Chuyện Không Tưởng: Phát Wi-Fi Bằng Đèn LED

Nangluong.news – Công nghệ phát Wi-Fi bằng tín hiệu ánh sáng này đang thu hút sự chú ý của các nhà khoa học và kĩ sư công nghệ trên toàn thế giới.

Lúc trước, các bóng đèn dây tóc đã từng phát triển rất thịnh hành trong một khoảng thời gian kéo dài gần cả thế kỷ kể từ khi chúng được phát minh. Nhưng hiện nay, bóng đèn dây tóc đã gần như trở thành dĩ vãng vì sự xuất hiện và đổ bộ ào ạt của đèn LED. Loại đèn tiêu thụ nhiều năng lượng hơn gấp 10 lần và có tuổi thọ dài gấp 30 lần so với các loại đèn sợi đốt thông thường.

Tiềm năng sử dụng đèn LED không bị giới hạn duy nhất vào mục đích chiếu sáng. Những thiết bị chiếu sáng thông minh mới được công bố gần đây có bổ sung thêm những tính năng đặc biệt. Chúng có thể giúp kết nối máy tính hoặc điện thoại di động của bạn vào internet. Tính năng này còn vượt trội hơn cả mạng không dây Wi-Fi. Đây chính là một công nghệ hoàn toàn mới: Mạng không dây bằng ánh sáng  (Li-Fi).

Công nghệ truyền dẫn không dây dựa trên ánh sáng không phải là một ý tưởng hoàn toàn mới. Hầu hết mọi người đều biết đến việc chúng ta có thể dùng tín hiệu từ các làn khói để thu hút sự chú ý và giúp đỡ khi bị lạc trên sa mạc. Vào thời hoàng đế Napoleon, khắp châu Âu đều sử dụng một loại truyền tin thị giác (optical telegraph) được gọi là phương pháp “đánh tín hiệu bằng cờ” (Semaphore). Alexander Graham Bell, người đã phát minh ra máy điện thoại, cũng cho rằng “máy phát âm bằng ánh sáng” (photophone) là một phát minh quan trọng nhất trong cuộc đời của ông ấy. “Máy phát âm bằng ánh sáng” là một thiết bị có khả năng tạo ra các rung động âm thanh dựa trên việc tiếp nhận các chùm ánh sáng.

Khi bị lạc trên sa mạc, các nạn nhân có thể sử dụng phương pháp dập, ngắt các luồng khói, tạo thành từng quãng dài ngắn khác nhau miêu tả tín hiệu mã Morse cầu cứu khẩn cấp (SOS) để những người cứu trợ có thể nhìn thấy được từ xa. Kĩ thuật truyền tin dựa trên ánh sáng có thể nhìn thấy được (Li-Fi) cũng có nguyên lý hoạt động tương tự như phương pháp trên. Thiết bị kĩ thuật sẽ điều chỉnh cường độ mạnh yếu của ánh sáng nhằm mã hóa thông tin thành dữ liệu dưới dạng nhị phân: 0 và 1. Tuy nhiên, việc điều biến cường độ ánh sáng này diễn ra rất nhanh, mắt thường không thể nhìn thấy.

Chính sự gia tăng khủng khiếp của người sử dụng và nhu cầu sử dụng mạng không dây đang tạo ra một áp lực rất lớn lên công nghệ Wi-Fi hiện nay. Công nghệ này hoạt động dựa trên dải tần số của sóng vô tuyến và sóng cực ngắn. Với sự phát triển theo cấp số nhân của các thiết bị di động, đến năm 2019 sẽ có hơn 10 tỷ thiết bị và nhu cầu trao đổi thông tin ước tính là 35 tỷ tỷ (1018) bytes thông tin mỗi tháng. Nếu chúng ta vẫn còn tiếp tục sử dụng công nghệ Wi-Fi hiện nay, nhu cầu trên không thể nào đáp ứng được do sự quá tải của băng tần và hiện tượng tắc nghẽn điện từ. Vấn đề này sẽ đặc biệt nghiêm trọng ở những khu vực công cộng trong các thành phố lớn. Khi có quá nhiều người dùng cùng đồng thời truy cập vào dung lượng hạn hẹp của các máy phát Wi-Fi.

Nguyên tắc cơ bản của kĩ thuật truyền dẫn là dung lượng thông tin cực đại có thể truyền đi phải cân bằng với lưu lượng băng thông có sẵn. Hiện nay, băng thông tần số điện từ đã bị sử dụng và điều chỉnh quá mức, và không còn đủ dung lượng để đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của con người. Vì thế Li-Fi chính là một phương pháp đầy tiềm năng nhằm thay thế Wi-Fi.

Tần số ánh sáng trên quang phổ điện từ vẫn chưa được tận dụng. Trong khi đó, các dải sóng khác lại bị sử dụng quá mức và tắc nghẽn. Nguồn: Philip Ronan, CC BY-SA

Bước sóng quang phổ của dải ánh sáng nhìn thấy được rất rộng và vẫn hoàn toàn chưa được sử dụng hay điều chỉnh. Ánh sáng từ các loại đèn LED có thể được điều biến rất nhanh. Tỷ lệ dung lượng thông tin truyền được lên tới 3.5Gb/s khi sử dụng đèn LED ánh sáng xanh hoặc 1.7Gb/s khi sử dụng đèn ánh sáng trắng.

Không giống như Wi-Fi, kĩ thuật truyền tin bằng ánh sáng bị hạn chế trong 4 bức tường của căn phòng. Điều này chính là nhược điểm lớn nhất của phương pháp Li-Fi. Tuy nhiên, nhược điểm này lại mang đến một lợi ích khác: độ an toàn và bảo mật cực kì cao. Nếu sử dụng Li-Fi trong một căn phòng kín, những người ở bên ngoài sẽ không có cách nào truy cập vào được mạng thông tin.

Bên cạnh đó, nguồn sáng sẽ được đặt trên trần nhà, giúp cung cấp những tín hiệu thông tin khác nhau đến những người dùng khác nhau. Các máy thu phát tín hiệu sẽ được đặt cố định, nâng cao hiệu quả sử dụng và không hề gây ra hiện tượng tắc nghẽn trong trường hợp được đặt ngay sát bên nguồn phát Li-Fi.

Công nghệ Li-Fi sử dụng ánh sáng thay vì hoạt động dựa trên sóng điện từ như ở Wi-Fi nên hoàn toàn an toàn. Chính vì thế, nó có thể được sử dụng trên máy bay mà không làm ảnh hưởng đến hoạt động của những linh kiện điện tử tinh vi trong thân máy bay.

Cuối cùng, chúng ta có thể sử dụng hệ thống các bóng đèn LED hiện nay để phát Li-Fi nên không cần phải bỏ chi phí xây dựng hệ thống cơ sở hạ tầng mới.

Cách thức hoạt động của hệ thống mạng Li-Fi. Nguồn: Đại học Boston.

Tuy vẫn còn nhiều thách thức về mặt kĩ thuật cần được vượt qua, nhưng những tiến bộ bước đầu của công nghệ Li-Fi đã được hiện thực hóa. Trong tương lai, bạn sẽ không cần phải mua một bộ phát Wi-Fi nào nữa. Đã có bóng đèn LED giúp bạn kết nối với thế giới.

(Science Alert)