인터뷰 / 장영민 교수

LED, ‘조명’의 역할뿐만 예술과 통신 분야까지 확대
LED-ID, 빛 형태의 패턴을 통한 송수신 기능

LED 하면 무엇이 떠오르는가? 바로 형형색색의 밝은 빛을 떠올릴 것이다. 그도 그럴 것이 서울역 맞은 편에 있는 서울 스퀘어는 밤마다 빌딩을 스케치북 삼아 빛의 향연이 펼쳐 진다. 건물 외벽에 붙여진 수많은 LED 조명을 사용하여 움직이는 미디어 아트가 가능하기 때문이다. 일명 ‘LED 파사드’라고 불린다.

처음 LED가 등장했을 때 선명한 밝기로 각광을 받았으나 기존 백열등과 형광등의 가격의 비해 10배 이상 차이로 범용화되지 못하였다. 하지만 LED는 22년이라는 긴 평균시간 덕분에 수요량 보다 출하량이 늘고 있어 가격이 감소할 것이라는 전망이 높다. 이에 시장조사기관 HIS은 LED가 2023년까지 39%까지 확대될 것이라고 내다봤다.


▲ETRI(한국전자통신연구원)는 지난해 5월, LED 조명의 빛을 통해 정보전달이 가능한 가시광무선통신(VLC) 네트워킹 기술개발에 성공했다고 밝혔다. 

이젠 IoT 시대를 맞아 통신으로 연결된 LED는 ‘스마트 조명’(Smart lighting)으로 진화하였다. 사람의 유무나 인테리어의 분위기에 따라 빛의 밝기, 색 등을 제어할 수 있으며 또한 대형 건물의 에너지 효율이 감소시키는데 효과적이다. 

스마트 조명과 함께 LED 통신 기술의 발전도 급속하게 진행되고 있다. 2011년 삼성전자와 ETRI의 주도로 가시광통신에 대한 표준화를 이뤄냈다. 특히 LED-ID는 더 나아가 LED 디스플레이 기반의 스크린과 스마트 카메라로 고유의 정보를 송수신할 수 있는 기술이다. 이에 표준화를 진행중인 국민대 장영민 교수(사진)를 만나 LED통신 기술의 진척 상황을 자세히 들었다. <인터뷰 내용 (상)은 18일, (하)는 29일 총 2회에 걸쳐서 공개된다.>

처음 타이완 교수를 시작으로
일본 교수를 통해 개발된 가시광통신이 발단 

- LED 통신을 ‘LED-ID’라고 하던데 구체적으로 무엇인가요? 

LED(Light Emitting Diode) 광원을 이용하여 추가적으로 객체에 대한 고유 식별 정보전달 하는 새로운 통신 기술이다. LED의 가시광선을 눈에 보이지 않는 속도로 점멸시켜 데이터를 주고받음으로써, LED 조명이 있는 곳이면 어디서나 데이터 통신을 할 수 있도록 해준다.

1999년도에 타이완 교수가 논문을 처음 발표했다. 가시광선통신(VLC-visible light communication)은 눈에 보이는 가시광선의 파장을 이용해 정보를 전달하는 기술인데 전파에 비해 전송거리가 짧다는 단점으로 잠시 중단되었다가 2000년 초부터 일본 게이오 대학 나카가와 교수팀에 의해 연구가 다시 시작되었다. 

-그렇다면 LED와 가시광 무선통신(VLC)을 접목한 것인가?

그렇다. 이후 가시광선 통신이 가시광만 이용하는데 비해 LED 통신은 가시광을 비롯해 적외선, 자외선 등의 모든 LED 광원을 이용한다. LED-ID 기술은 가시광 이외에 적외선이나 자외선과 같은 다양한 LED로부터 발생되는 광원을 이용할 수 있지만, 일반적으로는 인간의 눈으로 볼 수 있는 가시광의 활용빈도가 가장 높기 때문에 디스플레이 기반 통신의 활용이 높아질 것이라고 생각한다. 

- 기존 RF-ID 비해 LED-ID의 장점은 무엇인가?

