Communication System

যেকোনো সঞ্চার ব্যবস্থার প্রধান উদ্দেশ্য হলো তথ্য বা বার্তাকে তথ্য-উৎস থেকে ব্যবহারকারীর কাছে বিশ্বস্তভাবে পৌঁছানো। একটি সাধারণ যোগাযোগ ব্যবস্থা মূলত তিনটি অপরিহার্য অংশ নিয়ে গঠিত:

• তথ্য-উৎস ও ইনপুট ট্রান্সডিউসার (Information Source & Transducer): মানুষের কণ্ঠস্বর, সঙ্গীত বা চিত্র সরাসরি বিদ্যুৎ সংকেত নয়। ট্রান্সডিউসার হলো এমন একটি ডিভাইস যা কোনো প্রাকৃতিক অ-বৈদ্যুতিক সংকেতকে (যেমন শব্দ বা চাপ) সমতুল্য বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তরিত করে (যেমন মাইক্রোফোন)।
• প্রেরক বা ট্রান্সমিটার (Transmitter): এটি ইনপুট সংকেতকে পরিবর্ধন (amplification) করে, প্রয়োজনবোধে বাহক তরঙ্গের উপর মড্যুলেট করে উপযুক্ত ফ্রিকোয়েন্সিতে উন্নীত করে অ্যান্টেনার মাধ্যমে চ্যানেলে প্রেরণ করে।
• সঞ্চার চ্যানেল বা মাধ্যম (Communication Channel): যে ভৌতিক মাধ্যমের মধ্য দিয়ে তথ্য সংকেত প্রেরক থেকে গ্রাহকে পৌঁছায়। চ্যানেল মূলত দু-প্রকার: তারযুক্ত বা গাইডেড মাধ্যম (যেমন তামার তার, কো-অ্যাক্সিয়াল কেবল, অপটিক্যাল ফাইবার) এবং তারবিহীন বা স্পেস চ্যানেল (মুক্ত আকাশ ও বায়ুমণ্ডল)।
• গোলযোগ বা নয়েজ (Noise): চ্যানেলে সঞ্চালনের সময় অনিচ্ছাকৃত যে অবাঞ্ছিত বৈদ্যুতিক সংকেত মূল সিগন্যালের সাথে যুক্ত হয়ে তার মান বিকৃত করে, তাকে নয়েজ বলে (যেমন বায়ুমণ্ডলীয় তড়িৎক্ষরণ, তাপীয় আলোড়নজনিত জনসন নয়েজ)। সিগন্যাল-টু-নয়েজ অনুপাত ($SNR = P_{\text{signal}}/P_{\text{noise}}$) যত বেশি হবে, তথ্য তত স্পষ্ট হবে।
• গ্রাহক বা রিসিভার (Receiver): চ্যানেল থেকে দুর্বল ও গোলযোগমিশ্রিত সংকেত গ্রহণ করে তা থেকে নয়েজ বাদ দেয়, সংকেত পরিবর্ধন করে এবং ডিমড্যুলেশনের মাধ্যমে মূল তথ্য সংকেত পুনরুদ্ধার করে।
• আউটপুট ট্রান্সডিউসার (Output Transducer): বৈদ্যুতিক সংকেতকে পুনরায় মূল ব্যবহারযোগ্য অ-বৈদ্যুতিক প্রাকৃতিক রূপে (শব্দ, দৃশ্য) রূপান্তরিত করে (যেমন লাউডস্পিকার, মনিটর স্ক্রিন)।

ব্যান্ডপ্রস্থ হলো কোনো বার্তা সংকেতের উপস্থিত সর্বোচ্চ কম্পাঙ্ক ($f_{\text{max}}$) এবং সর্বনিম্ন কম্পাঙ্কের ($f_{\text{min}}$) মধ্যবর্তী ব্যবধান: $\text{ব্যান্ডপ্রস্থ} = f_{\text{max}} - f_{\text{min}}$।

