Spectral efficiency
বর্ণালী দক্ষতা, বর্ণালী দক্ষতা বা ব্যান্ডউইথ দক্ষতা বলতে সেই তথ্যের হারকে বোঝায় যা একটি নির্দিষ্ট যোগাযোগ ব্যবস্থায় প্রদত্ত ব্যান্ডউইথের মাধ্যমে প্রেরণ করা যেতে পারে। এটি একটি পরিমাপ যে একটি সীমিত ফ্রিকোয়েন্সি বর্ণালী কতটা দক্ষতার সাথে শারীরিক স্তর প্রোটোকল দ্বারা এবং কখনও কখনও মাঝারি অ্যাক্সেস নিয়ন্ত্রণ (চ্যানেল অ্যাক্সেস প্রোটোকল) দ্বারা ব্যবহৃত হয়। সংযোগ বর্ণালী দক্ষতা একটি ডিজিটাল যোগাযোগ ব্যবস্থার সংযোগ বর্ণালী দক্ষতা বিট/সেকেন্ড/হার্জ বা, কম ঘন ঘন কিন্তু দ্ব্যর্থহীনভাবে, (বিট/সেকেন্ড)/হার্জ-এ পরিমাপ করা হয়। এটি নেট বিট হার (ত্রুটি-সংশোধন কোড বাদে দরকারী তথ্য হার) বা সর্বাধিক থ্রুপুট যা একটি যোগাযোগ চ্যানেল বা ডেটা লিঙ্কের হার্টজে ব্যান্ডউইথ দ্বারা বিভক্ত। বিকল্পভাবে, বর্ণালী দক্ষতা বিট/প্রতীকে পরিমাপ করা যেতে পারে, যা প্রতি চ্যানেলে বিট ব্যবহারের (বি. পি. সি. ইউ) সমতুল্য, যা বোঝায় যে নেট বিট হার প্রতীক হার (মড্যুলেশন হার) বা লাইন কোড পালস হার দ্বারা বিভক্ত করা হয়। লিঙ্ক বর্ণালী দক্ষতা সাধারণত একটি ডিজিটাল মড্যুলেশন পদ্ধতি বা লাইন কোডের দক্ষতা বিশ্লেষণ করতে ব্যবহৃত হয়, কখনও কখনও একটি ফরওয়ার্ড ত্রুটি সংশোধন (এফইসি) কোড এবং অন্যান্য শারীরিক স্তর ওভারহেডের সংমিশ্রণে। পরের ক্ষেত্রে, একটি "বিট" ব্যবহারকারীর ডেটা বিটকে বোঝায়; এফইসি ওভারহেড সবসময় বাদ দেওয়া হয়। বিট/সেকেন্ডে মড্যুলেশন দক্ষতা হল ব্যান্ডউইথ দ্বারা বিভক্ত মোট বিট হার (যে কোনও ত্রুটি-সংশোধন কোড সহ)। উদাহরণ 1: প্রতি সেকেন্ডে 1,000 বিট প্রেরণের জন্য এক কিলোহার্টজ ব্যান্ডউইথ ব্যবহার করে একটি সঞ্চালন কৌশলের মড্যুলেশন দক্ষতা 1 (বিট/সেকেন্ড)/হার্জ। উদাহরণ 2: টেলিফোন নেটওয়ার্কের জন্য একটি ভি. 92 মডেম এনালগ টেলিফোন নেটওয়ার্কের মাধ্যমে 56,000 বিট/সেকেন্ড ডাউনস্ট্রিম এবং 48,000 বিট/সেকেন্ড আপস্ট্রিম স্থানান্তর করতে পারে। টেলিফোন এক্সচেঞ্জের ফিল্টারিংয়ের কারণে, ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা 300 হার্টজ এবং 3,400 হার্টজের মধ্যে সীমাবদ্ধ, যা 3,400−300 = 3,100 হার্টজের ব্যান্ডউইথের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। বর্ণালী দক্ষতা বা মড্যুলেশন দক্ষতা হল 56,000/3,100 = 18.1 (বিট/সেকেন্ড)/Hz ডাউনস্ট্রিম, এবং 48,000/3,100 = 15.5 (বিট/সেকেন্ড)/Hz আপস্ট্রিম। অর্জনযোগ্য মড্যুলেশন দক্ষতার জন্য একটি ঊর্ধ্বসীমা নিক্বিস্ট হার বা হার্টলির সূত্র দ্বারা নিম্নরূপ দেওয়া হয়েছেঃ এম বিকল্প চিহ্ন সহ একটি সংকেত বর্ণমালার জন্য, প্রতিটি প্রতীক এন = লগ 2 এম বিটকে উপস্থাপন করে। এন হল বিট/প্রতীক বা বি. পি. সি. ইউ-তে পরিমাপ করা মড্যুলেশন দক্ষতা। একটি বেসব্যান্ড ব্যান্ডউইথ (বা উপরের কাট-অফ ফ্রিকোয়েন্সি) বি সহ বেসব্যান্ড ট্রান্সমিশনের (লাইন কোডিং বা পালস-প্রশস্ততা মড্যুলেশন) ক্ষেত্রে, আন্তঃ-প্রতীকী হস্তক্ষেপ এড়াতে প্রতীকের হার 2বি চিহ্ন/সেকেন্ড অতিক্রম করতে পারে না। সুতরাং, বেসব্যান্ড ট্রান্সমিশনের ক্ষেত্রে বর্ণালী দক্ষতা 2N (বিট/সেকেন্ড)/Hz অতিক্রম করতে পারে না। পাসব্যান্ড ট্রান্সমিশনের ক্ষেত্রে, পাসব্যান্ড ব্যান্ডউইথ ডাব্লু সহ একটি সংকেতকে সমতুল্য বেসব্যান্ড সংকেতে রূপান্তরিত করা যেতে পারে (আন্ডারস্যাম্পলিং বা সুপারহেটেরোডাইন রিসিভার ব্যবহার করে), উপরের কাট-অফ ফ্রিকোয়েন্সি ডাব্লু/2 সহ। যদি কিউ. এ. এম, এ. এস. কে, পি. এস. কে বা ও. এফ. ডি. এম-এর মতো ডাবল-সাইডব্যান্ড মড্যুলেশন স্কিমগুলি ব্যবহার করা হয়, তবে এর ফলে ডাব্লু প্রতীক/এস-এর সর্বাধিক প্রতীকের হার হয় এবং এতে মড্যুলেশন দক্ষতা এন (বিট/এস)/হার্জ অতিক্রম করতে পারে না। যদি ডিজিটাল একক-সাইডব্যান্ড মড্যুলেশন ব্যবহার করা হয়, ব্যান্ডউইথ W সহ পাসব্যান্ড সংকেতটি বেসব্যান্ড ব্যান্ডউইথ W সহ একটি বেসব্যান্ড বার্তা সংকেতের সাথে মিলে যায়, যার ফলে সর্বাধিক প্রতীকের হার 2W এবং 2N (বিট/s)/Hz এর অর্জনযোগ্য মড্যুলেশন দক্ষতা হয়। উদাহরণ 3: একটি 16কিউএএম মডেমে বর্ণমালার আকার এম = 16 বিকল্প চিহ্ন থাকে, যার মধ্যে এন = 4 বিট/প্রতীক বা বিপিসিইউ থাকে। যেহেতু কিউএএম ডাবল সাইডব্যান্ড পাসব্যান্ড ট্রান্সমিশনের একটি রূপ, তাই বর্ণালী দক্ষতা এন = 4 (বিট/এস)/এইচজেড অতিক্রম করতে পারে না। উদাহরণ 4: এটিএসসি ডিজিটাল টেলিভিশন স্ট্যান্ডার্ডে ব্যবহৃত 8ভিএসবি (8-স্তরের ভেস্টিজিয়াল সাইডব্যান্ড) মড্যুলেশন স্কিম এন = 3 বিট/প্রতীক বা বিপিসিইউ দেয়। যেহেতু এটি প্রায় একক-পার্শ্ব ব্যান্ড হিসাবে বর্ণনা করা যেতে পারে, তাই মড্যুলেশন দক্ষতা 2N = 6 (বিট/সেকেন্ড)/Hz এর কাছাকাছি। বাস্তবে, এটিএসসি একটি 6 মেগাহার্টজ প্রশস্ত চ্যানেলে 32 এমবিট/সেকেন্ডের মোট বিট হার স্থানান্তর করে, যার ফলে 32/6 = 5.3 (বিট/সেকেন্ড)/হার্জ এর মড্যুলেশন দক্ষতা হয়। উদাহরণ 5: একটি ভি. 