ডিজিটাল দৃশ্যমান আলোক যোগাযোগ (DVLC)-এর জন্য শব্দ প্রশমন পদ্ধতি - IJCNC Vol.18, No.1

সূচিপত্র

1. ভূমিকা

দৃশ্যমান আলোক যোগাযোগ (VLC) RF-ভিত্তিক সিস্টেমের একটি সম্ভাবনাময় পরিপূরক প্রযুক্তি হিসেবে আবির্ভূত হয়েছে, যা ডেটা ট্রান্সমিশনের জন্য সর্বব্যাপী আলোকসজ্জা অবকাঠামোকে কাজে লাগায়। ডিজিটাল VLC (DVLC) OOK এবং PPM-এর মতো মড্যুলেশন স্কিম ব্যবহার করে। তবে, পারিপার্শ্বিক আলোর উৎস (যেমন: ফ্লুরোসেন্ট ল্যাম্প) থেকে আগত আলোকীয় শব্দের কারণে এর কর্মক্ষমতা মারাত্মকভাবে ব্যাহত হয়, যার ফলে তরঙ্গরূপ বিকৃতি এবং বিট ত্রুটি হার (BER) বৃদ্ধি পায়। IJCNC Vol.18, No.1 (2026)-এ প্রকাশিত উয়েমুরা এবং হামানো-র এই গবেষণাপত্রটি দুটি স্বতন্ত্র শব্দ প্রশমন পদ্ধতি প্রস্তাব ও মূল্যায়নের মাধ্যমে এই গুরুত্বপূর্ণ চ্যালেঞ্জ মোকাবেলা করে।

2. দৃশ্যমান আলোক যোগাযোগ (VLC)

VLC ৩৮০-৭৮০ ন্যানোমিটার দৃশ্যমান বর্ণালীর মধ্যে কাজ করে। সাদা LED সাধারণত ট্রান্সমিটার হিসেবে ব্যবহৃত হয়। ডিজিটাল পালস মড্যুলেশনে (যেমন: OOK), ON আলোক অবস্থা একটি বাইনারি HIGH এবং OFF অবস্থা LOW কে নির্দেশ করে। ডেটা এই সময় স্লটের একটি ক্রম হিসেবে প্রেরণ করা হয়। রিসিভার সাধারণত অবস্থা পার্থক্য করার জন্য একটি ভোল্টেজ থ্রেশহোল্ড প্রয়োগ করে।

3. VLC সিস্টেমে শব্দের সমস্যা

VLC সংকেতের উপর আরোপিত আলোকীয় শব্দ রিসিভারে থ্রেশহোল্ডিং প্রক্রিয়ার সময় ভুল প্রতীক সনাক্তকরণের কারণ হতে পারে, যা যোগাযোগের নির্ভরযোগ্যতা হ্রাস করে।

3.1 পর্যায়ক্রমিক শব্দ (AC পাওয়ার-লাইন হস্তক্ষেপ)

এই শব্দের উৎপত্তি AC-চালিত পারিপার্শ্বিক আলোর উৎস (যেমন: ফ্লুরোসেন্ট ল্যাম্প) থেকে। এর কম্পাঙ্ক স্থানীয় পাওয়ার গ্রিডের (৫০/৬০ হার্জ) সাথে যুক্ত। এই গবেষণায়, ৬০ হার্জ অবস্থার অধীনে (পশ্চিম জাপান) পরীক্ষা চালানো হয়েছিল। শব্দ তরঙ্গরূপ একটি পূর্বাভাসযোগ্য, পর্যায়ক্রমিক প্রকৃতি প্রদর্শন করে।

3.2 অ-পর্যায়ক্রমিক শব্দ

এই বিভাগে বিভিন্ন উৎস থেকে আগত অপ্রত্যাশিত শব্দ অন্তর্ভুক্ত, যার একটি নির্দিষ্ট পর্যায়ক্রমিক কাঠামো নেই, যা সহজ সিঙ্ক্রোনাস পদ্ধতি দ্বারা প্রশমনকে আরও চ্যালেঞ্জিং করে তোলে।

4. প্রস্তাবিত পদ্ধতি ১: পর্যায়ক্রমিক শব্দ বিয়োগ

এই পদ্ধতিটি AC-চালিত আলো থেকে আগত পর্যায়ক্রমিক হস্তক্ষেপকে লক্ষ্য করে।

4.1 নীতি ও বাস্তবায়ন

মূল ধারণা হল শব্দ তরঙ্গরূপের একটি সম্পূর্ণ চক্র (একটি পরিচিত নীরব সময়কালে বা অনুমান দ্বারা) নমুনা করা। এই নমুনাকৃত শব্দ প্রোফাইল, $n_{sample}(t)$, তারপর প্রাপ্ত সংকেত $r(t)$ থেকে বিয়োগ করা হয়, যাতে কাঙ্ক্ষিত সংকেত $s(t)$ এবং শব্দ $n(t)$ উভয়ই থাকে: $r(t) = s(t) + n(t)$। পরিষ্কার সংকেত আনুমানিকভাবে হিসাব করা হয়: $s_{cleaned}(t) \approx r(t) - n_{sample}(t)$।

