[칼럼] LED 어레이와 카메라간의 통신



	▲김기두 국민대 전자공학과 교수

[시큐리티월드 김기두] LED는 낮은 전력 소비, 강한 지향성, 좋은 시야, 긴 수명, 낮은 발열로 인해 기존의 백열등보다 우수하기 때문에 차세대 조명 원으로 각광받고 있다. 또한 LED는 반도체 소자이기 때문에 빠른 속도로 전기적 강도를 제어 할 수 있다.

이러한 이유로 LED는 조명뿐만 아니라, 통신 소자로서의 응용 가능성도 증대되고 있다. 가시광 통신(VLC : Visible Light Communication)은 최근 RF(Radio Frequency) 기반의 무선 네트워크 표준의 대안으로서 제안되었으며, 더구나 VLC의 물리적 특성으로 인해 ‘What you see is what you send’에 부합하는 보안 통신(Secure Communication) 방법으로 대두됐다.

LED 통신은 RF 통신에 비해 몇 가지 고유한 이점을 가진다. 지향성이 강하기 때문에 매우 혼잡한 환경에서 거의 간섭을 받지 않고 송수신이 가능하며, 도청이 어려워 보안 통신 응용에 유리하다.

최근 VLC 분야의 하나로서 LED 어레이(LEA : LED Array)와 카메라간의 통신을 일컫는 ‘Visual-MIMO(Multiple Input Multiple Output)’에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, Visual-MIMO는 기존의 카메라와 디스플레이에 바로 적용 가능하므로 RF 통신에 비해 비용 면에서 유리하다는 장점이 있기 때문에 차량 및 스마트폰 등으로의 응용이 극대화될 것으로 기대된다.

Visual-MIMO 시스템은 LEA와 카메라간의 통신 시스템이며, LEA의 모든 LED가 송신기 역할을 담당하고, 카메라의 모든 픽셀이 수신기 역할을 하게 된다. LEA에 의해 전송된 광 신호는 카메라의 PD 어레이(다중 픽셀)로 수신된다.

카메라의 다중픽셀은 본질적으로 고지향성 수신 요소들의 어레이로 간주될 수 있다. 이러한 구조는 채널의 다른 광원으로부터의 간섭 및 잡음을 감소시켜준다. 또한 송신기로부터 전송된 신호들 중에서 강한 신호를 선택 및 결합해 수신함으로써 신호 대 잡음비(SNR : Signal to Noise Ratio)를 크게 만들 수 있다.

수신기로 카메라를 사용하면 광각이 넓기 때문에 LED 어레이의 개별 LED의 위치를 쉽게 인식할 수 있다. 무엇보다도 다중 LED와 다중 픽셀간의 MIMO 통신은 다중화(Multiplexing)를 통한 전송 속도의 증가와 다이버시티를 통한 정보 데이터의 신뢰성 향상을 가능케 한다.

이것은 RF-MIMO의 경우와 매우 유사해 보이지만 카메라 수신단에서 영상 처리 및 컴퓨터 비전 알고리즘을 사용함으로써 RF에 비하여 오버헤드가 작고 소프트웨어로 처리가 용이한 장점을 갖는다. 그러나 Visual-MIMO 시스템의 단점으로 수신기에서 샘플링 주파수가 제한되고 강한 가시선 (LOS) 확보가 요구된다는 점을 염두에 두어야 한다.

Visual-MIMO 통신이 갖는 몇 가지 고유한 특성은 RF 기반의 무선 통신에 비해 이점을 제공 할 수 있게 해준다. 먼저 강한 지향성은 실제 거의 간섭을 받지 않게 해주고 매우 혼잡한 환경에서의 전송에 유리할 수 있다.

또한, 이러한 전송은 감지 및 차단이 어려워 보안 응용에 적합하다. 더구나 Visual-MIMO는 기존의 카메라와 LED 어레이를 활용하기 때문에 RF에 비해 저가로 구현할 수 있는 대안이 된다.
[글 시큐리티월드 김기두 국민대 전자공학과 교수(kdk@kookmin.ac.kr)]

[월간 시큐리티월드 통권 231호(sw@infothe.com)]

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