विद्युत क्षेत्र मॉड्यूलेशन: ब्लूटूथ के विकल्प पर 2023 का शोध

ब्लूटूथ का इस्तेमाल दशकों से फोन, कार और स्पीकर में होता आया है। यह लेख 2023 में प्रस्तुत एक नई तकनीक पर चर्चा करता है, जिसे ससेक्स विश्वविद्यालय के शोधकर्ता विकसित कर रहे थे। विद्युत क्षेत्र मॉड्यूलेशन बहुत कम दूरी के संचार में ऊर्जा बचाने और छोटे परिपथ बनाने में मदद कर सकता है।

ब्लूटूथ को समझना

पहले ब्लूटूथ के काम करने का तरीका समझते हैं।

ब्लूटूथ क्या है?

ब्लूटूथ कम दूरी पर डेटा साझा करने की वायरलेस तकनीक है। इसका नाम दसवीं सदी के राजा हेराल्ड ब्लूटूथ के नाम पर रखा गया, जिन्होंने डेनमार्क और नॉर्वे को एक किया था। यह अलग-अलग उपकरणों को जोड़ने के उद्देश्य का प्रतीक है।

Ericsson (ERIC ), एक स्वीडिश दूरसंचार कंपनी, ने 1994 में RS-232 डेटा केबल के विकल्प के रूप में इसका विकास शुरू किया। पहला ब्लूटूथ विनिर्देश 1999 में जारी हुआ।

शुरुआती संस्करणों में उपकरणों की परस्पर संगतता संबंधी समस्याएँ थीं। फिर भी ब्लूटूथ 2010 से पहले ही व्यापक रूप से इस्तेमाल होता था। उस वर्ष आए संस्करण 4.0 में Bluetooth Low Energy जोड़ा गया, जिससे खासकर कम बिजली वाले अनुप्रयोगों का विस्तार हुआ।

ब्लूटूथ से फाइलें और ऑडियो भेजे जाते हैं तथा इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) उपकरण जुड़ते हैं। पेयरिंग और कनेक्शन में समस्याएँ हो सकती हैं। बिजली की खपत संस्करण, उपयोग और संचालन के तरीके पर निर्भर करती है।

Wi-Fi Direct और NFC गति, दूरी और ऊर्जा की अलग-अलग जरूरतें पूरी करते हैं। विद्युत क्षेत्र मॉड्यूलेशन पास-पास रखे उपकरणों के लिए एक शोध दिशा है। इससे सभी उपयोगों में ब्लूटूथ का विकल्प तैयार हो जाना सिद्ध नहीं होता।

यह कैसे काम करता है?  इलेक्ट्रोमैग्नेटिक मॉड्यूलेशन

मॉड्यूलेशन में संकेत बदलकर सूचना कूटबद्ध की जाती है। ब्लूटूथ 2.4 GHz के ISM बैंड में रेडियो तरंगें इस्तेमाल करता है।

नीचे मॉड्यूलेशन के तीन सामान्य रूप दिए गए हैं। ब्लूटूथ इन तीनों को अलग-अलग प्रसारण विधियों के रूप में इस्तेमाल नहीं करता:

1. ऐम्प्लीट्यूड मॉड्यूलेशन (AM): तरंग का आयाम बदलना।
2. फ़्रीक्वेंसी मॉड्यूलेशन (FM): तरंग की आवृत्ति बदलना।
3. फ़ेज़ मॉड्यूलेशन (PM): तरंग का फेज़ बदलना।

ब्लूटूथ में विशेष रूप से:

• गॉसियन फ़्रीक्वेंसी-शिफ्ट कीइंग (GFSK): आवृत्ति में बदलाव से डिजिटल डेटा कूटबद्ध होता है। Bluetooth Basic Rate और Bluetooth Low Energy में GFSK इस्तेमाल होता है।
• उन्नत डेटा दर (EDR): इसे Bluetooth 2.0 में पेश किया गया था। पैकेट हेडर में GFSK और पेलोड में π/4-DQPSK या 8DPSK फेज़ मॉड्यूलेशन इस्तेमाल होता है, जिससे डेटा दर बढ़ती है।
• फ़्रीक्वेंसी हॉपिंग: प्रेषक और प्राप्तकर्ता समन्वित तरीके से चैनल बदलते हैं। इससे हस्तक्षेप और सिग्नल फेडिंग का असर घटता है। सुरक्षा के लिए अलग प्रमाणीकरण और एन्क्रिप्शन तंत्र आवश्यक हैं।

इस प्रकार ब्लूटूथ संचालन के तरीके के अनुसार आवृत्ति या फेज़ मॉड्यूलेशन से डेटा भेजता है। चैनल बदलने से हस्तक्षेप सहने की क्षमता बढ़ती है।

इलेक्ट्रिक फ़ील्ड मॉड्यूलेशन को समझना

इस पृष्ठभूमि के साथ विद्युत क्षेत्र आधारित तरीके और उसके संभावित उपयोग समझे जा सकते हैं।

इलेक्ट्रिक फ़ील्ड मॉड्यूलेशन क्या है?

