মাল্টি-ব্যান্ড নিয়ার-ফিল্ড কমিউনিকেশন টেকনোলজি: উচ্চ-থ্রুপুট ওয়্যারলেস কম্পিউটার ভিশন সেন্সর নেটওয়ার্কের জন্য

2.1. উচ্চ-গতির NFC-এর জন্য ভিজ্যুয়াল সিস্টেমের প্রয়োজনীয়তা

由机器学习驱动的现代计算机视觉，需要将海量数据从传感器传输到处理单元。虽然蓝牙和Wi-Fi提供了较高的数据速率，但其协议涉及冗长的搜索和配对阶段（>10秒），对于快速文件共享或实时应用而言，这降低了用户体验。此外，它们的带宽受到频谱法规的限制。NFC凭借其极短的距离（<3厘米），允许在低功耗下使用更宽的带宽，既符合法规要求，又能实现适用于单一专用发射-接收对、更简单、更快速的协议。

সিস্টেম পটভূমি:PDF-এর চিত্র 1-এ দেখানো হয়েছে, ভিজ্যুয়াল সেন্সর এবং প্রসেসর একটি NFC লিঙ্কের মাধ্যমে কাপল করা হয়েছে। ডিজাইনে RF ক্ষেত্রকে ফোকাস করতে এবং লিকেজ কমানোর জন্য কাপলার এবং শিল্ডিং স্তর ব্যবহার করা হয়েছে।

2.2. মাল্টি-ব্যান্ড রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি ইন্টারকানেক্ট আর্কিটেকচার

মূল উদ্ভাবনটি হলএকাধিক ISM ব্যান্ডের সমান্তরাল ব্যবহারডেটা স্ট্রিম একাধিক উপ-স্ট্রিমে বিভক্ত করা হয়। প্রতিটি উপ-স্ট্রিম একটি ভিন্ন, পূর্বনির্ধারিত ISM ব্যান্ডে আপ-কনভার্ট করা হয়। তারপর, এই একাধিক RF সংকেত PDF-এর চিত্র 3-এ ধারণাগতভাবে দেখানো হয়েছে এমন একটি পাওয়ার কম্বাইনার [9] ব্যবহার করে একত্রিত করে প্রেরণ করা হয়।

মূল নীতি:সমষ্টিগত ডেটা রেট $R_{total}$ প্রতিটি ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে ডেটা রেটের সমষ্টিতে পরিণত হয়: $R_{total} = \sum_{i=1}^{N} R_i$, যেখানে $N$ হল ব্যবহৃত ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডের সংখ্যা। এটি থ্রুপুট বাড়ানোর জন্য যেকোনো একক ব্যান্ডের সীমা অতিক্রম করার একটি পথ প্রদান করে।

2.3. FPGA-ভিত্তিক সম্পূর্ণ ডিজিটাল ট্রান্সমিটার

দ্রুত প্রোটোটাইপ উন্নয়নের সুবিধার্থে, এই নিবন্ধটি Li et al. [10] দ্বারা প্রস্তাবিত সম্পূর্ণ ডিজিটাল ট্রান্সমিটার ডিজাইন পদ্ধতি গ্রহণ করেছে। এই পদ্ধতিটি প্রাথমিকভাবে FPGA-তে ডিজিটাল লজিক সংশ্লেষণের মাধ্যমে RF ট্রান্সমিটার বাস্তবায়ন করে, যার ফলে ডিজাইন চক্র ব্যাপকভাবে হ্রাস পায়।

আর্কিটেকচার:ট্রান্সমিটার (PDF-এর চিত্র ৪) সিগমা-ডেল্টা মড্যুলেশন এবং XOR-ভিত্তিক মিক্সিং ব্যবহার করে, যা বেসব্যান্ড ডিজিটাল সংকেতকে সরাসরি উচ্চ-গতির রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি সংকেতে রূপান্তর করে। এই অত্যন্ত ডিজিটাল পদ্ধতিটি সফটওয়্যার-সংজ্ঞায়িত রেডিওর প্রবণতার সাথে সঙ্গতিপূর্ণ এবং নির্দিষ্ট মড্যুলেশন স্কিমের পুনরায় কনফিগারযোগ্যতা এবং সম্ভাব্য শক্তি দক্ষতার ক্ষেত্রে সুবিধা প্রদান করে।

