মিলিমিটার ওয়েভের সঞ্চারণ বৈশিষ্ট্য এবং যোগাযোগের উপর এর প্রভাব

মিলিমিটার তরঙ্গ যোগাযোগ প্রসারণের মৌলিক বিষয়

মিলিমিটার ওয়েভ (mmWave) 30-300 GHz ব্যান্ডে যোগাযোগ 5G সিস্টেমগুলির জন্য ডেটা-হার-আবশ্যিকতা পূরণের প্রধান উপাদান। প্রশস্ত ব্যান্ড (~1 GHz) চ্যানেল ব্যবহার করে এই পদ্ধতিগুলি অত্যন্ত কম বিলম্বযুক্ত অ্যাপ্লিকেশনগুলির বৃদ্ধি পাওয়া প্রয়োজনীয়তা যেমন সম্প্রসারিত বাস্তবতা এবং স্বায়ত্তশাসিত যানবাহনের জন্য মাল্টিগিগাবিট থ্রুপুট সরবরাহ করতে পারে। 2023 সালের একটি নেচার প্রতিবেদনে 1 কিমি দূরত্বে দিকনির্দেশক এন্টেনা ব্যবহার করে 10 Gbps এ mmWave প্রদর্শন করেছে, যদিও মাইক্রোওয়েভের তুলনায় নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে প্রসারণ বৈশিষ্ট্য অনেক আলাদা।

ফ্রি স্পেস পাথ লস ফ্রিকোয়েন্সি স্কোয়ারের সমানুপাতিক এবং এটি সাব-6 GHz ব্যান্ডের তুলনায় 20–30 dB উচ্চতর পাথ লস হয়। আবহাওয়ার বাইরের অবস্থা এই সমস্যাগুলি আরও খারাপ করে—60 GHz এ বৃষ্টিপাত 5-15 dB/km কম্পনশন সৃষ্টি করতে পারে, যেমন কংক্রিট দেয়ালগুলি ভেদ করতে 40-60 dB লস হয়। পাতার মধ্যে কম্পনশন সাধারণত সংকেত ক্ষতির 10-20 dB হয় এবং পরিষ্কার এলাকার মতো নির্ভরযোগ্যতা অর্জনের জন্য প্রযুক্তিগত সমাধান প্রয়োজন।

পরিসর অ্যারে এন্টেনা দিয়ে উন্নত বীমফর্মিং পদ্ধতি প্রচারের সীমাবদ্ধতা দূর করে দিক নির্দেশিত ট্রান্সমিশন চ্যানেল স্থাপন করে। এই দিক নির্দেশিত বীমগুলি স্থানে ফ্রিকোয়েন্সি পুনরায় ব্যবহার করতে এবং হস্তক্ষেপ কমাতে দেয়—জনাকীর্ণ শহরের বিস্তৃত অবস্থার জন্য এটি একটি গুরুত্বপূর্ণ সুবিধা। সামাপ্তিকালের আর্কিটেকচারগুলি অর্থোগোনাল মাল্টিক্যারিয়ার মডুলেশন (ওএমএম) এবং মাসিভ মিমো-এর হাইব্রিড কাঠামোকে কাজে লাগায়, যা বুদ্ধিমান নেটওয়ার্কগুলি অর্জন করে, যা মিলিমিটার ওয়েভ ব্যান্ডগুলির ফ্রিকোয়েন্সি রয়্যালটি এবং মাইক্রোওয়েভ সিস্টেমগুলির দৃঢ়তা ব্যবহার করে সর্বোচ্চ থ্রুপুট অর্জন করে।

MmWave যোগাযোগ সংকেতের উপর পরিবেশগত প্রভাব

মিলিমিটার ওয়েভ (mmWave) যোগাযোগ সিস্টেমগুলি অনন্য পরিবেশগত চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয় যা বিভিন্ন পরিচালন পরিস্থিতিতে সংকেতের গুণগত মানকে তীব্রভাবে প্রভাবিত করে।