92 মডেমের ডাউনলিঙ্ক 128 সংকেত স্তর সহ একটি পালস-প্রশস্ততা মড্যুলেশন ব্যবহার করে, যার ফলে এন = 7 বিট/প্রতীক হয়। যেহেতু পাসব্যান্ড ফিল্টারিংয়ের আগে প্রেরিত সংকেতকে বেসব্যান্ড সংক্রমণ হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে, তাই পূর্ণ বেসব্যান্ড চ্যানেলে (0 থেকে 4 কিলোহার্জ) বর্ণালী দক্ষতা 2N = 14 (বিট/সেকেন্ড)/Hz অতিক্রম করতে পারে না। উপরে যেমন দেখা গেছে, একটি উচ্চতর বর্ণালী দক্ষতা অর্জন করা হয় যদি আমরা ছোট পাসব্যান্ড ব্যান্ডউইথ বিবেচনা করি। যদি একটি ফরওয়ার্ড ত্রুটি সংশোধন কোড ব্যবহার করা হয়, তবে বর্ণালী দক্ষতা আনকোডেড মড্যুলেশন দক্ষতা চিত্র থেকে হ্রাস পায়। উদাহরণ 6: যদি একটি ফরওয়ার্ড এরর করেকশন (এফইসি) কোড যোগ করা হয়, যার অর্থ এনকোডার ইনপুট বিটের হার এনকোডার আউটপুট হারের অর্ধেক হয়, তবে বর্ণালী দক্ষতা মড্যুলেশন দক্ষতার 50 শতাংশ। বর্ণালী দক্ষতার এই হ্রাসের বিনিময়ে, এফইসি সাধারণত বিট-ত্রুটির হার হ্রাস করে এবং সাধারণত কম সংকেত-থেকে-শব্দ অনুপাতে (এসএনআর) অপারেশন সক্ষম করে। একটি নির্দিষ্ট এস. এন. আর সহ একটি চ্যানেলে বিট ত্রুটি ছাড়াই সম্ভাব্য বর্ণালী দক্ষতার জন্য একটি উচ্চ সীমা, যদি আদর্শ ত্রুটি কোডিং এবং মড্যুলেশন অনুমান করা হয়, শ্যানন-হার্টলি উপপাদ্য দ্বারা দেওয়া হয়। উদাহরণ 7: যদি এসএনআর 1 হয়, 0 ডেসিবেলের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হয়, তবে শ্যানন-হার্টলি অনুসারে ত্রুটি-মুক্ত সনাক্তকরণের জন্য লিঙ্ক বর্ণালী দক্ষতা 1 (বিট/সেকেন্ড)/হার্জ অতিক্রম করতে পারে না (একটি আদর্শ ত্রুটি-সংশোধন কোড ধরে নিয়ে) মড্যুলেশন এবং কোডিং নির্বিশেষে। লক্ষ্য করুন যে, প্যাকেট পুনঃপ্রসারণ, উচ্চতর প্রটোকল স্তর ওভারহেড, প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ, যানজট এড়ানো ইত্যাদির কারণে গুডপুট (অ্যাপ্লিকেশন স্তরের দরকারী তথ্যের পরিমাণ) সাধারণত উপরের গণনায় ব্যবহৃত সর্বাধিক থ্রুপুটের চেয়ে কম হয়। অন্যদিকে, একটি ডেটা কম্প্রেশন স্কিম, যেমন টেলিফোন মডেমে ব্যবহৃত ভি. 