기존 한계 돌파한 무선광통신 핵심소자 구현…미래 디지털 인프라 바꾸는 게임체인저로 주목

KAIST 전기및전자공학부 최양규 교수 연구팀이 기존 와이파이보다 최대 100배 빠른 속도를 구현할 수 있는 무선광통신(LiFi, 라이파이) 기술 개발에 성공하며, 차세대 통신 패러다임의 변화를 예고하고 있다.

연구팀은 최근 기존 라이파이 기술의 한계를 돌파한 ‘반사형 광전도 게이트 트랜지스터(R-PGT)’ 기반 수광소자를 개발해, 높은 전력효율과 빠른 응답속도, 뛰어난 보안성을 동시에 확보했다고 밝혔다.

라이파이, ‘빛’을 매개로 한 고속·고보안 무선 통신기술

라이파이(LiFi)는 일반적인 전파 기반 와이파이(WiFi)와 달리, LED 또는 레이저 등 가시광선·적외선 등의 빛을 매개로 데이터를 송수신하는 기술이다. 통신 용량이 광대역이고, 특정 공간 내에서만 통신이 이뤄지므로 보안성이 매우 높다는 점에서 주목받아 왔다.

하지만 지금까지의 라이파이 기술은 ▲좁은 수광각(10도 이하) ▲저전력 구동 불가 ▲느린 응답속도 등의 물리적 제약 때문에 상용화에 어려움이 있었다.

KAIST 연구팀은 이 같은 기존 한계를 극복하기 위해 반사형 광전도 게이트 트랜지스터(R-PGT)라는 새로운 구조의 수광소자를 설계했다.

이 소자는 반사된 빛을 흡수하는 구조이기 때문에 넓은 수광각(140도 이상)에서도 감도가 유지되며, 고속으로 구동된다. 또한 빛의 세기(intensity)에 따라 정확한 전기 신호를 추출하는 게이트 트랜지스터 방식을 채택해, 전력 소모는 낮추면서 응답속도는 기존 대비 100배 이상 향상됐다.

특히 사용자가 정면을 향하지 않더라도 신호를 인식할 수 있어 ‘비전계측 기반 무선 통신’ 구현이 가능하며, 이는 IoT 보안, 스마트팩토리, 군사통신 등 고보안 환경에서 핵심적인 기술이 될 수 있다.

다양한 기기·환경에 적용 가능…미래형 통신 인프라 주도 전망

연구팀은 해당 기술을 스마트폰, 웨어러블 기기, 자율주행차, 실내 위치 기반 서비스(LBS) 등 다양한 응용 분야에 확대 적용할 수 있을 것으로 전망하고 있다.

기존 와이파이 기술은 대역폭의 한계, 전파 혼선, 해킹 위험 등의 문제가 제기되어 왔으나, 이번 KAIST의 기술은 광대역 고속통신과 공간적 제한을 결합해 ‘보안이 강화된 초고속 근거리 통신망’이라는 새로운 통신 인프라 모델을 제시한다.

국제학술지 게재 및 원천특허 확보…상용화 가능성 열려

이번 연구 결과는 광학 분야 국제학술지 Light: Science & Applications (IF 20.3)에 게재되었으며, 주요 기술에 대한 국내외 특허 출원도 진행 중이다.

최양규 교수는 “R-PGT 기반 수광소자는 물리적 보안이 뛰어난 고속 통신을 가능케 하며, 차세대 디지털 사회의 신경망이 될 수 있다”고 밝혔다.

KAIST는 앞으로도 AI, IoT, 보안기술과 연계된 무선광통신 시스템 개발을 통해 차세대 통신 생태계의 표준기술 확보에 나설 방침이다.

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