Công nghệ truyền thông không dây

Hiện nay mọi người không ít thì nhiều đều dùng những áp dụng của công nghệ truyền thông không dây (wireless communication). Trong nhà thì dùng Wi-Fi, trên xe thì có bluetooth và ngoài đường thì dùng điện thoại di động tất cả đều là truyền thông không dây. Bài này giải thích công nghệ truyền thông không dây và những áp dụng của nó.

Lịch sử công nghệ truyền thông không dây

Công nghệ truyền thông không dây được xây dựng trên nhiều công trình khảo cứu khoa học của nhiều nhà bác học như ông Michael Faraday, người giải thích về cảm ứng điện từ; ông Clerk Maxwell, người khai triển lý thuyết về điện từ trường; và ông Heinrich Hertz người tạo ra sóng radio đầu tiên. Nhưng ông Guglielmo Marconi là người đầu tiên phát minh ra hệ thống điện báo (telegraph) không dây vào năm 1896. Vì phát minh này ông được trao giải Nobel Vật Lý vào năm 1909.

Từ thời ông Marconi kỹ thuật truyền thông không dây được phát triển qua nhiều giai đoạn và đi song song với những tiến bộ về điện tử và máy tính.

Căn bản về truyền thông không dây

Truyền thông không dây là kỹ thuật gửi và nhận tín hiệu qua không gian. Tín hiệu được truyền đi bằng sóng điện từ (electromagnetic wave). Những sóng đó nằm trong phổ điện từ (electromagnetic spectrum). Ánh sáng mà mắt thường thấy được là một phần nhỏ trong phổ điện từ. Sóng radio, tia X, tia hồng ngoại (infrared) và tia cực tím (ultraviolet) đều là sóng điện từ.

Sóng điện từ được đo bằng độ dài sóng (wavelength) hay tần số (frequency). Độ dài sóng là chiều dài đo từ một cao điểm của sóng tới cao điểm kế. Tần số là số chu kỳ của sóng trong một đơn vị thời gian. Độ dài sóng và tần số liên hệ với nhau qua một phương trình toán học. Tần số càng cao thì độ dài sóng càng ngắn. Đơn vị của tần số là Hertz, viết tắt là Hz, được định nghĩa là số chu kỳ trong một giây. Một ngàn Hertz là kilohertz, ký hiệu kHz, một triệu Hertz là megahertz, ký hiệu MHz; một tỷ Hertz làgigahertz ký hiệu GHz.

Truyền thông không dây có thế phân loại tùy theo độ dài sóng dùng.

Truyền bằng sóng radio

Truyền bằng sóng radio là loại truyền thông không dây được phát minh đầu tiên và bây giờ vẫn được dùng nhiều. Sóng radio có độ dài sóng từ 1 m tới 100 km tức là có tần số từ 300 MHz tới 3 kHz. Nhiều chỗ định nghĩa độ dài sóng radio từ 1 mm tới 100 km tức là có tần số từ 300 GHz tới 3 kHz.

Có rất nhiều áp dụng của truyền sóng radio. Áp dụng thường dùng nhất là những đài phát thanh và đài truyền hình. Đài phát thanh AM (amplitude modulation) thì có tần số từ 540 KHz tới 1600 KHz. Còn FM (frequency modulation) thì có tần số từ 88 MHz tới 108 MHz.

Truyền bằng vi sóng (microwave)

Độ dài sóng của vi sóng từ 1 mm tới 1 m, tức là có tần số từ 300 MHz tới 300 GHz. Vi sóng trong lò vi sóng là dùng để nấu ăn, nhưng vi sóng cũng được dùng để truyền tín hiệu thông tin.

Vi sóng thường được dùng để truyền tín hiệu giữa hai tháp truyền thông ở dưới đất hay giữa một trạm dưới đất với vệ tinh. Hai tháp đặt ở dưới đất phải nhìn thấy nhau, tức là truyền thông theo kiểu điểm-nối-điểm (point-to-point). Điểm lợi của truyền vi sóng là có thể truyền một lượng dữ liệu lớn, nhưng bất lợi là truyền vi sóng bị ảnh hưởng bởi không khí giữa hai trạm, đặc biệt là nếu bị mưa.

Truyền bằng ánh sáng

Ánh sáng ở đây bao gồm ánh sáng thường, tia hồng ngoại và tia cực tím. Dụng cụ điều khiển từ xa (remote control) mà bạn dùng để điều khiển ti-vi là một thí dụ của một dụng cụ dùng tia hồng ngoại để truyền tín hiệu. Tia hồng ngoại cũng có thể dùng để giao dịch giữa hai thiết bị điện tử. Trở ngại chính là hai thiết bị phải nhìn thấy nhau vì tia hồng ngoại cũng như ánh sáng thường không đi xuyên qua được chướng ngại vật như tường. Truyền bằng ánh sáng thường và tia cực tím cũng đang được nghiên cứu và thử nghiệm.