विद्युत क्षेत्र मॉड्यूलेशन बहुत कम दूरी पर वायरलेस डेटा भेजने का एक अलग तरीका तलाशता है।

ससेक्स के शोधकर्ताओं, जिनमें प्रोफेसर रॉबर्ट प्रांस और डैनियल रोगन शामिल हैं, ने इसे पास-पास के उपकरणों के लिए संभावित कम ऊर्जा वाली कड़ी के रूप में प्रस्तुत किया। यह सामान्य विकिरित रेडियो लिंक के बजाय विद्युत क्षेत्र कपलिंग इस्तेमाल करता है। यह भी विद्युतचुंबकीय भौतिकी का हिस्सा है, उससे बाहर की घटना नहीं।

विद्युत क्षेत्र को नियंत्रित ढंग से बदलने पर पास के परिपथ डेटा साझा कर सकते हैं। मूल लेख के अनुसार प्रोटोटाइप 16 kHz की सैंपल दर पर 8-बिट मोनो ऑडियो, यानी 128 kbps, भेजता था। उसमें बिट त्रुटि अनुपात (BER) 50 cm पर 10^−6.7 से कम और 75 cm पर 10⁻⁴ से कम बताया गया था। ये उस खास परीक्षण व्यवस्था के रिपोर्ट किए गए परिणाम हैं, हर उपकरण के लिए गारंटी नहीं।

कम दूरी की सीमा पहनने योग्य और व्यक्तिगत उपकरणों के अनुकूल हो सकती है, जो पास-पास इस्तेमाल होते हैं। शोधकर्ताओं का अनुमान है कि कम ऊर्जा वाली संचार कड़ी बैटरी का समय बढ़ा सकती है।

टीम ने संपर्क के नए तरीकों का सुझाव भी दिया:

ससेक्स की घोषणा में हाथ मिलाकर संपर्क विवरण साझा करना और हैंडल छूकर दरवाजा खोलना संभावित उपयोगों के उदाहरण हैं।

ये विचार दैनिक क्रियाओं को डेटा संचार से जोड़ते हैं और उपयुक्त उपकरणों की जरूरत होती है।

संभावित लाभ

ससेक्स में इंजीनियरिंग और डिजाइन के प्रोफेसर डैनियल रोगन ने बताया:

पास के उपकरणों के बीच विद्युत क्षेत्र कपलिंग से ऊर्जा की खपत कम हो सकती है और घर के उपकरणों से संवाद के नए तरीके बन सकते हैं।

लागत और परिपथ का आकार तकनीक के व्यापक उपयोग को प्रभावित करते हैं। रोगन ने अनुमान लगाया:

बड़े पैमाने पर उत्पादन होने पर समाधान को एक चिप में समाहित किया जा सकता है, जिसकी लागत प्रति उपकरण कुछ ब्रिटिश पेंस हो सकती है।

संभावित लाभ मुख्यतः बहुत कम दूरी की कड़ियों के लिए हैं। लागत, बिजली की खपत और उपयोग में आसानी का मूल्यांकन हर अनुप्रयोग के लिए अलग करना होगा। नवंबर 2023 में विश्वविद्यालय तकनीक को और छोटा बनाने के लिए औद्योगिक साझेदार तलाश रहा था।

छोटी चिप में समाहित होने की संभावना इसे पहनने योग्य उपकरणों और स्मार्ट होम उत्पादों के लिए दिलचस्प बनाती है। इससे ब्लूटूथ पर सार्वभौमिक श्रेष्ठता या व्यावसायिक तैयारी सिद्ध नहीं होती।

संभावित अनुप्रयोग

संभावित उपयोगों में शामिल हैं:

• पहनने योग्य उपकरण: फिटनेस ट्रैकर और स्मार्टवॉच पास के फोन से कम ऊर्जा में संवाद कर सकते हैं।
• स्मार्ट होम नियंत्रण: रोशनी या थर्मोस्टैट छूकर नियंत्रित किए जा सकते हैं।
• सामाजिक और पेशेवर संपर्क: संपर्क विवरण या प्रोफाइल हाथ मिलाकर साझा किए जा सकते हैं।
• सुरक्षा संबंधी उपयोग: दरवाजे का हैंडल छूने से बिना भौतिक चाबी के प्रवेश सक्रिय हो सकता है। सुरक्षित प्रवेश के लिए फिर भी प्रमाणीकरण जरूरी है।