• মানুষের কণ্ঠস্বর (Speech Signal): মানুষের কথা বলার কম্পাঙ্ক বিস্তার $300\text{ Hz}$ থেকে $3100\text{ Hz}$। অতএব বাণিজ্যিক টেলিফোনির জন্য কার্যকর ব্যান্ডপ্রস্থ $= 3100 - 300 = 2800\text{ Hz} = 2.8\text{ kHz}$।
• সঙ্গীত সংকেত (Music Signal): বিভিন্ন বাদ্যযন্ত্রের সূক্ষ্ম সুর ও স্বরগ্রাম ধারণ করতে সম্পূর্ণ শ্রবণযোগ্য সীমা ব্যবহৃত হয়। ব্যান্ডপ্রস্থ প্রায় $20\text{ Hz}$ থেকে $20\text{ kHz} \approx 20\text{ kHz}$।
• টেলিভিশন ভিডিও সংকেত (TV Video Signal): দ্রুত পরিবর্তনশীল ছবির ফ্রেম প্রেরণের জন্য প্রয়োজনীয় ব্যান্ডপ্রস্থ প্রায় $4.2\text{ MHz}$।
• টেলিভিশন চ্যানেল সম্প্রচার (TV Composite Channel): ছবি ($4.2\text{ MHz}$) এবং শব্দ সংকেত ($FM$) মিলিয়ে একটি বাণিজ্যিক টিভি চ্যানেলের মোট নির্ধারিত ব্যান্ডপ্রস্থ হলো $6\text{ MHz}$।

বায়ুমণ্ডলের মধ্য দিয়ে রেডিও তরঙ্গের সঞ্চালন মূলত তিনটি স্বতন্ত্র পদ্ধতিতে সম্পন্ন হয়:

1. ভূতৰঙ্গ বা পৃষ্ঠ তরঙ্গ সঞ্চালন (Ground Wave / Surface Wave): $f < 2\text{ MHz}$ (যেমন AM স্ট্যান্ডার্ড ব্রডকাস্ট)। তরঙ্গটি পৃথিবীর বক্রতা অনুসরণ করে ভূ-পৃষ্ঠ ঘেঁষে অগ্রসর হয়। পৃথিবীর পরিবাহী মাটির সাথে ঘর্ষণের ফলে মাটিতে ঘূর্ণি প্রবাহ বা এডি কারেন্ট (eddy currents) সৃষ্টি হয়, যার ফলে তরঙ্গের তীব্রতা দ্রুত হ্রাস পায়। এছাড়া তরঙ্গের নিচের অংশ মাটির সাথে মিথস্ক্রিয়ায় ধীরগতিসম্পন্ন হওয়ায় তরঙ্গাগ্র সামনের দিকে হেলে পড়ে (wavefront tilt), ফলে শক্তি মাটিতে শোষিত হয়ে যায়। কম্পাঙ্ক বৃদ্ধির সাথে সাথে এই অবক্ষয় মারাত্মক হারে বৃদ্ধি পায়, তাই $2\text{ MHz}$-এর বেশি কম্পাঙ্কে ভূতৰঙ্গ ব্যবহার করা অসম্ভব।
2. আকাশ তরঙ্গ সঞ্চালন (Sky Wave Propagation): $3\text{ MHz} \le f \le 30\text{ MHz}$ (শর্টওয়েভ বা HF ব্যান্ড)। পৃথিবী পৃষ্ঠ থেকে প্রায় $65\text{ km}$ থেকে $400\text{ km}$ উচ্চতায় অবস্থিত আয়নোস্ফিয়ার স্তর থেকে প্রতিসরিত হয়ে পৃথিবীতে ফিরে আসার মাধ্যমে বহু দূরবর্তী স্থানে (আন্তঃমহাদেশীয় যোগাযোগে) তথ্য প্রেরণ করা হয়।
3. স্থান তরঙ্গ সঞ্চালন (Space Wave Propagation): $f > 30\text{ MHz}$ (VHF, UHF, মাইক্রোওয়েভ ব্যান্ড)। এই তরঙ্গগুলি আয়নোস্ফিয়ার ভেদ করে মহাশূন্যে চলে যায়। তাই এদের ক্ষেত্রে ট্রপোস্ফিয়ারিক দৃষ্টিরেখা (LOS - Line of Sight) বরাবর প্রেরক অ্যান্টেনা থেকে সরাসরি গ্রাহক অ্যান্টেনার দিকে সঞ্চালিত হতে হয়। স্যাটেলাইট ও সেলুলার যোগাযোগ এতে পরিচালিত হয়।

