দ্বিমুখী দৃশ্যমান আলো যোগাযোগ (ভিএলসি) দীর্ঘদিন ধরে একটি ব্যবহারিক, উচ্চ-কার্যক্ষম আপলিংক সমাধানের অভাব দ্বারা সীমাবদ্ধ। ঐতিহ্যগত ডাউনলিংকগুলি উচ্চ-গতির ডেটা সম্প্রচারের জন্য এলইডি ব্যবহার করে, কিন্তু আপলিংক চ্যানেলগুলি উল্লেখযোগ্য বাধার সম্মুখীন হয়: রেট্রো-রিফ্লেক্টরগুলি কম গতি প্রদান করে, আরএফ-ভিত্তিক সমাধানগুলি (ওয়াই-ফাই/ব্লুটুথ) সংবেদনশীল এলাকায় (হাসপাতাল, বিমান) নিষিদ্ধ, এবং ইনফ্রারেড বা সর্ব-অপটিক্যাল ভিএলসি আপলিংকগুলি উচ্চ দিকনির্দেশকতা, ডাউনলিংকের সাথে হস্তক্ষেপ, বা সীমিত প্রয়োগের দৃশ্যের কারণে ভোগে যেখানে আপলিংক আলোকসজ্জার প্রয়োজন নেই। এই গবেষণাপত্রটি এই গুরুত্বপূর্ণ ফাঁকটি সমাধান করে অশ্রুত আল্ট্রাসনিক তরঙ্গ-এর উপর ভিত্তি করে একটি আপলিংক পদ্ধতি প্রস্তাব করে, ফ্রিকোয়েন্সি-শিফট কীং (এফএসকে) মড্যুলেশন এবং একটি মাইক্রোফোন অ্যারের মাধ্যমে ডিজিটাল বিমফর্মিং ব্যবহার করে একটি দিকনির্দেশক, অপ্রতিসম যোগাযোগ চ্যানেল তৈরি করে যা অপটিক্যাল ডাউনলিংকের সাথে হস্তক্ষেপ করে না।
মূল উদ্ভাবনটি অপটিক্যাল বর্ণালী থেকে আপলিংককে বিচ্ছিন্ন করার মধ্যে নিহিত। আলোর পরিবর্তে, এটি ক্যারিয়ার হিসাবে নিয়ার-আল্ট্রাসনিক/অশ্রুত পরিসরে (যেমন, ১৫ কিলোহার্টজের উপরে) শব্দ তরঙ্গ ব্যবহার করে।
ব্যবহারকারী ডিভাইসটি ফ্রিকোয়েন্সি-শিফট কীং (এফএসকে) ব্যবহার করে একটি অশ্রুত অডিও ক্যারিয়ারের উপর ডেটা মড্যুলেট করে প্রেরণ করে। প্রোটোটাইপ যাচাইয়ের জন্য, চারটি শ্রবণযোগ্য ফ্রিকোয়েন্সি (০.৫, ১.৫, ২.৫, ৩.৫ কিলোহার্টজ) একটি ৪-এফএসকে স্কিম সিমুলেট করতে ব্যবহৃত হয়েছিল, যা ডিজিটাল প্রতীকগুলিকে উপস্থাপন করে। এই পছন্দটি ডেটা ট্রান্সমিশনের জন্য সাধারণ মানব শ্রবণের (২০ হার্টজ-২০ কিলোহার্টজ) বাইরের ফ্রিকোয়েন্সি মার্জিনকে কাজে লাগায়।
১০টি সর্বদিকনির্দেশক মাইক্রোফোনের একটি রৈখিক অ্যারে (০.০৫ মিটার ব্যবধানে) যৌগিক শাব্দিক সংকেত গ্রহণ করে। তারপর একটি ডিজিটাল বিমফর্মিং অ্যালগরিদম (নির্দিষ্টভাবে, ফ্রস্ট বিমফর্মার) প্রয়োগ করা হয়। এই অ্যালগরিদম প্রতিটি মাইক্রোফোন থেকে সংকেত প্রক্রিয়া করে একটি নির্দেশিত অভিগ্রহ বিম গঠন করে, কার্যকরভাবে পরিবেষ্টিত শব্দ বা বিভিন্ন দিক থেকে আগত হস্তক্ষেপকারী শব্দ উৎস (যেমন, সিমুলেট করা -১০°, -৩০°, ২০°) থেকে কাঙ্ক্ষিত আপলিংক সংকেতকে বিচ্ছিন্ন করে।