LED-ID는 기존의 RF 무선기술처럼 주파수 허가를 신규 획득할 필요가 없다. 기존 RF에 의한 주파수 간섭이 없으며, 넓은 LED광의 대역을 사용할 수 있어 고속 멀티미디어 데이터 전송도 가능하다는 장점이 있다.
 


기존 통신처럼 주파수 허가 획득 필요 없으며
LED의 넓은 광대역 사용으로 고속 데이터 전송 가능 

-고속 데이터 전송이라면, 기존 무선통신과 비교하면 어느 정도 빠른가.

Wi-Fi의 100배 속도를 자랑한다. 라이파이(Li-Fi)라고 해서 2011년 헤럴드 하스 교수가 처음 제안한 것으로 가시광선(Visible Light)을 이용해 초고속 데이터를 전송하는 무선 네트워크 기술이다. 라이파이는 가시광무선통신(VLC) 기반으로 1초당 최대 1GB 데이터를 보낼 수 있다. 

라이파이의 장점 중 하나는 주변에 인프라로 사용할 수 있는 LED 전구가 흔하다는 점이다. 전파(radio waves)를 이용해서 데이터를 전송하는 Wi-Fi의 경우엔 전파를 송신하기 위한 전파탑과 기지국이 필요하다. 그러나 LED는 우리 주변 어디에서나 볼 수 있지 않나. 또한 최근 들어 형광등이나 백열등을 모두 LED 전등으로 바꾸는 추세라 일반 가정집에서도 고속 통신을 사용하는 것이 어렵지 않을 것으로 생각된다. 

- 기지국이 필요하지 않다? 라이파이의 구체적인 설명을 부탁한다면.

이탈리아 논문에 Atto-cell(오토 셀)이라는 개념이 있다. 2007년에 나도 비슷하게 Small-cell(스몰셀)에 대해 연구했는데 원룸에 쓰이는 것이다. 지금 이 공간에도 등이 16개가 있는데 16개의 셀을 만드는 것이다. 하나의 공간에서 등의 개수 별로 셀을 만드는 것이다. 이때 셀이 많을 수록 다량의 정보를 주고 받을 수 있다. 각종 기기들이 센싱한 정보와 위치 정보까지 정확하게 파악할 수 있다.  

-현재 Wi-Fi는 보안 측면에서 취약점을 보이고 있는데, Li-Fi의 보안성은 문제가 없는가.

물리적 보안이 뛰어난 Point-to-Point 또는 Point-to-multipoint 통신, 실내 LBS(Location Based Service), Information Broadcast 등에 적용할 수 있다는 장점이 있지만 국내외적으로는 아직 연구가 초기단계에 있어 많은 기술을 개발할 필요가 있다. 그러나 LED 조명 시장 성장과 더불어 IT기술을 접목시켜 개발하고 표준화에 힘쓴다면 향후 관련 분야 기술 선점을 통해 고부가가치를 생산해낼 수 있을 것으로 기대한다. 

2011년 가시광통신(VLC) 표준화 완성했으나 상용화 지연
기반 기기인 디스플레이와 스마트 카메라 이용한 통신 시스템 집중

- 현재 우리나라의 LED통신 기술 현황과 표준화 진행상황은?

LED 조명을 송신기로 이용한 가시광통신(VLC) 시스템은 삼성전자와 ETRI가 주도하여 2011년 11월에 IEEE 802.15.7 표준규격을 완성했다. 이후 R&D 및 표준화가 진행되었지만 스마트폰 등 스마트 디바이스를 기반으로 한 VLC시스템을 상용화하기에는 추가적 하드웨어 변경이나 VLC 동글(PD-Photo diode)을 사용해야 하는 문제 때문에 상용화가 어려웠다. 

이를 해결하기 위해 2012년 5월부터 IEEE 802.15 IG-LED를 운영했으며, 지난해 1월부터 IEEE 802.15.7a OCC(Optical Camera Communications) 스터디그룹 만들어 진행하였다. 이는 주로 광검출기(PD)를 다루는 IEEE 802.15.7 보다는 스마트 디바이스 카메라(이미지 센서)를 이용해 LED 스크린, LED 디스플레이, LED 디지털 사이니지 또는 LED 조명에서 발생하는 신호 및 패턴을 수신하는 시스템에 집중해 표준화를 다뤘다. 