সূর্যের অতিবেগুনি ও এক্স-রশ্মির প্রভাবে বায়ুমণ্ডলের গ্যাসীয় অণু ও পরমাণু আয়নিত হয়ে ধনাত্মক আয়ন ও মুক্ত ইলেকট্রনে রূপান্তরিত হয়। উচ্চতা বৃদ্ধির সাথে সাথে মুক্ত ইলেকট্রন ঘনত্ব ($N$) বৃদ্ধি পায়। প্লাজমা তত্ত্ব অনুসারে, $N$ ইলেকট্রন ঘনত্ববিশিষ্ট স্তরের প্রতিসরাঙ্ক হলো: $$n = \sqrt{1 - \frac{81 N}{f^2}}$$ যেখানে $f$ হলো আপতিত রেডিও তরঙ্গের কম্পাঙ্ক। যেহেতু $N > 0$, তাই আয়নোস্ফিয়ারের প্রতিসরাঙ্ক $n < 1$ (লঘুতর মাধ্যম)। তরঙ্গ যখন নিচ থেকে উপরে ওঠে, তখন ক্রমবর্ধমান ইলেকট্রন ঘনত্বের স্তরে প্রবেশের ফলে তা ক্রমাগত অভিলম্ব থেকে দূরে বেঁকে যেতে থাকে (ক্রমিক প্রতিসরণ)। একসময় আপতন কোণ সংকট কোণকে অতিক্রম করলে পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলনের মতো তরঙ্গ ভূ-পৃষ্ঠের দিকে ফিরে আসে।

যেহেতু $30\text{ MHz}$-এর বেশি কম্পাঙ্কের স্থান তরঙ্গ (Space Wave) পৃথিবীর পৃষ্ঠ বাঁকা হওয়ার কারণে ভূপৃষ্ঠ ঘেঁষে যেতে পারে না এবং আয়নোস্ফিয়ার থেকেও প্রতিফলিত হয় না, তাই এদের সঞ্চালন সম্পূর্ণভাবে প্রেরক ও গ্রাহক অ্যান্টেনার মধ্যকার দৃষ্টিরেখা (Line-of-Sight - LOS)-র ওপর নির্ভরশীল।

ধরি, পৃথিবীর ব্যাসার্ধ $R_E \approx 6400\text{ km}$ এবং ভূ-পৃষ্ঠে স্থাপিত একটি ট্রান্সমিটিং অ্যান্টেনার উচ্চতা $h_T$ ($h_T \ll R_E$)। অ্যান্টেনার শীর্ষবিন্দু থেকে অঙ্কিত স্পর্শক পৃথিবীর যে বিন্দুতে স্পর্শ করে, তাকে রেডিও দিগন্ত বলে। পিথাগোরাসের উপপাদ্য প্রয়োগ করে: $$(R_E + h_T)^2 = R_E^2 + d^2 \implies R_E^2 + 2 R_E h_T + h_T^2 = R_E^2 + d^2$$ যেহেতু $h_T \ll R_E$, তাই $h_T^2$ পদটিকে অগ্রাহ্য করলে পাই: $$d = \sqrt{2 R_E h_T}$$ এটিই হলো একটি একক ট্রান্সমিটিং অ্যান্টেনা থেকে সর্বাধিক দৃষ্টিরেখা সম্প্রচার দূরত্ব।

যদি প্রেরক অ্যান্টেনার উচ্চতা $h_T$ এবং গ্রাহক অ্যান্টেনার উচ্চতা $h_R$ হয়, তবে তাদের উভয়ের দৃষ্টিদিগন্তের যোগফলই হবে সর্বোচ্চ দৃষ্টিরেখা সঞ্চালন দূরত্ব: $$d_{\text{max}} = d_T + d_R = \sqrt{2 R_E h_T} + \sqrt{2 R_E h_R}$$