পরীক্ষামূলক সেটআপে একটি রৈখিক মাইক্রোফোন অ্যারে জড়িত ছিল যা কাঙ্ক্ষিত ডেটা সংকেত এবং দুটি হস্তক্ষেপ সংকেত ধারণকারী একটি যৌগিক সংকেত গ্রহণ করে। সিস্টেমটি লক্ষ্য আপলিংক ট্রান্সমিশনকে স্থানিকভাবে ফিল্টার করার ক্ষমতা প্রদর্শন করে।
কাগজের চিত্র ৩ গুরুত্বপূর্ণ ওয়েভফর্ম উপস্থাপন করে: (ক) প্রেরিত ডেটা ও হস্তক্ষেপ সংকেত, এবং (খ) যৌগিক গৃহীত সংকেত, পৃথক মাইক্রোফোন সংকেত, এবং বিমফর্মিংয়ের পরে সফলভাবে পুনরুদ্ধারকৃত ডেটা সংকেত। ফলাফলগুলি চাক্ষুষভাবে নিশ্চিত করে যে বিমফর্মিং অ্যালগরিদম কার্যকরভাবে হস্তক্ষেপকে নিষ্ক্রিয় করেছে এবং পরিষ্কার ডেটা ওয়েভফর্ম বের করেছে, আপলিংক পুনরুদ্ধারের জন্য শাব্দিক স্থানিক ফিল্টারিংয়ের মূল ধারণাটি যাচাই করেছে।
ফ্রস্ট বিমফর্মার একটি সীমাবদ্ধ অভিযোজিত বিমফর্মার। এটি আউটপুট শক্তি হ্রাস করে (হস্তক্ষেপ ও শব্দ দমন করে) একটি রৈখিক সীমাবদ্ধতার অধীনে যা লুক দিকনির্দেশে (কাঙ্ক্ষিত সংকেতের আগমনের দিক) একতা লাভ নিশ্চিত করে। ওজন ভেক্টর $\mathbf{w}$ অভিযোজিত হয় সমাধান করার জন্য: $$\min_{\mathbf{w}} \mathbf{w}^H \mathbf{R}_{xx} \mathbf{w} \quad \text{subject to} \quad \mathbf{C}^H \mathbf{w} = \mathbf{g}$$ যেখানে $\mathbf{R}_{xx}$ হল ইনপুট সংকেতগুলির কোভ্যারিয়েন্স ম্যাট্রিক্স, $\mathbf{C}$ হল সীমাবদ্ধতা ম্যাট্রিক্স, এবং $\mathbf{g}$ হল কাঙ্ক্ষিত প্রতিক্রিয়া ভেক্টর। এটি কার্যকর স্থানিক ফিল্টারিংয়ের অনুমতি দেয়।
৪-এফএসকে-তে, ২ বিট ডেটা চারটি স্বতন্ত্র ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি $f_1, f_2, f_3, f_4$ এর মধ্যে একটি দ্বারা উপস্থাপিত হয়। প্রেরিত সংকেত হল: $$s(t) = A \cos(2\pi f_i t + \phi), \quad \text{for symbol } i$$ ডিমড্যুলেশন সাধারণত প্রতিটি ফ্রিকোয়েন্সিতে টিউন করা ফিল্টার বা কোরিলেটরের একটি ব্যাংক জড়িত, তারপরে একটি সিদ্ধান্ত সার্কিট যা একটি প্রতীক সময়কালে সর্বোচ্চ শক্তি সহ ফ্রিকোয়েন্সি বেছে নেয়।
