[헬로티]

대용량 멀티미디어 전송을 위한 주파수 자원 부족 현상이 심각한 문제로 대두되면서 차세대 무선 근거리 통신 네트워크로 Li-Fi 기술에 관심이 집중되고 있다. 이 글에서는 초광대역  성을 갖고 있는 Li-Fi 기술의 특성 및 주요국의 기술개발 현황, 고주파 LED 조명을 이용하는 Li-Fi 글로벌 기술시장 성장 추이 및 시사점, Li-Fi 시스템의 다양한 응용분야 및 추후 정책적/경제적/사회적/기술적 측면에서의 해결 과제, Li—Fi 기술의 시장성 및 표준화 전망에 대해 설명한다.

서언

초고속, 대용량 멀티미디어 소비 니즈가 모바일 미디어 산업분야에 빠르게 확산되면서 무선 데이터 트래픽이 기하급수적으로 증가하고 있다. 이에 따라 대용량 멀티미디어 전송을 위한 주파수 자원 부족 현상이 갈수록 매우 심각한 문제로 대두되고 있다. 

이러한 상황에서 차세대 무선 근거리 통신 네트워크로 Li-Fi(Light Fidelity) 기술에 관심이 집중되고 있다. Li-Fi 네트워크는 대중화된 Wi-Fi(Wireless Fidelity)에 비해 100배 이상 빠르고 안전하게 고속 양방향 무선전송을 가능하게 할 수 있어 차세대 무선 근거리 네트워킹 기술로 급부상하고 있다. 

Li-Fi 기술은 LED(Light Emitting Diode) 고효율 조명기술과 Wi-Fi 인터넷 공유 기술을 융합시킨 것으로서 가시광선(visible light)을 이용하여 초고속으로 정보를 전송할 수 있는 차세대 무선 네트워크라 할 수 있다1). Li-Fi 네트워크의 특징을 간단히 요약하면 다음과 같다[1][2].

- LED 조명 시스템에 비콘 칩(Beacon chip)을 장착하여 디지털 신호를 실어 LED 전구의 빛을 이용하여 스마트 기기 간 데이터를 송수신하는 무선통신 기술이다.

- LED 반도체의 가시광선에서 발생하는 플리커(flicker : 1초에 60회 이상 깜빡임) 현상을 이용하여 빛으로 데이터를 송수신하는 기술이다.

- 광 파장을 이용하기 때문에 1GB/sec의 고속 전송이 가능하며, RF보다 에너지 효율성이 매우 높아 차세대 근거리 양방향 데이터 통신 표준이 될 것으로 전망된다.

이 연구에서는 초광대역(ultra wideband) 특성을 갖고 있는 Li-Fi 기술의 특성 및 주요국의 기술개발 현황, 고주파 LED 조명을 이용하는 Li-Fi 글로벌 기술시장 성장 추이 및 시사점, Li-Fi 시스템의 다양한 응용분야(실내 내비게이션/ITS/문화 콘텐츠 전송/u-홈 구축 등) 및 추후 정책적/경제적/사회적/기술적 측면에서의 해결 과제, Li—Fi 기술의 시장성 및 표준화 전망에 대해 설명한다.

Li-Fi 기술의 특성 및 Li-Fi 기술개발 현황

(1) Li-Fi 기술의 특성 및 유망성

Li-Fi 네트워크의 현재 기술력은 1W용 LED 전구 1개를 이용하여 컴퓨터 4대를 인터넷에 연결하여 150Mbps의 전송률을 보이고 있다. 

가시광선(적외선/가시광선/자외선/X선/γ선)을 이용한 Li-Fi 기술은 비가시광인 전자기파에 비해 380~750THz의 고주파를 이용하기 때문에 무선통신 전체 주파수보다 1만 배 이상 높은 광대역 특성을 갖고 있다[3]. Li-Fi 무선통신 서비스 개념을 <그림 1>에 나타낸다.

▲ 그림 1. Li-Fi 무선통신 서비스 개념

가시광선 주파수 대역을 이용하는 Li-Fi 기술은 1.25~ 20MHz 범위의 4G 이동통신 시스템과, 300MHz~30GHz 범위의 광대역 WLAN(Broadband Wireless Local Area Networks) 시스템에 비해 1만 배 이상 넓은 380~750THz의 초광대역 주파수 특성이 있다. 

이 때문에 Wi-Fi나 WLAN 시스템보다 100배 이상 빠른 전송률을 구현할 수 있다. 아울러 LED 가시광통신(VLC : Visible Light Communications)은 빛이 차단되면 신호가 실외로 새어나갈 염려가 없다. 

따라서 기존의 접촉식/비접촉식 WLAN(Bluetooth/UWB/ZigBee/NFC/PSC/Z-Wave 등)에 비해 보안성이 획기적으로 강화된 기술이다. Li-Fi 네트워크의 장점을 간단히 요약하면 다음과 같다[4].