ये प्रस्तावित उपयोग शारीरिक क्रियाओं और डेटा संचार को जोड़ते हैं।

उद्योग की कंपनियाँ

यहाँ यह पुष्टि नहीं की गई है कि नीचे की कंपनियाँ ससेक्स की यही तकनीक अपना रही हैं। ये वायरलेस कनेक्टिविटी क्षेत्र में काम करने वाली कंपनियों के उदाहरण हैं।

*तालिकाओं में 2023 के लेख के ऐतिहासिक आँकड़े रखे गए हैं, वर्तमान मूल्यांकन नहीं। बाजार पूंजीकरण और EPS अमेरिकी डॉलर में हैं। Broadcom के प्रति शेयर आँकड़े जुलाई 2024 के 10:1 शेयर विभाजन से पहले के हैं। Intel का अनुमानित P/E और ऐतिहासिक EPS अलग अवधियों से संबंधित हैं।*

1.  NXP Semiconductors

NXP Semiconductors (VNX.DE ) (NXPI ), एक डच सेमीकंडक्टर निर्माता, वायरलेस संचार के लिए व्यापक उत्पाद देता है। इनमें वाहन, IoT और स्मार्ट होम के लिए Bluetooth Low Energy, Wi-Fi, NFC और Ultra-Wideband शामिल हैं। तकनीक सटीक स्थिति निर्धारण, वायरलेस नियंत्रण और Matter जैसे कनेक्टिविटी मानकों को समर्थन देती है। NXP ने 2019 में Marvell का वायरलेस कारोबार खरीदा था। उसके समाधान औद्योगिक IoT, चिकित्सा और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में इस्तेमाल होते हैं।

2.  Broadcom Inc.

AVGO मूल्य चार्ट

Broadcom Inc. (AVGO ) एक बहुराष्ट्रीय सेमीकंडक्टर और इंफ्रास्ट्रक्चर सॉफ्टवेयर कंपनी है। यह वायर्ड और वायरलेस संचार, उद्यम डेटा भंडारण तथा औद्योगिक बाजारों को सेवा देती है। उत्पादों में डिजिटल और मिश्रित-सिग्नल CMOS परिपथ, एनालॉग III-V उत्पाद, स्टोरेज अडैप्टर और कंट्रोलर शामिल हैं। इसके दो मुख्य खंड सेमीकंडक्टर समाधान और इंफ्रास्ट्रक्चर सॉफ्टवेयर हैं। यह वायरलेस संचार के पुर्जे भी देती है।

3.  Intel Corporation

INTC मूल्य चार्ट

Intel (INTC ) Corporation 1968 में स्थापित अमेरिकी सेमीकंडक्टर निर्माता है। Intel ने SRAM और DRAM मेमोरी के विकास में योगदान दिया और 1971 में पहला व्यावसायिक रूप से उपलब्ध माइक्रोप्रोसेसर, 4004, पेश किया। 1980 के दशक में पर्सनल कंप्यूटर के प्रसार से माइक्रोप्रोसेसर पर उसका ध्यान बढ़ा। 2023 के ऐतिहासिक विवरण में उसके कारोबार में प्रोसेसर, चिपसेट, नेटवर्क कंट्रोलर और ग्राफिक्स चिप शामिल थे। AMD समेत प्रतिस्पर्धियों ने उसकी बाजार हिस्सेदारी को प्रभावित किया और सेमीकंडक्टर क्षेत्र के भीतर रणनीतिक बदलावों को प्रेरित किया।

अन्य सूचीबद्ध कंपनियाँ

निम्नलिखित सार्वजनिक रूप से सूचीबद्ध कंपनियाँ भी संबंधित तकनीकी क्षेत्रों में काम करती हैं:

अंतिम विचार

विद्युत क्षेत्र मॉड्यूलेशन बहुत कम दूरी के संचार के लिए दिलचस्प शोध दिशा है। ससेक्स की टीम कम बिजली की खपत और संवाद के नए तरीके विकसित करना चाहती है। ब्लूटूथ अभी भी अनेक उपकरणों और उपयोगों की जरूरत पूरी करता है।

आगे का विकास और उत्पादों में समावेश दिखाएगा कि यह तरीका कहाँ व्यावहारिक लाभ देता है। 2023 की घोषणा विकास की संभावना प्रस्तुत करती है, ब्लूटूथ का तैयार विकल्प नहीं।