আবহাওয়াজনিত সংকেত ক্ষীণতা পদ্ধতি

60 গিগাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সিতে বৃষ্টিপাত mmWave লিঙ্কে 20 ডিবি/কিমি হ্রাস ঘটায়, আবার তুষার ও কুয়াশা অতিরিক্ত ছড়িয়ে পড়ার প্রভাব তৈরি করে যা দশা সংহতি বিঘ্নিত করে। কম ফ্রিকোয়েন্সি সিস্টেমের তুলনায় এই আবহাওয়ার ঘটনাগুলি অতিরিক্ত প্রভাব ফেলে mmWave লিঙ্কের উপর, কারণ ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্যগুলি কণা ব্যতিব্যস্ততার প্রতি সংবেদনশীল।

উদ্ভিদ ও ভবন ভেদ করার সময় ক্ষতির প্রভাব

ফিল্ড পরিমাপে দেখা গেছে যে একটি গাছ mmWave সংকেতকে 35 ডিবি পর্যন্ত হ্রাস করতে পারে, আর ঘন পাতার মাধ্যমে 98% সংকেত শক্তি বাধা দেওয়া হয়। 28 গিগাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সিতে রঞ্জিত কাচের মতো ভবন উপকরণগুলি 40 ডিবি সংকেত ক্ষতির সম্মুখীন হয়- মাইক্রোওয়েভ ফ্রিকোয়েন্সির তুলনায় তিনগুণ বেশি- যা কাঠামোগত বাধা অতিক্রম করতে নেটওয়ার্ক পরিকল্পনার প্রয়োজন হয়।

বৃষ্টি হ্রাস এবং বায়ুমণ্ডলীয় শোষণের চ্যালেঞ্জ

60 গিগাহার্টজে অক্সিজেন শোষণের সর্বোচ্চ মান 15 ডিবি/কিমি বায়ুমণ্ডলীয় ক্ষতি সৃষ্টি করে, আর প্রতিকূল পরিস্থিতিতে উষ্ণ জলবায়ু অঞ্চলে বৃষ্টির কারণে এই ক্ষতি 30 ডিবি/কিমি ছাড়িয়ে যায়। এসব কারণে বাস্তব মাঠ পরিসর হ্রাস পায়, যার ফলে অভিযোজিত ফেড মার্জিন হিসাব ও চলমান শক্তি সমন্বয় প্রোটোকল প্রয়োজন হয়।

মিলিমিটার ওয়েভ যোগাযোগে পথ ক্ষতি মডেলিং

ফ্রি-স্পেস বনাম শহর প্রচার মডেল

মিলিমিটার ওয়েভ (mmWave) সঞ্চার পরিবেশ অনুযায়ী নিজস্ব বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। ফ্রি-স্পেস পাথ লস (FSPL) কে সংক্রমণ দূরত্বের বর্গের ব্যস্ত অনুপাত হিসাবে প্রকাশ করা যায়, \(\frac{1}{R^2}\)। তবে, শহরাঞ্চলে চ্যানেলটি আরও জটিল ইন্টারঅ্যাকশন প্রবর্তন করে যেখানে পাথ লস এক্সপোনেন্টগুলি 2.5–4.5 (LOS) এবং 4.7–9.2 (non-LOS) পরিসরে থাকে। 28 GHz এ পাতার ক্ষতি 6–8 dB/m এবং কংক্রিটের দেয়াল 40–60 dB ক্ষতি সৃষ্টি করে। বিমফর্মিং ছাড়াই শহরাঞ্চলে mmWave পরিসর এই বাধাগুলির কারণে 150–200 মিটারে হ্রাস পায়, যা 1–2 কিমি তাত্ত্বিক ফ্রি-স্পেস পরিসরের তুলনায়। অ‍্যাডাপটিভ অ্যান্টেনা অ‍্যারে ব্যবহার করে ক্ষতিগুলি আংশিক পুনরুদ্ধার করা যায় যেখানে সংকেত পথে শক্তি প্রেরণ করা হয়, কিন্তু বাস্তব ব্যবহারের ক্ষেত্রে পরিসর প্রতিবন্ধকতার ঘনত্বের উপর নির্ভর করে।