• কভারেজ ক্ষেত্রফল (Coverage Area, $A$): গ্রাহক অ্যান্টেনা ভূ-পৃষ্ঠের সমান উচ্চতায় থাকলে টাওয়ারটির চারিদিকে যে বৃত্তাকার অঞ্চলে টিভি সম্প্রচার পৌঁছাবে তার ক্ষেত্রফল: $$A = \pi d^2 = \pi (2 R_E h_T) = 2 \pi R_E h_T$$ লক্ষ্য করো, কভারেজ ক্ষেত্রফল অ্যান্টেনার উচ্চতার সরাসরি সমানুপাতিক ($A \propto h_T$)।
• আওতাভুক্ত মোট জনসংখ্যা (Population Covered): যদি ওই ভৌগোলিক অঞ্চলের গড় জনসংখ্যা ঘনত্ব $\rho_{\text{pop}}$ (প্রতি বর্গকিমিতে) হয়, তবে মোট সুবিধাভোগী জনসংখ্যা: $$N_{\text{pop}} = A \times \rho_{\text{pop}} = 2 \pi R_E h_T \rho_{\text{pop}}$$

শ্রবণযোগ্য বা অডিও সংকেতের কম্পাঙ্ক অত্যন্ত কম ($20\text{ Hz} - 20\text{ kHz}$)। এই কম কম্পাঙ্কের বার্তা সংকেতকে সরাসরি বিদ্যুৎচুম্বকীয় তরঙ্গরূপে মহাশূন্যে বিকিরণ করা অসম্ভব কেন?

• অ্যান্টেনার আকার (Size of Antenna): কার্যকর বিকিরণের জন্য অ্যান্টেনার ন্যূনতম দৈর্ঘ্য হতে হয় তরঙ্গদৈর্ঘ্যের এক-চতুর্থাংশ ($l \approx \lambda/4$)। যদি $15\text{ kHz}$ অডিও সংকেত পাঠাতে হয়, তবে $\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3 \times 10^8}{15 \times 10^3} = 20,000\text{ m} = 20\text{ km}$। সুতরাং অ্যান্টেনার উচ্চতা হতে হবে $l = \frac{20}{4} = 5\text{ km}$, যা তৈরি ও পরিচালনা করা সম্পূর্ণ অবাস্তব। বিপরীতে $1\text{ MHz}$ বাহক তরঙ্গের ক্ষেত্রে $\lambda = 300\text{ m}$, অ্যান্টেনার আকার মাত্র $75\text{ m}$, যা সহজেই নির্মাণযোগ্য।
• অ্যান্টেনা দ্বারা বিকিরিত কার্যকর ক্ষমতা (Radiated Power): একটি রৈখিক অ্যান্টেনা থেকে বিকিরিত ক্ষমতা তরঙ্গের কম্পাঙ্কের বর্গের সমানুপাতিক ($P \propto \left(\frac{l}{\lambda}\right)^2 \propto f^2$)। কম কম্পাঙ্কের অডিও তরঙ্গের ক্ষেত্রে এই বিকিরিত ক্ষমতা প্রায় শূন্যের কাছাকাছি হয়, ফলে সংকেত সামান্য দূরত্বের পরেই হারিয়ে যায়।
• বিভিন্ন প্রেরকের সংকেতের উপরিপাত রোধ (Mixing of Signals & Multiplexing): সমস্ত মানুষ একই কম্পাঙ্ক পাল্লার ($20\text{ Hz} - 20\text{ kHz}$) মধ্যে কথা বলে। যদি সবাই সরাসরি সংকেত সম্প্রচার করে, তবে বাতাসে সমস্ত বার্তা একে অপরের উপর উপরিপাতিত হয়ে এক অসহ্য কোলাহলে পরিণত হবে। উচ্চ কম্পাঙ্কের ভিন্ন ভিন্ন বাহক তরঙ্গ ব্যবহার করে ফ্রিকোয়েন্সি ডিভিশন মাল্টিপ্লেক্সিং (FDM)-এর সাহায্যে লক্ষ লক্ষ চ্যানেল পৃথক রাখা যায়।