지난해 12월 IEEE 802 EC 최종승인으로, 2015년 1월에 열린 IEEE 802.15 임시회의부터 OWC 태스크그룹(TG)이 공식 가동됐다. 이 OWC TG는 주로 OCC 기술에 집중하고 추가적으로 LED-ID 및 LiFi 기반의 고속 OWC 기술을 표준화할 계획이다. 

-OCC에 대한 추가설명을 부탁하고, 애플리케이션 사례를 든다면.

OCC(Optical Camera Communications)는 데이터 수신을 위해 스마트 기기에 설치된 카메라 이미지 센서를 사용해 데이터를 수신할 수 있는 영상처리 기반의 통신기술이다. 다시 말해 OCC는 카메라를 비디오 모드로 설정한 후 LED 조명 또는 디스플레이에 카메라 초점을 맞추기만 하면 데이터 수신이 가능하다.

LED 조명뿐 아니라 LED를 이용한 광고판, 스크린, 디지털사이니지 및 디스플레이를 이용해 빛이나 패턴만 보낼 수 있으면 OCC에 활용할 수 있다. 디지털사이니지 사업자 입장에선 같은 광고판만 갖고 여러 가지 정보를 제공할 수 있으며, 디스플레이-카메라, 스크린-카메라처럼 D2D 서비스를 제공할 수 있다. 또 LED-ID나 LiFi 기술도 표준화에 포함될 예정이다. 

- OCC는 아직 한창 개발 단계인데, 향후 어떻게 진행될 것 같은가.

궁극적인 목표는 변조된 빛과 이미지 센서 사이의 데이터 전송을 지원하는 무선 인터페이스까지 표준화하는 것을 목표로 한다. 외국에선 이미 다양한 OCC 기술이 제안되고 기업•대학 차원의 활발한 연구를 진행 중이다. 

일본 카시오는 카메라의 이미지 센서를 이용해 빛의 파형을 검출하는 아이폰용 애플리케이션까지 개발했다. 이 앱의 작동원리는 수신용 아이폰 카메라가 다른 아이폰의 화면에서 나오는 변조된 다양한 색깔의 빛 신호를 검출해 데이터를 수신하는 방식이다. 하나의 예가 백화점 건너편 간판에 쿠폰 정보가 들어가 있다. 앱 다운로드 받아서 간판을 찍으면 쿠폰 정보가 실시간으로 나온다. 

OCC (Optical Camera Communications)는 
현재 저성장 스마트폰 시장에 혁신을 가져올 수도

- LED 통신을 접목한 OCC에 주목하는 이유는 무엇인지 궁금하다.

기사에도 많이 나오듯이, ‘스마트폰의 혁신이 없다.’ 인데 그래도 스마트폰의 다음 혁신은 카메라일 것이라는 전망이 있다. 통신은 이제 너무 빠르고 대용량을 전송할 수 있다. 물론 편리하고 좋지만 사람들은 충분하다고 느낀다. 

모바일 통신의 이슈는 LTE와 5G, 6G도 있지만 단거리 통신인 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wi-Fi), NFC 통신이 있다. 이 밖에도 시각, 청각처럼 모바일에는 오감 통신이 있다. 이것이 IoT와 연결되면 통신의 핵심은 스크린이 될 것이다. OCC 기술을 이용하여 카메라와 스크린을 통해 통신을 하도록 하는 것이다. 기업에서도 꾸준히 대화면 스크린과 카메라 기능을 혁신하는데 집중하지 않았나.

- 스마트폰의 기반 기능인 큰 화면과 카메라를 이용하면 상용화가 빨리 이루어질 것 같은데. 

이제까지 기업들은 LTE만을 관심을 뒀지만 카메라 기능이 통신과 연결되면, 혁신 기술로서 관심을 가질 수 밖에 없을 것이다. 이것이 표준화되어 QR 코드 같은 OWC QR 코드 혹은 Coloar QR 코드로 나아갈 수 있지 않을까 생각해본다. 이 때문에 현재 인텔, 파나소닉, 차이나 텔레콤 등의 업체들이 관심이 많은 것으로 알고 있다.

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나머지 인터뷰 내용은 29일에 업로드 됩니다.