ফ্রিকোয়েন্সি-ডিপেনডেন্ট অ‍্যাটেনুয়েশন বৈশিষ্ট্য

24 GHz (জলীয় বাষ্পের কারণে) এবং 60 GHz (অক্সিজেনের কারণে) এর কাছাকাছি বায়ুমণ্ডলীয় শোষণ মি.মি.ওয়েভ সিস্টেমগুলিতে অতিরিক্ত 0.2–15 dB/km ক্ষতি হয়। মধ্যম বৃষ্টিপাতের সময় 30–40 GHz এর মধ্যে বৃষ্টি ফেড প্রতি কিমি 2–8 dB/km দুর্বলতা তৈরি করে। উল্লেখ্য যে, একই দূরত্বে 24 GHz এর তুলনায় 73 GHz সংকেতগুলি FSPL সমীকরণগুলিতে f² নির্ভরশীলতার কারণে 1.8× বেশি মুক্ত-স্থান ক্ষতির সম্মুখীন হয়। এটি একটি গুরুত্বপূর্ণ আপসের দিকে নিয়ে যায় - যদিও উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি বিস্তৃত ব্যান্ডউইথ (2 GHz চ্যানেল) অনুমতি দেয়, তবে তাদের বেস স্টেশন বসানোর ঘনত্ব যা 100 GHz এর নিচের পরিসরের তুলনায় 4 গুণ বেশি হয়। বর্তমানে এই সীমাবদ্ধতাগুলি উন্নত উপকরণ, যেমন কম ক্ষতিকর ডাই ইলেকট্রিক এবং মেটাসারফেস এন্টেনার মাধ্যমে কমানো হয়েছে, যা E-ব্যান্ড ফ্রিকোয়েন্সিতে 5G ব্যাকহল লিঙ্কে 90% দক্ষ ব্যান্ড অনুমতি দেয়।

নির্ভরযোগ্য যোগাযোগের জন্য লাইন-অফ-সাইট প্রয়োজন

মিলিমিটার ওয়েভ (মিলিমিটার ওয়েভ) mmW যোগাযোগ ব্যবস্থাগুলি তাদের উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অপারেশন (24–100 GHz) এর কারণে ট্রান্সমিটার এবং রিসিভারের মধ্যে নিখুঁত সংবিধানের প্রয়োজন। যেহেতু কম ফ্রিকোয়েন্সির সংকেতগুলি বাধার চারপাশে অপসারিত হতে পারে, mmWave থেকে 60-90% শক্তি বাধাগুলি দ্বারা শোষিত হয়ে যায় (ITU 2023)। এমন সীমাবদ্ধতা আনঅবস্ট্রাকটেড LOS কে 5G/6G পরিস্থিতিতে মাল্টিগিগাবিট থ্রুপুট অর্জনের জন্য একটি অপরিহার্য শর্ত হিসাবে প্রতিষ্ঠিত করে।

মানব কর্মকাণ্ড এবং কাঠামো থেকে ব্লকেজ প্রভাব

শহরাঞ্চলগুলি তিনটি প্রধান LOS ব্যাহতকারী প্রবর্তন করে:

• স্থির বাধা কংক্রিটের দেয়াল mmWave সংকেতগুলিকে 40–60 dB হ্রাস করে, যেখানে কাচ সংক্রমণকে 15–25 dB দ্বারা দুর্বল করে দেয়
• চলমান বাধা একক পথিক 20–35 dB সংকেত ক্ষতির কারণ হতে পারে, যেখানে যানজনিত যানবাহন প্রতি 0.8–3.2 সেকেন্ড ধরে অস্থায়ী বিচ্ছিন্নতা তৈরি করে
• পরিবেশগত গতিশীলতা মৌসুমি উদ্ভিদ পরিবর্তন পাতার কার্যকরী দমনকে 12–18 dB পরিবর্তিত করে

এই প্রভাবগুলি ঘন শহরগুলিতে জমা হয়, যেখানে বিনা বিমফর্মিং হস্তক্ষেপে LOS উপলব্ধতা 54–72% পর্যন্ত কমে যায়।

NLOS (নন-লাইন-অফ-সাইট) পরিস্থিতির জন্য বিমফর্মিং সমাধান

ফেজড অ্যারে অ্যান্টেনা 27 dBm সমতুল্য আইসোট্রপিক্যালি রেডিয়েটেড পাওয়ার (EIRP) বিমস্টিয়ারিং এর মাধ্যমে বাধাগুলি এড়াতে সক্ষম করে। আধুনিক সিস্টেমগুলি অর্জন করে:

• 1.2° বিমউইথ সঠিকতার জন্য 1024-উপাদান অ্যান্টেনা ক্লাস্টার
• AI-চালিত RF পাথ ভবিষ্যদ্বাণী ব্যবহার করে সাব-3ms বিম পুনঃসংযোজন
• প্রাচীর প্রতিফলনের মাধ্যমে 78% NLOS (নন-লাইন-অফ-সাইট) নির্ভরযোগ্যতা

2024 সালে UAV যোগাযোগ অবকাঠামো সম্পর্কিত একটি অধ্যয়ন দেখায় যে স্থির-সেক্টর অ্যান্টেনার তুলনায় সমন্বয়শীল বিমফর্মিং শহরাঞ্চলে আউটেজ সম্ভাবনা 63% কমায়। এই পদ্ধতি lidar ম্যাপিং এবং গতিশীল স্পেকট্রাম ভাগ করার সমন্বয়ে QoS বজায় রাখতে সাহায্য করে যখন ব্লকেজ ঘটনা ঘটে।

MmWave যোগাযোগের জন্য চ্যানেল মডেলিং পদ্ধতি

3D স্থানিক সঞ্চার পদ্ধতি

মিলিমিটার ওয়েভ (mmWave) যোগাযোগ ব্যবস্থাগুলির জন্য উচ্চতা এবং আজিমুথ উভয় প্লেনে সংকেতের শহরের উপাদানগুলির সাথে মিথস্ক্রিয়া বোঝার জন্য উচ্চ-রেজুলেশন যুক্ত 3D স্থানিক মডেলগুলি প্রয়োজন। ক্লাসিক 2D মডেলগুলির বিপরীতে, এগুলি LOS সম্ভাবনা অনুকরণের জন্য পরিসংখ্যানগত মডেলিং পদ্ধতি ব্যবহার করে, যেমন এক্সটেন্ডেড সালেহ-ভ্যালেনজুয়েলা মডেলের মাধ্যমে ভবনের আকার এবং সময়ের সাথে পরিবর্তিত বাধা অন্তর্ভুক্ত করে। আমরা দেখিয়েছি যে এই মডেলগুলি বিভিন্ন স্থাপত্য জ্যামিতির জন্য 12–18 dB পর্যন্ত বিচ্ছুরণ ক্ষতির পূর্বাভাস দেয়।

মাল্টিপাথ ফেডিং এবং প্রতিফলন বিশ্লেষণ

MmWave-এর সংক্ষিপ্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিভিন্ন প্রতিফলনের সাথে তুলনায় 6-9 dB কম ক্ষতি সহ বিক্ষিপ্ত পথের ক্লাস্টারগুলি তৈরি করে যেগুলি sub-6 GHz সংকেতের সাথে তুলনা করা হয়। অভ্যন্তরীণ অধ্যয়নগুলি দেখিয়েছে যে মাত্র 20-30% বিক্ষিপ্ত শক্তিই কেবল বৈধ মাল্টিপাথ লিঙ্কের জন্য অবদান রাখে, যার ফলে পরিসংখ্যানগত মডেলগুলি পুনর্গঠিত করা হয় যেখানে বিক্ষিপ্ত বিকিরণের চেয়ে প্রধান প্রতিফলন পথগুলিকে অগ্রাধিকার দেওয়া হয়।

শিল্প প্যারাডক্স: উচ্চ ব্যান্ডউইথ বনাম সীমিত পাল্লা বিনিময়

মিলিমিটার ওয়েভ ব্যান্ডগুলি 400-800 মেগাহার্জ চ্যানেল ব্যান্ডউইথ অফার করে, তবে 28 গিগাহার্জ এ এদের ফ্রি-স্পেস পাথ লস 3 গিগাহার্জ এর তুলনায় 29 ডিবি বেশি। এটি নেটওয়ার্কগুলিকে শহরের আন্তরিক অংশে 150-200 মিটার ব্যবধানে ছোট ঘর স্থাপন করতে বাধ্য করে - মাইক্রোওয়েভ-ভিত্তিক সিস্টেমগুলির তুলনায় 4 গুণ ঘনত্বপূর্ণ - গিগাবিট থ্রুপুট বজায় রাখতে।