ধরি, বাহক সংকেত (Carrier wave): $c(t) = A_c \sin(\omega_c t)$ এবং বার্তা সংকেত (Modulating signal): $m(t) = A_m \sin(\omega_m t)$, যেখানে $\omega_c \gg \omega_m$।
বিস্তার মড্যুলেশনে বাহক তরঙ্গের তাৎক্ষণিক বিস্তার বার্তা সংকেত অনুযায়ী পরিবর্তিত হয়: $$A(t) = A_c + m(t) = A_c + A_m \sin(\omega_m t) = A_c \left[1 + \frac{A_m}{A_c} \sin(\omega_m t)\right] = A_c [1 + \mu \sin(\omega_m t)]$$ যেখানে $\mu = \frac{A_m}{A_c}$ হলো মড্যুলেশন সূচক (Modulation Index)।
অতএব মড্যুলেটেড তরঙ্গ $s(t) = A(t) \sin(\omega_c t)$: $$s(t) = A_c [1 + \mu \sin(\omega_m t)] \sin(\omega_c t) = A_c \sin(\omega_c t) + \mu A_c \sin(\omega_m t) \sin(\omega_c t)$$ ত্রিকোণমিতিক সূত্র $2 \sin A \sin B = \cos(A - B) - \cos(A + B)$ প্রয়োগ করে পাই: $$s(t) = A_c \sin(\omega_c t) + \frac{\mu A_c}{2} \cos[(\omega_c - \omega_m)t] - \frac{\mu A_c}{2} \cos[(\omega_c + \omega_m)t]$$

এই সমীকরণ থেকে স্পষ্ট যে একটি বিস্তার মড্যুলেটেড তরঙ্গে তিনটি পৃথক কম্পাঙ্ক উপাদান উপস্থিত থাকে:

1. মূল বাহক কম্পাঙ্ক: $\omega_c$ (বিস্তার $A_c$)
2. নিম্ন পার্শ্বব্যান্ড (Lower Side Band - LSB): $\omega_c - \omega_m$ বা $f_c - f_m$ (বিস্তার $\frac{\mu A_c}{2}$)
3. উচ্চ পার্শ্বব্যান্ড (Upper Side Band - USB): $\omega_c + \omega_m$ বা $f_c + f_m$ (বিস্তার $\frac{\mu A_c}{2}$)

চ্যানেল ব্যান্ডপ্রস্থ (Bandwidth): সর্বোচ্চ ও সর্বনিম্ন কম্পাঙ্কের ব্যবধান: $$\text{ব্যান্ডপ্রস্থ (BW)} = (f_c + f_m) - (f_c - f_m) = 2 f_m$$ অর্থাৎ বিস্তার মড্যুলেশনের প্রয়োজনীয় ব্যান্ডপ্রস্থ বার্তা সংকেতের সর্বোচ্চ কম্পাঙ্কের দ্বিগুণ।

$R$ রোধের লোডে বাহক তরঙ্গের ক্ষমতা $P_c = \frac{A_c^2}{2R}$।
প্রতিটি পার্শ্বব্যান্ডের ক্ষমতা $P_{\text{USB}} = P_{\text{LSB}} = \frac{(\mu A_c / 2)^2}{2R} = \frac{\mu^2}{4} \frac{A_c^2}{2R} = \frac{\mu^2}{4} P_c$।
অতএব মোট পার্শ্বব্যান্ডের ক্ষমতা: $P_{\text{SB}} = P_{\text{USB}} + P_{\text{LSB}} = \frac{\mu^2}{2} P_c$।
প্রেরিত মোট ক্ষমতা (Total Transmitted Power): $$P_t = P_c + P_{\text{SB}} = P_c \left(1 + \frac{\mu^2}{2}\right)$$ মড্যুলেশন দক্ষতা (Transmission Efficiency, $\eta$): $$\eta = \frac{\text{পার্শ্বব্যান্ডের মোট ক্ষমতা}}{\text{মোট ক্ষমতা}} = \frac{\frac{\mu^2}{2} P_c}{P_c (1 + \mu^2/2)} = \frac{\mu^2}{2 + \mu^2}$$ শতকরা হিসেবে প্রকাশ করলে: $\eta = \frac{\mu^2}{2 + \mu^2} \times 100\%$। সর্বোচ্চ অবিকৃত মড্যুলেশন সূচক $\mu = 1$ হলে: $$\eta_{\text{max}} = \frac{1^2}{2 + 1^2} = \frac{1}{3} \approx 33.33\%$$ এর অর্থ হলো AM তরঙ্গে মোট ক্ষমতার অন্তত দুই-তৃতীয়াংশ ($66.67\%$) অপচয় হয় তথ্যহীন বাহক তরঙ্গে!

