스탠퍼드 연구팀이 반송파 없이 열잡음으로 데이터를 보낸다

스탠퍼드대 제리나 카페타노비치(Zerina Kapetanovic) 연구팀은 무선 주파수 신호를 따로 만들지 않고 안테나의 열잡음으로 데이터를 보내는 통신 방식을 연구하고 있다. 2022년 실험에서는 RTL-SDR 수신기를 사용했고, 새 연구에서는 데이터 전송률을 초당 킬로비트 수준으로 높였다고 연구팀은 밝혔다.

송신기는 안테나를 더미 부하와 개방 회로 같은 두 부하 사이에서 전환한다. 수신기는 이때 열잡음이 조금 더 ‘뜨겁거나’ ‘차가워지는’ 차이를 읽어 0과 1을 구분한다. 연구팀은 기존 무선 주파수 송신기가 이 방식보다 최대 1,000배 많은 에너지를 사용한다고 주장하며, RFID 태그와 저전력 무선 센서의 대안이 될 가능성을 제시했다.

카페타노비치 연구팀은 2022년 1.42GHz에서 이 방식을 시연했다. 당시 수신기는 혼 안테나, 합산 이득 약 84dB인 저잡음 증폭기(LNA) 두 대, 대역통과 필터, RTL-SDR로 구성했고, 신호 처리는 노트북이나 Raspberry Pi에서 수행했다. 송신기는 안테나에 연결한 간단한 RF 스위치로 50옴 더미 부하와 접지 사이를 전환했다. 실험에서는 초당 최대 26비트의 전송률을 달성했고, 초당 5비트 전송 시 최대 7.3m 거리에서 데이터를 보냈다. 태양광으로 작동하는 배터리 없는 송신기를 만들어 실내 온도를 5일 동안 전송하기도 했다.

2022년 논문과 논문 PDF는 앞선 실험의 상세 내용을 담고 있다. 새 논문은 아직 무료로 공개되지 않았다. 연구팀은 새 연구에서 전송률을 초당 킬로비트 범위로 높이고, 앞선 실험의 한계였던 용량 측정과 오류 정정을 추가했다고 밝혔다.

연구팀은 실온에서도 이 방식이 작동하는 이유를 설명하면서 수신기의 LNA가 전자를 늦춰 더 차갑게 보이게 하는 일종의 ‘전자 냉장고’처럼 작동한다고 비유했다. 새 장비에도 RTL-SDR이 사용됐는지는 확인되지 않았다. 다만 수소선 전파망원경을 만든 사람이라면 2022년 논문과 거의 같은 구성의 장비를 갖췄을 수 있다. 카페타노비치는 스탠퍼드대 보도자료에서 다른 사람도 쉽게 구현할 수 있는 시스템을 만들었다고 말했다. 관련 실험에 관심이 있다면 스탠퍼드대 보도자료와 2022년 논문을 참고할 수 있다.