44 বা V.42bis কম্প্রেশন, যদি স্থানান্তরিত ডেটা ইতিমধ্যে দক্ষতার সাথে সংকুচিত না হয় তবে উচ্চতর ভাল আউটপুট দিতে পারে। একটি বেতার টেলিফোনি সংযোগের সংযোগ বর্ণালী দক্ষতা প্রতি মেগাহার্টজ বা ই/মেগাহার্টজ-এ 1 মেগাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সি বর্ণালীর উপর একযোগে সর্বাধিক সংখ্যক কল হিসাবেও প্রকাশ করা যেতে পারে। এই পরিমাপটি সোর্স কোডিং (ডেটা কম্প্রেশন) স্কিম দ্বারাও প্রভাবিত হয়। এটি এনালগের পাশাপাশি ডিজিটাল ট্রান্সমিশনেও প্রয়োগ করা যেতে পারে। বেতার নেটওয়ার্কগুলিতে, সংযোগ বর্ণালী দক্ষতা কিছুটা বিভ্রান্তিকর হতে পারে, কারণ বৃহত্তর মানগুলি তাদের রেডিও বর্ণালীর সামগ্রিক ব্যবহারে অগত্যা আরও দক্ষ নয়। একটি বেতার নেটওয়ার্কে, উচ্চ সংযোগ বর্ণালী দক্ষতার ফলে সহ-চ্যানেল হস্তক্ষেপের (ক্রসস্টক) প্রতি উচ্চ সংবেদনশীলতা হতে পারে, যা ক্ষমতাকে প্রভাবিত করে। উদাহরণস্বরূপ, ফ্রিকোয়েন্সি পুনঃব্যবহার সহ একটি সেলুলার টেলিফোন নেটওয়ার্কে, স্পেকট্রাম স্প্রেডিং এবং ফরওয়ার্ড ত্রুটি সংশোধন (বিট/সেকেন্ড)/হার্জ-এ বর্ণালী দক্ষতা হ্রাস করে তবে নন-স্প্রেড স্পেকট্রাম কৌশলগুলির তুলনায় প্রয়োজনীয় সংকেত-থেকে-শব্দ অনুপাতকে যথেষ্ট পরিমাণে হ্রাস করে। এটি অনেক ঘন ভৌগোলিক ফ্রিকোয়েন্সি পুনর্ব্যবহারের অনুমতি দিতে পারে যা নিম্ন লিঙ্ক বর্ণালী দক্ষতার জন্য ক্ষতিপূরণ দেয়, যার ফলে একই সংখ্যক বেস স্টেশন ট্রান্সমিটার ব্যবহার করে একই ব্যান্ডউইথের উপর প্রায় একই ক্ষমতা (একই সংখ্যক একযোগে ফোন কল) হয়। নীচে যেমন আলোচনা করা হয়েছে, বেতার নেটওয়ার্কের জন্য আরও প্রাসঙ্গিক পরিমাপ হবে প্রতি একক এলাকায় বিট/সেকেন্ড/হার্জ-এ সিস্টেম বর্ণালী দক্ষতা। যাইহোক, টেলিফোন লাইন এবং কেবল টিভি নেটওয়ার্কের মতো বন্ধ যোগাযোগ সংযোগগুলিতে এবং শব্দ-সীমিত বেতার যোগাযোগ ব্যবস্থায় যেখানে সহ-চ্যানেল হস্তক্ষেপ কোনও কারণ নয়, উপলব্ধ এসএনআর দ্বারা সমর্থিত হতে পারে এমন বৃহত্তম লিঙ্ক বর্ণালী দক্ষতা সাধারণত ব্যবহৃত হয়। সিস্টেম বর্ণালী দক্ষতা বা এলাকা বর্ণালী দক্ষতা ডিজিটাল বেতার নেটওয়ার্কে, সিস্টেম বর্ণালী দক্ষতা বা এলাকা বর্ণালী দক্ষতা সাধারণত পরিমাপ করা হয় (বিট/সেকেন্ড)/Hz প্রতি একক এলাকা, (বিট/সেকেন্ড)/Hz প্রতি কোষ, বা (বিট/সেকেন্ড)/Hz প্রতি সাইট। এটি ব্যবহারকারী বা পরিষেবার পরিমাণের একটি পরিমাপ যা একটি নির্দিষ্ট ভৌগলিক অঞ্চলে সীমিত রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডউইথ দ্বারা একযোগে সমর্থিত হতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, এটিকে