কাঠামো প্রয়োগ: ভিএলসি আপলিংক সমাধান মূল্যায়ন
এটি এবং প্রতিদ্বন্দ্বী প্রযুক্তিগুলি মূল্যায়ন করতে, আমরা একটি বহু-মাপদণ্ড সিদ্ধান্ত কাঠামো ব্যবহার করতে পারি:
কেস স্টাডি: হাসপাতাল আইসিইউ দৃশ্যকল্প
একটি আইসিইউতে যেখানে চিকিৎসা সরঞ্জামের সাথে হস্তক্ষেপ এড়াতে আরএফ নিষিদ্ধ, এবং ডাউনলিংক ভিএলসি রোগী মনিটরগুলিতে আলোকসজ্জা ও উচ্চ-গতির ডেটা প্রদান করে। প্রস্তাবিত আল্ট্রাসনিক আপলিংক নার্সদের ট্যাবলেটগুলিকে আরএফ নির্গমন ছাড়াই এবং সমালোচনামূলক ডাউনলিংক আলোকে প্রভাবিত না করে নেটওয়ার্কে নিম্ন-ব্যান্ডউইথ অবস্থা আপডেট বা নিয়ন্ত্রণ সংকেত পাঠাতে দেয়। বিমফর্মিং বিভিন্ন বেডসাইড থেকে সংকেত বিচ্ছিন্ন করতে সাহায্য করে, গোপনীয়তা বাড়ায় এবং ক্রস-টক হ্রাস করে—এটি সর্বদিকনির্দেশক আরএফ বা ইনফ্রারেডের উপর একটি স্পষ্ট সুবিধা যার জন্য সুনির্দিষ্ট নির্দেশনার প্রয়োজন হতে পারে।
মূল অন্তর্দৃষ্টি: এই গবেষণাপত্রের মৌলিক মূল্য প্রস্তাবটি একটি চতুর বর্ণালী ও স্থানিক বিচ্ছিন্নতা কৌশল। এটি স্বীকার করে যে ভিএলসি আপলিংক সমস্যাটি কেবল অন্য একটি বেতার মাধ্যম খুঁজে পাওয়া নয়, বরং এমন একটি মাধ্যম খুঁজে পাওয়া যা অপ্রতিসম ব্যবহারের ক্ষেত্রে পরিপূরক, অ-হস্তক্ষেপকারী এবং খরচ-কার্যকর। শাব্দিক ডোমেন ব্যবহার করা, বিশেষত কম ব্যবহৃত নিয়ার-আল্ট্রাসনিক ব্যান্ড, একটি পার্শ্বীয় চিন্তার পদক্ষেপ যা এর পূর্বসূরীদের সীমাবদ্ধতাগুলি এড়িয়ে যায়।
যুক্তিসঙ্গত প্রবাহ: যুক্তিটি শব্দ: ১) অনেক ভিএলসি-লক্ষ্য পরিবেশে আরএফ বাদ। ২) অপটিক্যাল আপলিংক (আইআর/ভিএলসি) হস্তক্ষেপ, দিকনির্দেশকতা এবং অপ্রয়োজনীয় আলোকসজ্জার কারণে সমস্যাযুক্ত। ৩) শব্দ সর্বব্যাপী, সস্তা, এবং অশ্রুত করা যেতে পারে। ৪) শব্দের প্রধান চ্যালেঞ্জ হল এর সর্বদিকনির্দেশক প্রকৃতি এবং শব্দ। ৫) সমাধান: দিকনির্দেশকতা ও শব্দ প্রতিরোধ ক্ষমতা পুনরুদ্ধার করতে শাব্দিক ডোমেনে সুপ্রতিষ্ঠিত আরএফ অ্যারে প্রক্রিয়াকরণ কৌশল (বিমফর্মিং) প্রয়োগ করুন। ফ্রস্ট বিমফর্মার সহ পরীক্ষামূলক প্রদর্শন এই যুক্তিসঙ্গত শৃঙ্খলাটি যাচাই করে।
শক্তি ও ত্রুটি:
শক্তি: কমোডিটি হার্ডওয়্যার (মাইক্রোফোন, স্পিকার) ব্যবহারের মার্জিততা খরচ ও স্থাপনার জন্য একটি প্রধান প্লাস। বিমফর্মিংয়ের মাধ্যমে দিকনির্দেশক অভিগ্রহ একটি সমালোচনামূলক বৈশিষ্ট্য যা এটিকে সাধারণ শাব্দিক লিঙ্ক থেকে আলাদা করে, বহু-ব্যবহারকারী সমর্থন ও হস্তক্ষেপ প্রতিরোধের সম্ভাবনা প্রদান করে। আরএফ-সংবেদনশীল পরিবেশের সাথে এর অন্তর্নিহিত সামঞ্জস্য বিমানচালনা ও স্বাস্থ্যসেবার মতো বিশেষ বাজারের জন্য একটি কিলার ফিচার।
ত্রুটি ও উন্মুক্ত প্রশ্ন: ঘরের হাতি হল ডেটা রেট। প্রোটোটাইপ কিলোহার্টজ-পরিসরের ক্যারিয়ার ব্যবহার করে, যা গিগাহার্টজ আরএফ বা টেরাহার্টজ অপটিক্যাল ক্যারিয়ারের তুলনায় সম্ভাব্য ব্যান্ডউইথকে মৌলিকভাবে সীমাবদ্ধ করে। গবেষণাপত্রটি অর্জিত বিটরেট সম্পর্কে নীরব, যা সম্ভবত কম (কেবিপিএস পরিসর)। বাতাসে আল্ট্রাসনিক ক্ষয় এবং আবদ্ধ স্থানে মাল্টিপাথ প্রভাব পরিসর ও নির্ভরযোগ্যতাকে মারাত্মকভাবে সীমাবদ্ধ করতে পারে। প্রতিধ্বনিপূর্ণ ঘরে একটি ছোট, রৈখিক অ্যারে সহ বিমফর্মিং নির্ভুলতা তুচ্ছ নয়। রিসিভারে একটি মাইক্রোফোন অ্যারের প্রয়োজন একটি একক ফটোডায়োডের তুলনায় অবকাঠামো জটিলতা বাড়ায়।
কার্যকরী অন্তর্দৃষ্টি: গবেষকদের জন্য, এই কাজ একটি প্রতিশ্রুতিশীল হাইব্রিড ক্ষেত্র খোলে: ভিএলসির জন্য অ্যাকোস্টিক ব্যাকস্ক্যাটার। সক্রিয় আল্ট্রাসনিক ট্রান্সমিশনের পরিবর্তে, ব্যবহারকারী ডিভাইসগুলি কি কেবল পরিবেষ্টিত শব্দ বা ডাউনলিংক আলো সংকেতকে শাব্দিকভাবে মড্যুলেট করতে পারে? শিল্প আইওটি বা স্মার্ট বিল্ডিং খাতের পণ্য ব্যবস্থাপকদের জন্য, এই প্রযুক্তিটি ভিডিও কলের জন্য ওয়াই-ফাই আপলিংক প্রতিস্থাপনের প্রার্থী নয়। যাইহোক, এটি আরএফ-বিরোধী পরিবেশে নিম্ন-গতি, মাঝে মাঝে কমান্ড-এন্ড-কন্ট্রোল আপলিংকগুলির জন্য একটি নিখুঁত ফিট। নিরাপদ সরকারি সুবিধা, উত্পাদন ক্লিনরুম বা জাহাজের মতো সেটিংসে পাইলট প্রকল্পগুলিকে অগ্রাধিকার দিন যেখানে নিয়ন্ত্রণ, কার্যক্ষমতা নয়, প্রাথমিক চালক। লেখকদের জন্য অবিলম্বে পরবর্তী পদক্ষেপ হওয়া উচিত অর্জনযোগ্য বিট-ত্রুটি-হার (বিইআর) বনাম দূরত্ব ও ডেটা রেটের একটি কঠোর বৈশিষ্ট্যগতকরণ, ব্যাকস্ক্যাটার যোগাযোগ নেটওয়ার্কের জন্য করা বিশ্লেষণের অনুরূপ শাব্দিক চ্যানেলের মৌলিক সীমার বিপরীতে এটি বেঞ্চমার্ক করা।