are now required to satisfy the tremendously increasing needs in satellite communication (SatCom) systems. The biggest problem in deploying frequencies above 10 GHz in tropical-equatorial regions is that such areas will experience acute degradation of signal quality due to heavy rainfall throughout the year. A reliable estimation of rain attenuation is required. Dependable fade margins are required in mitigating the harsh signal losses. It is found that data validation for rain attenuation estimation using the frequency scaling technique is not available in any previous studies conducted in tropical regions. It has been suggested that instead of using the conventional method of predicting rain attenuation using the point rainfall rate information, an applicable non-meteorological technique should also be established. A frequency scaling technique can be the alternatives mean to predict rain attenuation when rainfall data is not available. The objectives of the research entail rain-induced attenuation studies for SatCom in tropical regions. They comprise identifying the best fade margin for rain attenuation at various links, formulating a new frequency scaling model with improved accuracy, and validating the proposed model. The methodologies involved in the study encompass the processing of the beacon signals into first-order statistics of rain attenuation. This, later, leads to the generation of monthly and annual rain attenuation Cumulative Distribution Functions (CDFs). The worst month analysis for rain intensity and rain attenuation was also carried out. The signal loss is expected to be appalling in the worst month because of the high occurrence of rain events. The required fade margin was determined from an exceedance at a specific point from the annual CDF. In brief, the frequency scaling model was derived based on the correlation between the attenuation ratio of a higher and lower frequency against the attenuation at a lower frequency. The newly developed formulation was utilized to generate new CDFs of attenuation at different frequencies. The proposed model offers a lower RMSE value and percentage error of 2.8 and 11.3% respectively. In contrast, the generic method suggested by the ITU-R only managed to perform prediction with RMSE value and percentage errors of 28.3 and 28% accordingly. The new model was validated using data set from alternative years and alternate locations. In conclusion, the results from the research demonstrate a model that can be used in the tropical-equatorial region in a way denoting the achievement of fulfilling the stated objectives. The satellite signal performance can be improved by applying developed mitigation techniques with an economically viable cost where dependable fade margins can be attained. The newly developed frequency scaling technique can offer the right margin to achieve the required quality of service (QoS) for future SatCom in supporting near-future 5G communication. Consistent connectivity for high-speed broadband communication demand in delivering digital and internet applications during heavy precipitation can be attained. | en_US |
dc.description.abstractarabic | يؤدي الازدحام في نطاقات التردد المنخفضة إلى زيادة الطلب على استخدام وتشغيل نطاقات التردد الأعلى. لذلك، فإنّ النطاقات فوق 10 جيجاهرتز مطلوبة الآن لتلبية الاحتياجات المتزايدة بشكل كبير في أنظمة اتصالات الأقمار الاصطناعية (SatCom). ولكنّ أكبر مشكلة في نشر الترددات فوق 10 جيجاهرتز في المناطق الاستوائية المدارية هي أن هذه المناطق ستشهد تدهوراً حاداً في جودة الإشارة بسبب هطل الأمطار الغزيرة على مدار العام. فمن المطلوب تقدير موثوق للتوهين الناجم عن المطر. وكذلك، هناك حاجة لهوامش تلاشي موثوقة للتخفيف من الخسائر الحادّة في الإشارة. لقد وجد أن التحقق من صحة