4.2 প্রযুক্তিগত বিবরণ ও গাণিতিক সূত্রায়ন

কার্যকারিতা শব্দের পর্যায়কাল $T_{noise}$ (যেমন: ১/৬০ সেকেন্ড) এর সাথে সঠিক সিঙ্ক্রোনাইজেশনের উপর নির্ভর করে। বিয়োগটি অ্যানালগ-টু-ডিজিটাল কনভার্সন (ADC) এর পরে ডিজিটাল ডোমেনে সম্পাদিত হয়। একটি মূল চ্যালেঞ্জ হল ফেজ অ্যালাইনমেন্ট; একটি ছোট ফেজ ত্রুটি $\phi$ অবশিষ্ট শব্দের দিকে নিয়ে যেতে পারে: $n_{residual}(t) = n(t) - n_{sample}(t - \phi)$।

5. প্রস্তাবিত পদ্ধতি ২: ANC-অনুপ্রাণিত রিয়েল-টাইম শব্দ বাতিলকরণ

ধ্বনিগত সক্রিয় শব্দ নিয়ন্ত্রণ (ANC) থেকে অনুপ্রাণিত হয়ে, এই পদ্ধতিটি পর্যায়ক্রমিক এবং অ-পর্যায়ক্রমিক উভয় শব্দই পরিচালনা করে।

5.1 সিস্টেম আর্কিটেকচার

সিস্টেমটি কৌশলগতভাবে স্থাপিত একটি সহায়ক ফটোডিটেক্টর প্রবর্তন করে যা প্রাথমিকভাবে পারিপার্শ্বিক শব্দ উপাদান $n(t)$ ক্যাপচার করার সময় কাঙ্ক্ষিত VLC সংকেত $s(t)$ গ্রহণ ন্যূনতম করে। এটি একটি রেফারেন্স শব্দ সংকেত প্রদান করে।

5.2 বিয়োগ সার্কিট ডিজাইন

একটি অ্যানালগ বিয়োগ সার্কিট (যেমন: একটি ডিফারেনশিয়াল অ্যামপ্লিফায়ার ভিত্তিক) দুটি ইনপুট গ্রহণ করে: প্রাথমিক সংকেত $r(t) = s(t) + n(t)$ এবং রেফারেন্স শব্দ $n_{ref}(t) \approx n(t)$। সার্কিট আউটপুট দেয়: $s_{cleaned}(t) \approx r(t) - G \cdot n_{ref}(t)$, যেখানে $G$ হল একটি লাভ ফ্যাক্টর যা প্রাথমিক চ্যানেলে শব্দের প্রশস্ততার সাথে মেলানোর জন্য সামঞ্জস্য করা হয়। এটি রিয়েল-টাইম, অভিযোজিত শব্দ বাতিলকরণ সক্ষম করে।

6. পরীক্ষামূলক ফলাফল ও কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন

কর্মক্ষমতা পরিমাপ করা হয়েছিল বিট ত্রুটি হার (BER) বনাম প্রতি-বিট শক্তি থেকে শব্দ শক্তি বর্ণালী ঘনত্ব অনুপাত ($E_b/N_0$) এর মানক মেট্রিক ব্যবহার করে।

6.1 BER বনাম Eb/N0 বিশ্লেষণ

ফলাফলগুলি স্পষ্টভাবে দেখায় যে উভয় প্রস্তাবিত পদ্ধতি প্রচলিত রিসিভারের তুলনায় BER বনাম $E_b/N_0$ কার্ভকে নিচের দিকে স্থানান্তরিত করে। একটি লক্ষ্য BER (যেমন: $10^{-3}$) এর জন্য, ANC-অনুপ্রাণিত পদ্ধতি এটি একটি নিম্ন $E_b/N_0$-এ অর্জন করে, যা উচ্চতর শক্তি দক্ষতা এবং মজবুতির ইঙ্গিত দেয়।

6.2 তুলনামূলক কর্মক্ষমতা

পদ্ধতি ১ সহজ এবং প্রভাবশালী পর্যায়ক্রমিক শব্দের জন্য কার্যকর কিন্তু অ-পর্যায়ক্রমিক উপাদানের বিরুদ্ধে ব্যর্থ হয়। পদ্ধতি ২ আরও জটিল (একটি অতিরিক্ত ফটোডায়োড এবং সার্কিটের প্রয়োজন) কিন্তু ব্যাপক, রিয়েল-টাইম সুরক্ষা প্রদান করে, যা এটিকে গতিশীল, মিশ্র-শব্দ পরিবেশের জন্য উপযুক্ত করে তোলে।

7. বিশ্লেষণ কাঠামো ও কেস উদাহরণ

পরিস্থিতি: একটি সুপারমার্কেটে ইনডোর পজিশনিংয়ের জন্য একটি DVLC সিস্টেম। ফ্লুরোসেন্ট লাইট (৬০ হার্জ) পর্যায়ক্রমিক শব্দ সৃষ্টি করে, এবং জানালা থেকে সূর্যালোক অ-পর্যায়ক্রমিক, সময়-পরিবর্তনশীল শব্দ সৃষ্টি করে।