সর্বাধিক সমষ্টিগত থ্রুপুট বা গুডপুট হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা যেতে পারে, অর্থাৎ। চ্যানেলের ব্যান্ডউইথ এবং আচ্ছাদিত এলাকা বা বেস স্টেশন সাইটের সংখ্যা দ্বারা বিভক্ত, সিস্টেমের সমস্ত ব্যবহারকারীদের উপর সংক্ষিপ্তসার। এই পরিমাপ শুধুমাত্র একক-ব্যবহারকারী সংক্রমণ কৌশল দ্বারা প্রভাবিত হয় না, বরং একাধিক অ্যাক্সেস স্কিম এবং ব্যবহৃত রেডিও রিসোর্স ম্যানেজমেন্ট কৌশল দ্বারাও প্রভাবিত হয়। গতিশীল বেতার সম্পদ ব্যবস্থাপনার মাধ্যমে এটির যথেষ্ট উন্নতি করা যেতে পারে। যদি এটি সর্বাধিক ভাল উৎপাদনের পরিমাপ হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়, তবে সহ-চ্যানেল হস্তক্ষেপ এবং সংঘর্ষের কারণে পুনঃপ্রসারণ বাদ দেওয়া হয়। উচ্চ-স্তরের প্রোটোকল ওভারহেড (মিডিয়া অ্যাক্সেস কন্ট্রোল সাবলেয়ারের উপরে) সাধারণত অবহেলিত থাকে। উদাহরণ 8: ফ্রিকোয়েন্সি-ডিভিশন মাল্টিপল অ্যাক্সেস (এফ. ডি. এম. এ)-এর উপর ভিত্তি করে একটি সেলুলার সিস্টেমে একটি নির্দিষ্ট চ্যানেল বরাদ্দ (এফ. সি. এ) সেলপ্ল্যান 1/4 ফ্রিকোয়েন্সি পুনঃব্যবহার ফ্যাক্টর ব্যবহার করে, প্রতিটি বেস স্টেশনের মোট উপলব্ধ ফ্রিকোয়েন্সি বর্ণালীর 1/4 অ্যাক্সেস রয়েছে। সুতরাং, প্রতি সাইটে (বিট/সেকেন্ড)/হার্জ-এ সর্বাধিক সম্ভাব্য সিস্টেম বর্ণালী দক্ষতা লিঙ্ক বর্ণালী দক্ষতার 1/4 হয়। প্রতিটি বেস স্টেশনকে 3টি সেক্টর অ্যান্টেনার মাধ্যমে 3টি কোষে ভাগ করা যেতে পারে, যা 4/12 পুনঃব্যবহার প্যাটার্ন নামেও পরিচিত। তারপর প্রতিটি কোষের উপলব্ধ বর্ণালীর 1/12-এ প্রবেশাধিকার থাকে এবং প্রতি কোষে (বিট/সেকেন্ড)/Hz অথবা প্রতি সেক্টরে (বিট/সেকেন্ড)/Hz-এ সিস্টেম বর্ণালী দক্ষতা লিঙ্ক বর্ণালী দক্ষতার 1/12 হয়। একটি সেলুলার নেটওয়ার্কের সিস্টেম স্পেকট্রাল দক্ষতা প্রতি সেল প্রতি ই/মেগাহার্টজ, প্রতি সেক্টরে ই/মেগাহার্টজ, প্রতি সাইটে ই/মেগাহার্টজ, বা (ই/মেগাহার্টজ)/এম 2-এ 1 মেগাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সি স্পেকট্রামে প্রতি এলাকা ইউনিটে একযোগে ফোন কলের সর্বাধিক সংখ্যা হিসাবেও প্রকাশ করা যেতে পারে। এই পরিমাপটি সোর্স কোডিং (ডেটা কম্প্রেশন) স্কিম দ্বারাও প্রভাবিত হয়। এটি এনালগ সেলুলার নেটওয়ার্কেও ব্যবহার করা যেতে পারে। (বিট/সেকেন্ড)/হার্জ-এ নিম্ন সংযোগ বর্ণালী দক্ষতার অর্থ এই নয় যে