একটি সরল বিস্তার মড্যুলেটেড তরঙ্গ তৈরি করতে একটি অ-রৈখিক ইলেকট্রনিক যন্ত্র (যেমন সেমিকন্ডাক্টর ডায়োড বা FET) এবং একটি ব্যান্ডপাস ফিল্টার (Bandpass Filter) ব্যবহৃত হয়।
ধরি, বার্তা সংকেত $m(t) = A_m \cos(\omega_m t)$ এবং বাহক সংকেত $c(t) = A_c \cos(\omega_c t)$। এদেরকে যোগ করে ইনপুট সংকেত পাওয়া যায়: $$x(t) = m(t) + c(t) = A_m \cos(\omega_m t) + A_c \cos(\omega_c t)$$ অ-রৈখিক স্কয়ার-ল উপাদানের আউটপুট ভোল্টেজ বৈশিষ্ট্য হলো: $$y(t) = B x(t) + C x^2(t)$$ যেখানে $B$ এবং $C$ হলো ধ্রুবক। এখন $x(t)$-এর মান বসিয়ে বর্গ পদটিকে প্রসারিত করলে পাই: $$y(t) = B [A_m \cos(\omega_m t) + A_c \cos(\omega_c t)] + C [A_m^2 \cos^2(\omega_m t) + A_c^2 \cos^2(\omega_c t) + 2 A_m A_c \cos(\omega_m t) \cos(\omega_c t)]$$ ত্রিকোণমিতিক রূপান্তরের মাধ্যমে সমীকরণে নিম্নলিখিত কম্পাঙ্কগুলি পাওয়া যায়:

• ডিসি পদ (dc component) ও মূল কম্পাঙ্কসমূহ: $0, \omega_m, 2\omega_m$
• দ্বিগুণ বাহক কম্পাঙ্ক: $2\omega_c$
• মড্যুলেটেড পদসমূহ: $\omega_c, \omega_c - \omega_m, \omega_c + \omega_m$

এই মিশ্র আউটপুট সংকেতটিকে $\omega_c$ কম্পাঙ্কে কেন্দ্রিক একটি ব্যান্ডপাস ফিল্টার (BPF)-এর মধ্য দিয়ে চালনা করা হয়, যা ডিসি, $\omega_m, 2\omega_m$ এবং $2\omega_c$ পদগুলিকে সম্পূর্ণ ব্লক করে শুধুমাত্র বাহক ও তার দুই পার্শ্বব্যান্ড ($\omega_c - \omega_m, \omega_c, \omega_c + \omega_m$) বিশিষ্ট বিশুদ্ধ AM তরঙ্গকে প্রেরণ করে।

গ্রাহক প্রান্তে বিস্তার মড্যুলেটেড তরঙ্গ থেকে মূল বার্তা সংকেত পুনরুদ্ধারের প্রক্রিয়াকে সনাক্তকরণ (Detection) বা ডিমড্যুলেশন (Demodulation) বলে।
এনভেলপ ডিটেক্টরের বর্তনীতে একটি সাধারণ p-n সংযোগ ডায়োড এবং একটি সমান্তরাল $RC$ ফিল্টার থাকে:

1. ডায়োড একমুখীকরণ (Rectification): AM সংকেতের প্রতি ধনাত্মক অর্ধ-চক্রে ডায়োড সম্মুখ বায়াসপ্রাপ্ত হয়ে পরিবাহী হয় এবং ধারক $C$-কে পিক মানে আহিত করে। ঋণাত্মক অর্ধ-চক্রে ডায়োড বিপরীত বায়াসপ্রাপ্ত হয়ে বিদ্যুৎ বন্ধ করে। ফলে এটি একটি অর্ধ-তরঙ্গ একমুখীকৃত স্পন্দিত সংকেত তৈরি করে।
2. $RC$ ফিল্টারের ডিসচার্জিং ও মোড়ক পুনরুদ্ধার: ঋণাত্মক অর্ধ-চক্রে ধারক $C$ রোধ $R$-এর মধ্য দিয়ে খুব ধীরে ধীরে ডিসচার্জিত হয়। ধারকের সময় ধ্রুবক (Time Constant $\tau = RC$) সঠিকভাবে নির্বাচন করলে আউটপুট ভোল্টেজ ঠিক AM তরঙ্গের বাহ্যিক মোড়ক বা এনভেলপকে অনুসরণ করে, যা হুবহু আমাদের মূল বার্তা সংকেত $m(t)$।

