Идея использовать тепловой шум для передачи данных родилась у исследователей, когда они искали способ передавать небольшие объемы информации, например показания влажности почвы. Им нужно было нечто вроде меток RFID, но без энергозатратного радиосигнала. Решением стал тепловой шум, выступающий как носитель данных. Передатчик, оснащенный антенной, переключается между двумя типами электрических цепей: одна соответствует нулю, другая — единице. Приемник усиливает шум, отраженный от антенны, и по его изменениям считывает двоичный код.

Несмотря на то, что идея сработала, результат оказался для ученых загадкой: по какой-то причине данные доходили до приемника, хотя система работала при комнатной температуре. Разгадка крылась в приемнике: его усилитель действует как «электронный холодильник», замедляя электроны и снижая «температуру» шума, которую видит приемник. В то же время передатчик переключается между состояниями, при которых он либо поглощает, либо отражает шум; в результате в одном состоянии отраженный сигнал кажется приемнику «более холодным», а в другом — «более горячим».

На основе экспериментов авторы вывели математическую модель канала связи — инженерам такая модель нужна для проектирования и оптимизации любой беспроводной системы, включая сотовые сети. Использовав модель для настройки установки, исследователи подняли скорость передачи данных в 100 раз.

Система работает на частоте 11,2 ГГц и обеспечивает скорость передачи данных около 1 кбит/с на расстоянии 50 см и 65 бит/с на расстоянии 80 см. Авторы также рассчитали теоретический предел пропускной способности канала и показали, что полярные коды — разновидность кодов с исправлением ошибок — позволяют достичь этого предела.

До сих пор все эксперименты проводились в безэховой камере, которая блокировала внешние сигналы, сообщает MidiaSat. Сейчас авторы изучают способы объединения нескольких передатчиков в сеть, а также ищут способы предотвращения потери сигнала в более шумных условиях за пределами камеры.

Передатчик, использующий только тепловой шум, расходует до 1000 раз больше энергии, чем тот, который работает на радиочастотах. Это делает технологию возможным решением там, где нужно передавать небольшие объемы данных при ограниченной мощности, а активный сигнал создавал бы помехи: вблизи медицинского оборудования или в астрономических обсерваториях.

Ученые из Германии разработали интегральную схему с рекордным сочетанием скорости выборки и полосы пропускания, низким потреблением энергии и улучшенной производительностью обработки сигнала на высоких частотах. Устройство обрабатывает более 500 Гбит/с в одном канале, а в многоканальных конфигурациях — свыше 100 Тбит/с.