- 광대역 주파수 특성이 있어 신호의 간섭이나 충돌현상이 없다.

- 외부 네트워크 침입을 원천적으로 차단할 수 있어 매우 뛰어난 보안성이 있다.

- LED 전구에서 발생하는 가시광선 파장을 이용하여 데이터를 전송하고, 수신 측에서는 그 빛을 수신하여 데이터를 복원하게 된다.

- Wi-Fi 대비 사용 주파수 대역에 제한이 없어 전 세계 공통 주파수를 무료로 이용할 수 있다. 따라서 주파수 부족 문제를 해소할 수 있다.

- 데이터 송수신 효율성이 매우 높고 LED 빛이 있는 곳이면 어디에서나 가능하다.

- 송신기는 Li-Fi 데이터 전송용 전구뿐만 아니라 형광등과 같은 일반 발광 소자에도 연결이 가능하다.

- WiGig(Wireless Gigabit Alliance : 2.4/5/60GHz 주파수를 이용하여 7Gbps의 비트율을 갖는 멀티 기가비트 무선통신 기술)와 더불어 차세대 통신 기술로 주목받고 있다.

Li-Fi 기술은 무엇보다 주파수 할당 문제가 없어 글로벌 호환성이 내우 우수하며, 가시광 스펙트럼 사용에 대한 규제도 없어 자유로운 무선통신을 구현할 수 있는 장점이 있다2).

(2) 주요국의 Li-Fi 기술개발 현황

Li-Fi 시스템은 영국, 프랑스, 중국 등의 대학연구진을 중심으로 기술개발이 활발하게 이루어지고 있다. 아울러 유럽의 지멘스, 일본의 VLCC, NEC, 미국의 인텔, 보잉사와 일부 국내 업체들을 중심으로 기술상용화를 앞당기기 위해 핵심기술 개발에 주력하고 있다.

Li-Fi 기술은 여러 국가에서 무선통신, 에너지, u-헬스 (헬스케어), 유통, 제조, 조명, 보안 및 광고 등 다양한 분야에 적용이 가속화될 것으로 예상된다. 

유럽, 일본, 미국 및 한국 등의 국가들이 Li-Fi 기술개발 및 상용화를 위해 경쟁 중이며, 중국은 2013년 상해 푸단대학에서 Li-Fi 기술 시연에 성공한 바 있다. 

필립스는 자체 개발한 Li-Fi 기술을 이용한 LED 조명기기를 출시하여 기술 상용화가 한층 더 가까워질 수 있을 것으로 전망하고 있다. 

가시광 통신의 기술개발이나 상용화는 아직 초기 단계이지만 3~4G 이동통신 시스템에서 가장 빠른 무선 네트워크 기술로 인정받은 WLAN(802.11ac, 6.93Gbps)보다도 약 1.4배 빠른 속도(10Gbps)를 보여주고 있기 때문에 세계 각국에서는 가시광통신 상용화를 위한 기술개발에 주력하고 있다.

프랑스/영국/중국/한국 등 Li-Fi 기술 선도국가의 기술개발 현황과 최근(2011~14년)의 Li-Fi 기술개발 내용을 <표 1>에 나타낸다.

▲ 표 1. Li-Fi 기술 선도국의 기술개발 현황

일본, 중국, 영국 및 독일 등 Li-Fi 기술 선도국에서는 관련 기술개발을 지속해오고 있다. 

2000년 일본의 게이오대학의 Tanaka 연구진은 LED 조명기술을 이용한 근거리 무선통신의 개념을 최초로 제시하였으며, 2013년 영국에서는 Li-Fi 네트워크를 통해 최고 10Gbps의 데이터 전송속도를 기록하기도 했다. 

이러한 연구개발 노력이 가속화되면서 Li-Fi 기술이 최적의 차세대 근거리 무선통신 기술로 자리 잡을 수 있는 블루오션으로 떠오르게 되었다[5]. 

2000년부터 2013년까지 각 연도별, 국가별 Li-Fi 기술개발 추이를 <표 2>에 나타낸다.

▲ 표 2. 연도별, 국가별 Li-Fi 기술개발 추이

1) ‌Li-Fi에 비해 Wi-Fi 네트워크는 RF(Radio Frequency)를 이용한 정보 송수신 기술이다.

2) ‌신호 전송 체계가 디지털에서 디지털로 이동하므로 별도의 변환장치(converter)가 필요 없다. 또한 무선전파를 사용하지 않기 때문에 항공기나 선박, 원자력발전소 등 전파간섭이 민감한 분야에 효과적으로 적용할 수 있는 유망기술이다.

박세환 _ 한국과학기술정보연구원 전문연구위원