অপটিক্যাল ফাইবার হলো অত্যন্ত বিশুদ্ধ কাচ বা প্লাস্টিক দিয়ে তৈরি পাতলা নমনীয় সিলিন্ড্রিক্যাল ডাই-ইলেকট্রিক তরঙ্গ নির্দেশক (Waveguide), যার মধ্য দিয়ে আলোর পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন (Total Internal Reflection - TIR) ঘটিয়ে সংকেত পরিবাহিত হয়।

• গঠন: কেন্দ্রীয় কাচের তারটিকে কোর (Core) বলা হয় যার প্রতিসরাঙ্ক $n_1$। কোরকে ঘিরে অপেক্ষাকৃত কম প্রতিসরাঙ্কযুক্ত কাচ বা পলিমারের স্তর থাকে, যাকে ক্ল্যাডিং (Cladding) বলে, এর প্রতিসরাঙ্ক $n_2$। সর্বদা $n_1 > n_2$ বজায় রাখা হয়। এর উপর সুরক্ষার জন্য বাফার লেপন থাকে।
• সংকট কোণ (Critical Angle, $\theta_c$): কোর-ক্ল্যাডিং সংযোগতলে সংকট কোণ হলো: $$\sin \theta_c = \frac{n_2}{n_1} \implies \theta_c = \arcsin\left(\frac{n_2}{n_1}\right)$$
• সাংখ্যিক রন্ধ্র ও গ্রহণযোগ্য কোণ (Numerical Aperture & Acceptance Angle): বায়ুতে ($n_0 \approx 1$) রক্ষিত ফাইবারের অক্ষের সাথে যে সর্বাধিক আপতন কোণে আলোক রশ্মি প্রবেশ করলে কোর-ক্ল্যাডিং সংযোগতলে সংকট কোণের চেয়ে বেশি কোণে আপতিত হয়ে সম্পূর্ণ অভ্যন্তরে প্রতিফলিত হতে পারে, তাকে গ্রহণযোগ্য কোণ (Acceptance Angle, $\theta_a$) বলে। $$\text{NA} = \sin \theta_a = \sqrt{n_1^2 - n_2^2} \implies \theta_a = \arcsin\left(\sqrt{n_1^2 - n_2^2}\right)$$ ভগ্নাংশ প্রতিসরাঙ্ক পার্থক্য $\Delta = \frac{n_1 - n_2}{n_1}$ হলে, $\text{NA} \approx n_1 \sqrt{2\Delta}$।

যেহেতু অতি-উচ্চ কম্পাঙ্কের স্থান তরঙ্গ দৃষ্টিরেখা সীমার মধ্যে আবদ্ধ, তাই বিশ্বব্যাপী আন্তর্জাতিক যোগাযোগের জন্য মহাকাশে ভূ-সমলয় উপগ্রহকে একটি মহাশূন্যের রিপিটার স্টেশন হিসেবে ব্যবহার করা হয়।

সেলুলার ফোন ব্যবস্থায় একটি সমগ্র ভৌগোলিক শহরকে ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র ষড়ভুজাকার এলাকায় ভাগ করা হয়, যাকে সেল (Cell) বলে। প্রতিটি সেলের কেন্দ্রে একটি করে কম ক্ষমতার বেস ট্রান্সিভার স্টেশন (BTS) বা টাওয়ার থাকে।
কম্পাঙ্কের পুনর্ব্যবহার (Frequency Reuse): বেতার স্পেকট্রাম সীমিত হওয়ায় একই কম্পাঙ্ক ব্যান্ডকে কিছুটা দূরবর্তী অন্য একটি সেলে পুনরায় ব্যবহার করা হয়, যাতে ব্যতিচার (Interference) না ঘটিয়ে সীমিত ব্যান্ডপ্রস্থে লক্ষ লক্ষ যুগপৎ কল সম্পাদন করা সম্ভব হয়। একটি মোবাইল যখন এক সেল থেকে অন্য সেলে প্রবেশ করে, তখন তার চলমান কলটি বিচ্ছিন্ন না হয়ে মসৃণভাবে নতুন সেলের টাওয়ারে স্থানান্তরিত হয়, এই অটোমেটিক প্রক্রিয়াকে হ্যান্ডঅফ (Handoff / Handover) বলে।