Datasiirtoa lämpökohinalla ilman aktiivista signaalia

Uusi teknologia, jota kutsutaan lämpökohinaviestinnäksi, valjastaa käyttöönsä taustahäiriöitä, jotka normaalisti ovat radio-, matkapuhelin- ja muiden langattomien signaalien riesa. Tutkijatiimi osoitti, kuinka lähetin voi toimittaa dataa vastaanottimelle ilman aktiivisesti tuotettua signaalia manipuloimalla pieniä jännitevärähtelyjä.

Tulokset kuvaavat järjestelmän toimintaa perustasolla, mikä avaa oven viestintätavan parantamiselle ja sen tosielämän sovellusten määrittämiselle. ”Olemme rakentaneet järjestelmän, jonka muut voisivat toteuttaa erittäin helposti”, sanoo vanhempi kirjoittaja, sähkötekniikan apulaisprofessori Zerina Kapetanovic .

Aiemmassa työssään Kapetanovic tutki maatalouden tunnistusteknologioita, mikä inspiroi häntä etsimään vähän virtaa kuluttavia tapoja välittää dataa, kuten maaperän kosteustasoja. Hän pohti, olisiko mahdollista luoda radiotaajuustunnistuksen (RFID) tapainen järjestelmä – ilman energiaintensiivisiä RF-signaaleja.

Lämpökohinan viestintäjärjestelmät lähettävät informaatiota moduloimalla lämpösäteilyä, mikä poistaa tarpeen erilliselle signaalin virtalähteelle ja tekee niistä houkuttelevia ratkaisuja pienen tehonkäytön anturiverkoille.

Kapetanovićin koe onnistui – lähettimestä tuleva informaatio pääsi vastaanottimeen. Mutta kummallista kyllä, se toimi, vaikka koko järjestelmä oli huoneenlämmössä. Hän mietti: miten ominaisia kohinakuvioita syntyy ilman lämpötilaeroja, mikä näennäisesti uhmaa fysiikkaa?

Hän esitti kysymyksen Stanfordissa, jossa hänen seuraansa liittyivät hänen jatko-opiskelijansa – Geneva Ecola ja Jida Zhang, artikkelin ensimmäiset kirjoittajat – sekä sähkötekniikan professori Joseph Kahn.

Koelaitteistolla tehdyt kokeet osoittivat, että järjestelmä luo kohinataajuuksia, jotka näyttävät vastaanottimelle "kuumemmilta" ja "kylmemmiltä" ilman todellisia lämpötilaeroja, jolloin informaatio voidaan erottaa nolliksi ja ykkösiksi. Vastaanottimen päässä vahvistin toimii kuin elektronijääkaappi hidastaen niitä ja saaden lämpökohinan näyttämään kylmemmältä. Samaan aikaan lähetin siirtyy absorboivan ja heijastavan tilan välillä, jotka ovat samat kuin nämä kaksi piiriä. Lähettimen tilasta riippuen antennin vastaanottimeen heijastama kohina näyttää kuumemmalta tai viileämmältä.

”Lähetin pystyy moduloimaan signaalia kylmemmän ja kuumemman välillä, mutta se tekee sen jäähdyttämättä mitään”, Kahn sanoi. ”Se on vain heijastin.”

Testaamalla oletuksia kokeilla tiimi johti yhtälön, jota kutsutaan kanavamalliksi ja joka määrittelee järjestelmää ohjaavat perusmuuttujat.

Järjestelmänä sellainen voisi olla houkutteleva vaihtoehto kaikkialla, missä tarvitaan suhteellisen pieniä datansiirtomääriä ja tehobudjetti on rajallinen kuten anturiverkoissa.

Lämpökohinaviestintää voitaisiin käyttää sähkömagneettiselle säteilylle herkkien laitteiden, kuten lääkinnällisten laitteiden tai tähtitieteen observatorioiden rinnalla tai ympäristön havainnointiin.

Aiheesta aiemmin:

Pidemmän kantaman vedenalaista viestintää

Pitkän kantaman takaisinsirontaa

Melkein kuin tähtipölyä