البيانات لتقدير التوهين الناجم عن المطر باستخدام تقنية تعديل التردد (Frequency Scaling) لم يرد في أي دراسات سابقة أجريت في المناطق المدارية. لذا يقترح هذا البحث أنه بدلاً من استخدام الطريقة التقليدية للتنبؤ بالتوهين الناجم عن المطر باستخدام معلومات معدل هطل المطر النقطي، ينبغي أيضاً إنشاء تقنية قابلة للتطبيق غير متعلقة بالأرصاد الجوية. ويمكن أن تكون تقنية تعديل التردد هي الوسيلة البديلة للتنبؤ بالتوهين الناجم عن المطر عندما لا تتوفر بيانات هطل الأمطار. تتضمن أهداف البحث دراسات التوهين الناجم عن المطر لاتصالات الأقمار الاصطناعية (SatCom) في المناطق المدارية. وتشمل تحديد أفضل هامش تلاشي للتوهين الناجم عن المطر في وصلات مختلفة، وصياغة نموذج جديد لتعديل التردد بدقة محسنة، والتحقق من صحة النموذج المقترح. كما تشمل المنهجيات المتضمنة في الدراسة معالجة الإشارات المرسلة للحصول على إحصائيات أولية للتوهين الناجم عن المطر. ويؤدي هذا لاحقاً إلى توليد دوالّ توزيع تراكمي (CDFs) للتوهين الناجم عن المطر شهرية وسنوية. كما تم إجراء تحليل الشهر الأسوأ لكثافة المطر والتوهين الناجم عن المطر. حيث من المتوقع أن تكون خسارة الإشارة مروعة في أسوأ شهر بسبب ارتفاع معدل هطل المطر. وقد تم تحديد هامش التلاشي المطلوب من خلال تجاوز الحد الأقصى عند نقطة معينة من (CDF) السنوي. باختصار، تم اشتقاق نموذج تعديل التردد بناءً على الارتباط بين نسبة التوهين لتردد أعلى وتردد أدنى مقابل التوهين عند تردد أدنى. كما تم استخدام الصيغة المطورة حديثاً لتوليد (CDFs) جديدة للتوهين عند ترددات مختلفة. يقدم النموذج المقترح قيمة (RMSE) ونسبة خطأ بمقدار 2.8 و 11.3٪ على التوالي. وعلى النقيض من ذلك، فإن الطريقة العامة التي اقترحها قطاع الاتصالات الراديوية (ITU-R) لم تتمكن إلا من التنبؤ بقيمة (RMSE) ونسبة خطأ بمقدار 28.3 و 28٪ على التوالي. تم التحقق من صحة النموذج الجديد باستخدام مجموعة بيانات من سنوات مختلفة ومواقع مختلفة. وفي الختام، تظهر نتائج البحث نموذجاً يمكن استخدامه في المنطقة الاستوائية المدارية بطريقة تدل على تحقيق الأهداف المذكورة. يمكن تحسين أداء إشارة القمر الاصطناعي من خلال تطبيق تقنيات تخفيف مطورة بتكلفة مجدية اقتصادياً، حيث يمكن تحقيق هوامش تلاشي موثوقة. ويمكن أن توفر تقنية تعديل التردد المطورة حديثاً الهامش الصحيح لتحقيق جودة الخدمة (QoS) المطلوبة لاتصالات الأقمار الاصطناعية (SatCom) المستقبلية في دعم اتصالات الجيل الخامس (5G) في المستقبل القريب. كما يمكن تحقيق اتصال ثابت لتلبية حاجة اتصالات النطاق العريض عالي السرعة في تقديم التطبيقات الرقمية وتطبيقات الإنترنت أثناء هطل الأمطار الغزيرة. | en_US |
dc.description.email | hanis.sabrinasuhaimi@gmail.com | en_US |
dc.description.identifier | Thesis : Frequency scaling in millimetre-wave rain attenuation estimation for satellite link in tropical regions / by Nur Hanis Sabrina binti Suhaimi | en_US |
dc.description.identity | G1520024NurhanisSabrinaBintiSuhaimi | en_US |
dc.description.kulliyah | Ahmad Ibrahim Kulliyyah of Laws | en_US |
dc.description.nationality | Malaysian | en_US |
dc.description.notes | Thesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2023. | en_US |
dc.description.physicaldescription | 1 online resource (xi, 218 leaves) ; color illustrations. | en_US |
dc.description.programme | Doctor of Philosophy in Engineering | en_US |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/2949 | |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2023 | en_US |
dc.title | Frequency scaling in millimetre-wave rain attenuation estimation for satellite link in tropical regions | en_US |
dc.type | Doctoral Thesis | en_US |
dspace.entity.type | Publication |
Files
Original bundle
1 - 2 of 2
Loading...
- Name:
- G1520024NurhanisSabrinaBintiSuhaimi_24.pdf
- Size:
- 3.01 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
- Description:
- 24 pages file
Loading...
- Name:
- G1520024NurhanisSabrinaBintiSuhaimi_SEC.pdf
- Size:
- 28.56 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
- Description:
- Full text secured file
License bundle
1 - 1 of 1