আসল দুনিয়ার শহর triểnঢাল কেস স্টাডি

26 গিগাহার্জ ফ্রিকোয়েন্সি ব্যবহার করে মাদ্রিদের মেট্রো ট্রায়ালে বীমফরমিং এবং সত্যিকারের সময়ের ব্লকেজ ভবিষ্যদ্বাণী একত্রিত করে ভিড় করা স্টেশনগুলিতে 94% নির্ভরযোগ্যতা অর্জন করেছে। যাইহোক, পথচারীদের গতিবিধির কারণে 3-5 ডিবি আরএসএস পরিবর্তন হয়েছে, জনস্থানে AI-চালিত চ্যানেল অ্যাডাপ্টেশনের প্রয়োজনীয়তা তুলে ধরেছে।

রणনীতিক বেস স্টেশন যোগাযোগ নেটওয়ার্কের জন্য পরিকল্পনা

সাইট নির্বাচন করা যাতে সংকেত ব্যাঘাত কমানো যায়

Mm-ওয়েভ নেটওয়ার্কগুলিতে বেস স্টেশনগুলি অপটিমালভাবে স্থাপন করে ইন্টারফেরেন্স লেভেল হ্রাস করা যায়, যেখানে সংকেতগুলি বাধার কারণে খুব দ্রুত দুর্বল হয়ে পড়ে। শহরাঞ্চলে তৈরি করার জন্য পরিবেশগত ব্লকেজ এবং সংকেতের ওভারল্যাপ সমস্যা মেটাতে অপটিমাল প্লেসমেন্টের প্রয়োজন হয়। জটিল প্রচার মডেলিংয়ের মাধ্যমে সিস্টেম পরিকল্পনাকারীদের পক্ষে ক্রস-চ্যানেল ইন্টারফেরেন্স হ্রাস এবং কভারেজ ডেনসিটি বৃদ্ধি করে এমন এলাকা চিহ্নিত করা সম্ভব হয়। আমরা দেখেছি যে সাধারণ স্পেসিংয়ের তুলনায় সাইট লোকেশনগুলির ভূখণ্ড-সচেতন নির্বাচনের মাধ্যমে মৃত অঞ্চলগুলির সংখ্যা 45% এবং গড় ব্যাস 24% হ্রাস করা যেতে পারে। প্রধান কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল ভবনের ঘনত্ব এবং উচ্চতা পার্থক্য, এবং অতিরিক্ত হার্ডওয়্যার বিনিয়োগ ছাড়াই ইন্টারফেরেন্স দমনের জন্য বিদ্যমান অবকাঠামোর ম্যাপিং।

ভবিষ্যতের প্রবণতা: হাইব্রিড RF-MmWave আর্কিটেকচার

ভবিষ্যতের নেটওয়ার্কগুলির জন্য প্রয়োজনীয় হিসাবে mmWave প্রযুক্তির সাথে সাব-6 GHz ব্যান্ডের সংমিশ্রণে ডুয়াল-ব্যান্ড আর্কিটেকচার উন্মোচিত হয়েছে। এই হাইব্রিড আর্কিটেকচারটি ঘন শহরের কোরে অধিক গতির জন্য mmWave massive MIMO এবং আরএফ ফ্রিকোয়েন্সি সহ প্রান্তিক/গ্রামীণ এলাকার বিস্তৃত কভারেজের জন্য একসাথে ব্যবহৃত হয়। স্মার্ট সুইচিং প্রোটোকলগুলি গতিশীলভাবে ব্যবহারকারীদের মোবিলিটি এবং পরিষেবা প্রোফাইল অনুযায়ী ব্যান্ডগুলির ওপর বরাদ্দ করে। mmWave-শুধুমাত্র নেটওয়ার্কের তুলনায় এই সিস্টেমটি 60% বর্ধিত ঘনত্ব হ্রাস করে এবং হ্যান্ডওভার ঘটলে প্রয়োজনীয় QoS রক্ষা করে। বিভিন্ন ভূখণ্ডের ওপর নিরবিচ্ছিন্ন সংযোগের প্রয়োজনীয়তা থাকা শিল্প আইওটি অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য এই সম্মিলিত সমাধানটি প্রমাণিত হয়েছে যোগ্যতাসম্পন্ন।