কাঠামো প্রয়োগ:

1. শব্দ প্রোফাইলিং: সময়ের সাথে যৌগিক শব্দ স্বাক্ষর লগ করতে সহায়ক ফটোডায়োড (পদ্ধতি ২) ব্যবহার করুন।
2. পদ্ধতি নির্বাচন: এর অভিযোজনযোগ্যতার জন্য প্রাথমিক বাতিলকারী হিসেবে ANC-অনুপ্রাণিত পদ্ধতি বাস্তবায়ন করুন।
3. প্যারামিটার টিউনিং: প্রাথমিক এবং রেফারেন্স চ্যানেলগুলির মধ্যে পারস্পরিক সম্পর্কের ভিত্তিতে বিয়োগ লাভ $G$ গতিশীলভাবে সামঞ্জস্য করুন। লিস্ট মিন স্কোয়ার (LMS) অ্যালগরিদমের মতো একটি সহজ অভিযোজিত ফিল্টার একটি মাইক্রোকন্ট্রোলারে বাস্তবায়িত হতে পারে: $G_{k+1} = G_k + \mu \cdot e_k \cdot n_{ref,k}$, যেখানে $e_k$ হল ত্রুটি সংকেত (পরিষ্কার আউটপুট) এবং $\mu$ হল ধাপের আকার।
4. যাচাইকরণ: শব্দ প্রশমন সিস্টেম সক্রিয় এবং নিষ্ক্রিয় অবস্থায় পজিশনিং নির্ভুলতা (যেমন: সেন্টিমিটারে ত্রুটি) পরিমাপ করুন।

এই কাঠামোটি গবেষণাটিকে বাস্তব-বিশ্বের প্রেক্ষাপটে মোতায়েন করার জন্য একটি পদ্ধতিগত পদ্ধতি প্রদর্শন করে।

8. প্রয়োগের সম্ভাবনা ও ভবিষ্যৎ দিকনির্দেশনা

তাত্ক্ষণিক প্রয়োগ: কঠোর আলোকসজ্জা সহ অফিস/শিল্পে Li-Fi-এর জন্য মজবুত VLC, VLC-ভিত্তিক ইনডোর পজিশনিং/নেভিগেশন, এবং শব্দপ্রবণ পরিবেশে নিরাপদ যোগাযোগ।

ভবিষ্যৎ গবেষণার দিকনির্দেশনা:

• AI-সংবর্ধিত বাতিলকরণ: ঐতিহ্যগত ANC-এর বাইরে জটিল, অ-স্থির শব্দ প্যাটার্ন পূর্বাভাস ও বাতিল করতে মেশিন লার্নিং (যেমন: রিকারেন্ট নিউরাল নেটওয়ার্ক) একীভূত করা।
• ইন্টিগ্রেটেড ফোটোনিক সার্কিট: ANC সিস্টেম (ফটোডায়োড + বিয়োগ সার্কিট) একটি একক ফোটোনিক ইন্টিগ্রেটেড চিপ (PIC)-এ ক্ষুদ্রায়িত করা খরচ-কার্যকর ব্যাপক মোতায়েনের জন্য।
• হাইব্রিড RF/VLC সিস্টেম: VLC রিসিভার থেকে শব্দ-রেফারেন্স সংকেত ব্যবহার করে একই স্থানে অবস্থিত RF সিস্টেমে (যেমন: WiFi) হস্তক্ষেপ প্রশমন, যেমন ক্রস-টেকনোলজি হস্তক্ষেপ গবেষণায় অন্বেষণ করা হয়েছে।
• মানকীকরণ: উন্নত আন্তঃক্রিয়াশীলতার জন্য ভবিষ্যৎ IEEE 802.15.7r1 (VLC) বা অন্যান্য Li-Fi মান সংশোধনের অংশ হিসেবে এই প্রশমন কৌশলগুলি প্রস্তাব করা।

9. তথ্যসূত্র

1. Uemura, W., & Hamano, T. (2026). Noise Mitigation Methods for Digital Visible Light Communication. International Journal of Computer Networks & Communications (IJCNC), Vol.18, No.1, pp.51-52.
2. Kahn, J. M., & Barry, J. R. (1997). Wireless Infrared Communications. Proceedings of the IEEE, 85(2), 265-298.
3. Haas, H., Yin, L., Wang, Y., & Chen, C. (2016). What is LiFi? Journal of Lightwave Technology, 34(6), 1533-1544.
4. Kuo, S. M., & Morgan, D. R. (1996). Active Noise Control Systems: Algorithms and DSP Implementations. John Wiley & Sons. (ANC নীতির ভিত্তিমূলক পাঠ্য)।
5. IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks–Part 15.7: Short-Range Wireless Optical Communication Using Visible Light. (2018). IEEE Std 802.15.7-2018.

10. মূল বিশ্লেষণ ও বিশেষজ্ঞ মন্তব্য