একটি এনকোডিং স্কিম সিস্টেম বর্ণালী দক্ষতার দৃষ্টিকোণ থেকে অকার্যকর। উদাহরণস্বরূপ, কোড ডিভিশন মাল্টিপ্লেক্সড অ্যাক্সেস (সিডিএমএ) স্প্রেড স্পেকট্রাম বিবেচনা করুন, যা একক চ্যানেল বা একক ব্যবহারকারীর কথা বিবেচনা করার সময় বিশেষভাবে বর্ণালী-দক্ষ এনকোডিং স্কিম নয়। যাইহোক, একজন একই ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে একাধিক চ্যানেল "স্তর" করতে পারে তার মানে হল যে একটি মাল্টি-চ্যানেল সিডিএমএ সিস্টেমের জন্য সিস্টেম বর্ণালী ব্যবহার খুব ভাল হতে পারে। উদাহরণ 9: ডাব্লু-সিডিএমএ থ্রিজি সেলুলার সিস্টেমে, প্রতিটি ফোন কল সর্বাধিক 8,500 বিট/সেকেন্ডে (দরকারী বিটরেট) সংকুচিত হয় এবং 5 মেগাহার্টজ প্রশস্ত ফ্রিকোয়েন্সি চ্যানেলে ছড়িয়ে পড়ে। এটি শুধুমাত্র 8,500/5,000,000 = 0.0017 (বিট/s)/Hz-এর একটি লিঙ্ক থ্রুপুটের সাথে মিলে যায়। ধরা যাক, একই কোষে 100টি একযোগে (নীরব নয়) কল করা সম্ভব। স্প্রেড স্পেকট্রাম 1 এর মতো কম ফ্রিকোয়েন্সি পুনঃব্যবহার ফ্যাক্টর থাকা সম্ভব করে তোলে, যদি প্রতিটি বেস স্টেশনকে 3 টি দিকনির্দেশক সেক্টর অ্যান্টেনার মাধ্যমে 3 টি কোষে বিভক্ত করা হয়। এটি প্রতি সাইটে 1 × 100 × 0.0017 = 0.17 (বিট/সেকেন্ড)/Hz এবং প্রতি সেল বা সেক্টরে 0.17/3 = 0.06 (বিট/সেকেন্ড)/Hz এর বেশি সিস্টেম বর্ণালী দক্ষতার সাথে মিলে যায়। দক্ষ স্থির বা গতিশীল চ্যানেল বরাদ্দ, শক্তি নিয়ন্ত্রণ, সংযোগ অভিযোজন এবং বৈচিত্র্য প্রকল্পের মতো রেডিও সম্পদ পরিচালনার কৌশল দ্বারা বর্ণালী দক্ষতা উন্নত করা যেতে পারে। একটি সম্মিলিত ন্যায্যতা পরিমাপ এবং সিস্টেম বর্ণালী দক্ষতা পরিমাপ মোটামুটিভাবে ভাগ করা বর্ণালী দক্ষতা। কিছু সাধারণ যোগাযোগ ব্যবস্থার পূর্বাভাসকৃত সংখ্যাসূচক বর্ণালী দক্ষতার মানগুলির উদাহরণ নীচের সারণিতে পাওয়া যাবে। এই ফলাফলগুলি সমস্ত ব্যবস্থায় অর্জন করা যাবে না। ট্রান্সমিটার থেকে যারা দূরে থাকবেন তারা এই পারফরম্যান্স পাবেন না। এন/এ মানে প্রযোজ্য নয়। আরও দেখুন বাউড সিডিএমএ বর্ণালী দক্ষতা চ্যানেল ক্ষমতা মোবাইল ফোনের মানগুলির তুলনা কুপারের আইন গুডপুট নেটওয়ার্ক থ্রুপুট অর্ডার অফ ম্যাগনিটিউড (বিট রেট) রেডিও রিসোর্স ম্যানেজমেন্ট (আরআরএম) স্থানিক ক্ষমতা রেফারেন্স নেটওয়ার্ক পারফরম্যান্স ওয়্যারলেস নেটওয়ার্কিং তথ্য তত্ত্ব টেলিযোগাযোগ তত্ত্ব রেডিও রিসোর্স ম্যানেজমেন্ট