Stanford termal gürültüyle sinyalsiz kablosuz iletişimi geliştirdi

Stanford Üniversitesi’nde geliştirilen kablosuz iletişim yöntemi, normalde radyo ve hücresel ağlarda parazit olarak görülen arka plan gürültüsünü veri aktarımında kullandı. Elektrik mühendisliği yardımcı doçenti Zerina Kapetanovic liderliğindeki ekip, voltajdaki küçük dalgalanmaları değiştirerek aktif bir radyo sinyali üretmeden alıcıya bilgi göndermeyi başardı. 

'Termal gürültü iletişimi' adı verilen yöntemin çalışma mekanizması, Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dergisinde yayımlandı.

TARIMSAL ALGILAMADAN İLETİŞİME 

Çalışmanın çıkış noktasını, Kapetanovic’in Washington Üniversitesi’nde yürüttüğü tarımsal algılama araştırmaları oluşturdu. Toprak nemi gibi verileri düşük enerjiyle iletmenin yollarını arayan Kapetanovic, araçlardaki RFID etiketlerine benzeyen ancak enerji yoğun sinyallere ihtiyaç duymayan bir sistem geliştirmeyi amaçladı.

Bu doğrultuda, elektrik iletkenlerindeki elektronların hareketinden doğan termal gürültüyü test etti. Sistemin tamamı oda sıcaklığında olmasına rağmen vericiden gönderilen bilgilerin alıcıya ulaştığı gözlendi.

SIFIR VE BİRLER 

Stanford’dan lisansüstü öğrencileri Geneva Ecola ve Jida Zhang ile elektrik mühendisliği profesörü Joseph Kahn’ın da katıldığı ekip, dış sinyalleri engelleyen yalıtımlı bir test odası hazırladı. Antenli vericinin açık ve kısa devre durumları arasında geçiş yapması sağlandı; bu iki durum sıfır ve birle eşleştirilerek veri kodlandı.

Alıcıdaki yükselteç, bir “elektron buzdolabı” gibi davranarak elektronları yavaşlattı ve termal gürültünün daha soğuk algılanmasını sağladı. Verici ise soğurucu ve yansıtıcı durumlar arasında geçiş yaparak alıcının daha sıcak veya daha soğuk olarak algıladığı gürültü üzerinden bilgiyi iletti.

Kahn, vericinin gerçekte hiçbir şeyi soğutmadığını vurgulayarak mekanizmayı, ıssız bir adada el aynasıyla ışık yansıtarak işaret göndermeye benzetti.

HIZDA 100 KAT ARTIŞ 

Araştırmacılar, deneylerden elde ettikleri verilerle sistemin temel değişkenlerini tanımlayan matematiksel bir kanal modeli oluşturdu. Bu modeli kullanarak kurulumda yaptıkları düzenlemeler, veri aktarım hızını 100 kat artırdı.

Ekip, geleneksel radyo frekansı vericilerinin termal gürültüden yararlanan bu yönteme kıyasla bin kata kadar daha fazla enerji harcayabildiğini belirtti. Teknolojinin özellikle güç kaynaklarının sınırlı olduğu veya aktif sinyal üretiminden kaynaklanan parazitin istenmediği alanlarda kullanılabileceği kaydedildi.

Araştırmacılar, birden fazla vericiyi aynı ağa bağlamak ve gürültülü ortamlardaki sinyal kayıplarını önlemek için çalışmalarını sürdürüyor. Olası uygulama alanları arasında tıbbi cihazlar, elektromanyetik radyasyona duyarlı astronomi gözlemevleri ve çevresel algılama sistemleri bulunuyor.