Các loại truyền thông không dây

Truyền thông không dây còn được phân loại theo dụng cụ và khoảng cách.

-Truyền thông qua vệ tinh

Truyền thông qua vệ tinh đóng một vai trò quan trọng trên thế giới. Mọi nước đều dùng truyền thông qua vệ tinh để thu thập dữ liệu và thông tin. Truyền thông qua vệ tinh gồm có hai phần, một phần ở dưới đất và một phần là vệ tinh. Bộ phận dưới đất có một ăng ten dùng để phát và thâu tín hiệu từ vệ tinh. Sóng dùng để truyền tín hiệu qua vệ tinh có tần số trong vòng từ 11 GHz tới 14 GHz và vận tốc truyền là từ 1 Mbps tới 10 Mbps.

-Bluetooth

Bluetooth là tên của một số chuẩn sóng không dây khoảng cách ngắn. Bluetooth dùng tần số từ 2.402 GHz tới 2.480 GHz. Bluetooth dùng rất ít năng lượng và khoảng cách khá ngắn. Bluetooth loại 2 chỉ có tầm hoạt động khoảng 10 m. Bluetooth dùng trong xe hơi để kết hợp điện thoạidi động với hệ thống loa trong xe. Như vậy bạn có thể nói chuyện điện thoại qua hệ thống loa của xe. Nhiều ống nghe không dây (wireless headphone) cũng dùng công nghệ bluetooth.

-Wi-Fi

Wi-Fi là kỹ thuật truyền thông không dây dùng vi sóng để phát và thu tín hiệu từ những dụng cụ điện tử ở gần chung quanh. Có 5 băng tần số dùng cho Wi-Fi: 2.4, 3.6, 4.9, 5, và 5.9 GHz. Ở Hoa Kỳ những bộ định tuyến (router) dùng cho Wi-Fi trong nhà thường là băng tần số 2.4 GHz. Những bộ định tuyến mới còn dùng thêm băng 5 GHz. Loại sóng này dùng ít năng lượng và chỉ phát ra trong một chu vi nhỏ.

Truyền thông không dây và điện thoại di động

Điện thoại di động sở dĩ được phát triển mạnh khắp thế giới là nhờ công nghệ truyền thôngkhông dây. Trước thập niên 1980điện thoạidi động rất là thô sơ và nặng nề, tất cả được gọi chung là thế hệ 0G. Cho đến bây giờ đã trải qua 5 thế hệ, có ký hiệu là 1G, 2G,…, 5G. Điện thoại di động dùng hai vùng sóng từ 800 tới 900 MHz và từ 1.8 tới 1.95 GHz.

Đời thứ nhất 1G bắt đầu từ thập niên 1980. Kỹ thuật trong giai đoạn này là truyền dẫn tương đồng (analog transmission). 1G không có chức năng nào khác hơn là nói chuyện điện thoại.Điện thoại thì to lớn cồng kềnh, liên kết không tốt và rất đắt tiền.

Đến thập niên 1990 thì bắt đầu đời thứ hai 2G. Thế hệ công nghệ truyền thông không dây này dùng kỹ thuật truyền dẫn số (digital transmission) thay vì truyền dẫn tương đồng như thế hệ 1G. Kỹ thuật này có cái lợi là cùng một khoảng tần số cho một người dùng 1G thì 10 người có thể dùng cùng một lúc được. Kỹ thuật 2G còn cho phép người dùng nhắn tin (texting) và nhiều dịch vụ khác nữa.

Năm 2001, công ty điện thoại Nhật Bản NTT DoCoMo cho ra đời hệ thống điện thoại di động 3G đầu tiên trên thế giới. 3G dùng kỹ thuật chuyển mạch gói (packet switching) thay vì chuyển mạch (circuit switching) như 2G. Kỹ thuật 3G có lợi hơn 2G ở tốc độ truyền và người dùng xem được hình ảnh hay trang mạng nhanh hơn nhiều.

Đa số điện thoại di động hiện này đều thuộc thế hệ 4G. Vận tốc truyền của 4G là từ 10 Mbps tới 1 Gbps. Có nhiều kỹ thuật khác nhau của 4G. Ở Hoa Kỳ đa số các nhà cung cấp dịch vụ điện thoạikhông dây đều dùng 4G LTE (long term evolution). Nói chung thì 4G nhanh hơn 3G rất nhiều và cho phép người xử dụng xem video ít bị gián đoạn.

Các công ty điện thoại đang ráo riết chuẩn bị tung ra thị trường điện thoại di động thế hệ 5G. Bạn nhớ đón coi. (Hà Dương Cự)

Nguồn tài liệu:
https://www.profolus.com
https://www.digitaltrends.com
https://sciencing.com