熱雑音を利用して能動的な信号なしにデータを送信(Thermal noise used to send data without an active signal)

2026-10-19 スタンフォード大学

米国スタンフォード大学の研究チームは、電子の熱運動によって生じる電気的な雑音(熱雑音)を利用し、送信側で電波信号を能動的に生成せずに情報を伝送する「熱雑音通信」の仕組みを解明した。送信機の回路を開回路と短絡回路に切り替えることで、アンテナから反射される熱雑音の特性を変化させ、受信機が「0」と「1」の二進情報として識別できるようにした。受信側では増幅器が電子の熱運動を制御し、雑音の見かけ上の温度差を生み出すことが、信号識別の鍵となる。研究チームは通信の基本モデルを構築し、それに基づく調整によってデータ伝送速度を100倍に改善した。熱雑音を利用する送信方式は、従来の高周波信号を用いる方式と比べ、情報伝送に必要なエネルギーを最大約1,000分の1に抑えられる可能性がある。今後、複数の送信機を接続するネットワーク化や、外部雑音の多い環境での動作検証を進め、環境センサーや医療機器周辺など、低消費電力・低干渉が求められる通信への応用を目指す。

熱雑音を利用して能動的な信号なしにデータを送信(Thermal noise used to send data without an active signal)
The experimental setup used to test thermal noise communication. Jida Zhang

<関連情報>

熱雑音後方散乱リンクにおける第一原理に基づくチャネルモデルと容量達成伝送方式 First-principles channel model and capacity-achieving transmission scheme in thermal noise backscatter links

Geneva Ecola, Jida Zhang, Joseph M. Kahn, and Zerina Kapetanovic
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:October 20, 2026
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2606732123

Abstract

Thermal noise communication systems transmit information by modulating thermal radiation, eliminating the need for a dedicated signal power source and making them attractive solutions for low-power sensor networks. Their efficiency enables long-lived, unobtrusive operation, which is valuable in the Internet of Things, electromagnetic interference-sensitive environments, and radio frequency identification tag systems. However, a limited understanding of the wireless channel model and efficient transmission schemes has hindered their practical deployment. Here, we present a wireless channel model that elucidates how systems operating at ambient temperature can modulate thermal noise to convey information. Our results reveal a thermal noise backscatter mechanism that enables significantly higher data rates than previously achieved. We designed and built a thermal noise communication system leveraging this mechanism to achieve data rates in the kilobits-per-second range—over two orders of magnitude higher than prior demonstrations. We also derive the system capacity and show that using polar codes, we are able to achieve this expected capacity. Our channel model and transmission scheme pave the way for strategies in thermal noise sensing and communication, advancing practical low-power networking for next-generation wireless applications.

0404情報通信
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