[디지털비즈온 이호선 기자] 워싱턴대와 스탠퍼드대 공학자들은 저항과 안테나를 연결하는 스위치를 열고 닫는 것만으로 정보를 무선으로 전송할 수 있는 새로운 초저전력 통신 방식을 개발했다.

핵심내용은 전력을 필요로 하지 않고 정보를 무선 송신할 수 있는 기술이다. 이 기술은 임피던스 정합 저항과 안테나를 선택적으로 연결 또는 분리하여 동작하는 초저전력 무선 통신 방식의 실험적 구현을 ​​제시했다.

이는 안테나에서 방출되는 마이크로웨이브 주파수 존슨 노이즈를 변조했다. 데이터 전송 하드웨어는 RF 신호를 반사하여 통신하는 RFID 태그와 유사하다.

새로운 시스템에는 기존 RF 신호가 필요없다. 환경에서 에너지를 수확하는 기술과 결합된 이 시스템은 배터리나 다른 전원 없이 작은 센서와 이식된 의료 기기를 포함하여 데이터를 전송하는 모든 종류의 장치로 이어질 수 있다

일반 라디오에서 스위치는 강력한 전기 신호 소스를 전송 안테나에 연결하고 분리한다. 신호 소스가 연결되면 안테나는 1을 나타내는 전파를 생성한다. 스위치가 분리되면 전파가 없으며 0을 나타낸다.

스위치의 구동을 태양전지로 대체하는 방법으로 배터리 불필요한 송신기도 시작했다. 저항체 내부에서는 전류를 운반하는 전자의 열 구동 운동으로 인해 모든 전기 전도성 재료에 존재하는 임의의 열 잡음이 안테나를 구동하는 신호를 대신할 수 있다.

이러한 전자의 불규칙한 열 진동을 열 잡음 (서멀 노이즈 / 존슨 노이즈)이라고한다. 이번 새로운 방식에서는 이 열잡음이 접속된 안테나의 전자에 영향을 주어 안테나로부터 전파를 발생시키는 구조를 이용한다.

열잡음이 발생하는 저항기와 발신하는 안테나 사이를 스위치로 개폐하는 것이 이번 무선 방식의 ON/OFF가 된다. 회로의 스위치에만 전력을 필요로하기 때문에, 매우 저소비 전력으로 끝나는 것이 특징이다.

그러나, 송신기는 거의 전력을 소비하지 않지만, 수신기는 다른 무선 통신 시스템의 수신기와 마찬가지로 전력을 소비한다.

송신기와 수신기를 설계하고 구현한다. 송신측에는 RF 스위치와 개방 회로, 단락의 전환 제어, 저항 부하 접속을 위한 처리부를 설치한다.

수신측에서는 설치한 2개의 저잡음 증폭기(LNA)가 송신되는 저전력 신호를 양호한 S/N비를 유지하면서 증폭한다.

2개의 LNA 사이에는 대역통과 필터가 추가되어 수신된 데이터는 랩톱 PC나 소형 컴퓨터(예: Raspberry Pi)로 처리할 수 있다. 송신기와 수신기 모두 피라미드형 혼 안테나를 구축했다.

실험에서는 우선 무향실 내에서 온도가 크게 다른 2개의 50Ω 부하를 전환하여 데이터 통신의 테스트를 실시한다.

이 실험은 열잡음을 정말 사용하고 있는지 질문에 답하는 것이다. 만약 정말로 열잡음을 사용하고 있다면, 다른 온도에서 2개의 동일한 임피던스를 사용해도 좋을 것이다.

그 결과, 실온(세씨 약 22도)의 50Ω 부하와 액체 질소(세씨 약 -196도)에 침지한 50Ω 부하를 전환해도 데이터를 변조할 수 있었다.

다음으로, 시스템이 야외에서 얼마나 정확하게 실행될 수 있는지를 조사했다. 결과적으로 1.5m에서 데이터 전송 속도 26bps, 4. 5m에서는 22bps, 최대 통신 거리는 7.3m(5bps)를 달성할 수 있는 것으로 나타났다.

이러한 결과는 임피던스 정합된 저항을 선택적으로 안테나에 접속·단절함으로써, 후방 산란 통신이나 주위 산란 통신과 같이, 송신측·수신측 모두 액티브한 발진기나 기존 RF 캐리어가 없이도 데이터를 무선으로 전송하는 것으로 입증되었다.

기기가 발생하는 RF 신호나 주위의 RF 신호에 의존하지 않는 것이다. 연구팀은 송신기 전원을 소형 태양전지로 교체하고 배터리 불필요한 송신기를 프로토타입하고 테스트한 결과 변조된 열잡음으로 정보를 전송하는 데 성공했다.

이기술은 2022년 11월“변조된 존슨 노이즈를 통한 통신”과학논문저널 PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 실렸다.