3.1. প্রযুক্তিগত বিবরণ ও গাণিতিক বর্ণনা

মাল্টিব্যান্ড ট্রান্সমিশন একটি সমান্তরাল চ্যানেল সিস্টেম হিসাবে মডেল করা যেতে পারে। যদি প্রতিটি ব্যান্ড $i$-এর অর্জনযোগ্য স্পেকট্রাল দক্ষতা $\eta_i$ (বিট/সেকেন্ড/হার্টজ) হয় এবং উপলব্ধ ব্যান্ডউইথ $B_i$ হয়, তাহলে সেই ব্যান্ডের ডেটা রেট হল $R_i = \eta_i B_i$। মোট ক্ষমতা সমষ্টিগত ব্যান্ডউইথ এবং প্রতিটি ব্যান্ডের SNR দ্বারা সীমাবদ্ধ, নিয়ার-ফিল্ড লিঙ্কের জন্য SNR সাধারণত উচ্চ হয়।

ADTX অপারেশনে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ডিজিটাল ক্লক জেনারেট করা জড়িত। ডিজিটাল ডোমেনে বাস্তবায়িত একটি মড্যুলেশন স্কিম (যেমন BPSK বা QPSK) ব্যবহার করে ডেটা মডুলেট করা হয়। XOR মিক্সার একটি ডিজিটাল গুণক হিসাবে কাজ করে, কার্যকরভাবে নিম্নলিখিতটি সম্পাদন করে: $RF_{out}(t) = D(t) \oplus CLK_{RF}(t)$, যেখানে $D(t)$ হল মডুলেটেড ডেটা সিগন্যাল এবং $CLK_{RF}(t)$ হল RF ক্যারিয়ার ক্লক। তারপর হারমনিক্স দমন করার জন্য আউটপুট ফিল্টার করা হয়।

3.2. বিশ্লেষণাত্মক কাঠামো ও ধারণাগত কার্যপ্রবাহ

কেস স্টাডি: ওয়্যারলেস ক্যামেরা থেকে স্মার্টফোনে 4K ফটো স্থানান্তর

1. ট্রিগার:ব্যবহারকারী ক্যামেরা সেন্সর মডিউলের ৩ সেন্টিমিটারের মধ্যে মোবাইল ফোন নিয়ে আসে।
2. দ্রুত লিংক স্থাপন:সরলীকৃত NFC প্রোটোকল মিলিসেকেন্ডের মধ্যে সংযোগ স্থাপন করে (ব্লুটুথের কয়েক সেকেন্ডের তুলনায়)।
3. ডেটা বিভাজন:একটি 12 MB আকারের 4K ফটো ফাইলকে, উদাহরণস্বরূপ, 3টি উপ-প্রবাহে বিভক্ত করা হয়েছে।
4. সমান্তরাল ট্রান্সমিশন:প্রতিটি সাব-স্ট্রিম পৃথকভাবে 900 MHz, 2.4 GHz এবং 5.8 GHz ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে আপ-কনভার্ট করা হয় এবং একটি সম্মিলিত RF ফ্রন্ট-এন্ডের মাধ্যমে একই সাথে প্রেরণ করা হয়।
5. গ্রহণ এবং একত্রীকরণ:মোবাইল ফোনের রিসিভার প্রতিটি ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ড পৃথক করে, পৃথকভাবে ডাউন-কনভার্ট করে এবং মূল ফাইলটি পুনরায় সংযোজন করে।

এই কাঠামোটি "টাচ-এন্ড-শেয়ার" আল্ট্রা-হাই-স্পিড ডেটা শেয়ারিং-এর সম্ভাবনাকে তুলে ধরে, যা ব্যবহারকারীর অভিজ্ঞতায় একটি উল্লেখযোগ্য উন্নতি।

4.1. প্রত্যাশিত কার্যকারিতা ও তুলনামূলক বিশ্লেষণ

যদিও PDF-তে বাস্তব পরীক্ষার ফলাফল সরবরাহ করা হয়নি, তবে আর্কিটেকচার থেকে প্রত্যাশিত সুবিধাগুলি স্পষ্টভাবে দেখা যায়:

• ডেটা রেট:ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ড একত্রিত করে, Wi-Fi ডাইরেক্টের 250 Mbps অতিক্রম করার আশা রয়েছে। রক্ষণশীল অনুমানে, তিনটি ব্যান্ড ব্যবহার করে, প্রতিটি 20 Mbps, 60 Mbps অর্জন করা সম্ভব; আরও আক্রমণাত্মক মড্যুলেশন স্কিম ব্যবহার করলে এটি আরও বেশি হতে পারে।
• বিলম্ব:লিঙ্ক স্থাপনের সময় ব্লুটুথ/ওয়াই-ফাইয়ের চেয়ে কয়েকটি মাত্রায় দ্রুত হবে বলে আশা করা হয়, যা ইন্টারেক্টিভ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
• দক্ষতা:ADTX এবং স্বল্প-দূরত্ব অপারেশন একই থ্রুপুট অর্জনের ক্ষেত্রে প্রচলিত ফার-ফিল্ড রেডিওর তুলনায় কম শক্তি খরচ প্রতি বিটে আশা করা যায়, যখন অত্যন্ত সংক্ষিপ্ত দূরত্বে কাজ করে।

চিত্র ধারণা (চিত্র ২ এবং ৩ দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয়েছে):চিত্র ২ শারীরিক সেটআপ প্রদর্শন করে, যাতে দক্ষ এবং নিয়ন্ত্রিত নিয়ার-ফিল্ড কাপলিং নিশ্চিত করতে কাপলার এবং শিল্ডিং স্তর অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। চিত্র ৩ একটি ব্লক ডায়াগ্রাম যা দেখায় কিভাবে দুটি ডেটা স্ট্রিমকে ভিন্ন ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সিতে (RF সিগন্যাল ১ এবং ২) আপ-কনভার্ট করা হয় এবং তারপর ট্রান্সমিশনের জন্য একটি একক আউটপুট সিগন্যালে একত্রিত করা হয়, যা মাল্টি-ব্যান্ড মাল্টিপ্লেক্সিং নীতির একটি চাক্ষুষ উপস্থাপনা প্রদান করে।

4.2. প্রয়োগের সম্ভাবনা ও ভবিষ্যৎ দিকনির্দেশনা

সাম্প্রতিক প্রয়োগ:

• ক্যামেরা, মোবাইল ফোন এবং ট্যাবলেটের মধ্যে তাৎক্ষণিক এইচডি মিডিয়া স্থানান্তর।
• ল্যাপটপ/ট্যাবলেটের জন্য ওয়্যারলেস ডকিং স্টেশন, তাৎক্ষণিক উচ্চ-গতির ডেটা সিঙ্ক্রোনাইজেশন সক্ষম করে।
• মডুলার রোবট এবং ড্রোন, ভিজ্যুয়াল সেন্সরগুলি ওয়্যারলেসভাবে এবং দ্রুত সেন্ট্রাল প্রসেসিং ইউনিটের সাথে সংযোগ স্থাপন করতে পারে।

ভবিষ্যত গবেষণার দিকনির্দেশ:

• উন্নত মড্যুলেশন:বর্ধিত বর্ণালী দক্ষতা $\eta_i$ অর্জনের জন্য প্রতিটি ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে উচ্চতর ক্রমের QAM বাস্তবায়ন।
• সমন্বিত নকশা:FPGA প্রোটোটাইপ থেকে ADTX-এর কাস্টম ASIC-এ রূপান্তর, যাতে আকার এবং শক্তি খরচ সর্বনিম্ন হয়।
• MIMO-NFC হাইব্রিড টেকনোলজি:ক্ষমতা আরও গুণিত করার জন্য নিয়ার-ফিল্ড রেঞ্জে মাল্টিপল-ইনপুট মাল্টিপল-আউটপুট প্রযুক্তি প্রয়োগের সম্ভাবনা অন্বেষণ।
• মানককরণ:NFC ফোরাম বা অনুরূপ সংস্থার কাছে নতুন উচ্চ-গতির NFC মান প্রস্তাব করা, যাতে আন্তঃক্রিয়াশীলতা নিশ্চিত হয়।