ISSN 1226-452027]M19_1_2015.pdf · 발행인 우 정 원 인쇄인 김 성 배 발행소 한 국 광 학 회 121-815 ... 2014년 3월 상임이사회에서 세계 빛의 해 준비위원회

ISSN 1226-4520

19 권 1호January•2015

중간주파수를 사용하는 RoF 기반 차세대 모바일 프론트홀 기술 개념

[특집] 광통신

• 차세대 대용량 광전송 기술

• 광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템 기술

• 광기반 모바일 프론트홀 기술

• 무선 가시광 통신 기술

ContentsContentsJanuary 2015 19권 1호광학과 기술

www.osk.or.krwww.osk.or.kr

발행인 우 정 원인쇄인 김 성 배발행소 한 국 광 학 회

121-815

서울특별시 마포구 독막로 320번지 태영데시앙 1610호한 국 광 학 회Tel.02-3452-6560 Fax.02-3452-6563E-mail : [email protected] : www.osk.or.kr인 쇄 도서출판 씨아이알

Tel.02-2275-8603 Fax.02-2265-9394

2015년 1월 26일 인쇄2015년 1월 30일 발행

IYL(International Year of Light and Light-based Technologies) 특집

세계 빛의 해 (IYL) 2015· ··························································· ·이병호 02

초대석 ··············································································· ·정환석 08

특집 ■ 광통신

차세대 대용량 광전송 기술 ·························································· ·김·훈 10광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템 기술 ······· ·최우영,·김홍주,·김태일,·주범순,·이종현 16광기반 모바일 프론트홀 기술 ···································· ·조승현,·정환석,·이종현 22무선 가시광 통신 기술 ······························································김성만 29

산업체 소개

원텍(주) ····················································································· 35

하이라이트 논문 소개

한국광학회지 · ·············································································· 38

학회소식····················································································· 39

국내외 학술회의 소식· ································································ 40

한국광학회 신규가입 회원명단· ·················································· 49

한국광학회 후원사 명단······························································ 50

회 장 |우정원(이화여자대학교)

차기회장 |정윤철(한국과학기술원)

부 회 장 |이병호(서울대학교)

· 이상배(한국과학기술연구원)

· 이윤우(한국표준과학연구원)

· 이종창(홍익대학교)

· 한재원(연세대학교)

편집위원회 |

편집위원장 이관일(한국과학기술연구원)

편집간사 김대근(단국대학교)

· 김정호(경희대학교)

편집위원 권순홍(중앙대학교)

· 김법민(고려대학교)

· 김학린(경북대학교)

· 이광조(경희대학교)

· 이상원(한국표준과학연구원)

· 임선도(한국표준과학연구원)·

· 정환석(한국전자통신연구원)·

· 최수봉(인천대학교)

· 최원식(고려대학교)

표지설명

중간주파수를·사용하는·RoF·기반·차세대·모바일·프론트홀·기술·개념

2 |OPTICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY January 2015

IYL 특집2015 세계 빛의 해

세계 빛의 해 (IYL) 2015(International Year of Light and Light-based Technologies)

이병호

서울대학교·전기정보공학부·교수

한국광학회·세계·빛의·해·준비위원장

1. 개요

올해는 유엔(United Nations)이 지정한 세계 빛의 해

(International Year of Light and Light-based

Technologies; IYL 2015)이다. ‘세계 빛의 해’ 지정의 목

적은 세계인들에게 빛과 광기술의 중요성을 인지시키고

광학이 우리 삶을 얼마나 변화시켜왔는가를 알리며, 인류

가 맞닥뜨린 에너지, 교육, 농업, 통신, 건강 등의 문제에

서 광학과 광기술이 어떻게 그 해법을 제시하고 지속가능

한 발전을 이루어 갈 수 있는지를 적극적으로 알리는 것

이다.

가. 추진과정과 참여기관

‘세계 빛의 해’의 유엔 지정은 미국광학회(Optical

Society of America), 국제광공학회(SPIE), 유럽물리학

회(European Physical Society), 미국물리학회

(American Physical Society), 미국물리단체연합회

(American Institute of Physics), 국제전기전자공학회

포토닉스 분과(IEEE Photonics Society), 독일물리학회

(DPG), 국제물리학회(Institute of Physics) 등이 협의체

를 만들어 상당 기간 동안 노력하여 성사되었다.

먼저 유네스코(UNESCO) 실행이사회에서 IYL 2015 지

지결의안이 2012년 10월에 통과되었고, 2013년 11월에

IYL 2015 결의안이 유엔의 위원회에 제출되었으며, 유엔

결의안은 2013년 12월 20일의 총회(UN General

Assembly)에서 채택되었다. 보다 자세한 정보는 IYL

2015 홈페이지에서 볼 수 있다[1].

필자는 미국광학회의 이사회에 참여하면서 그 추진과정

을 보았는데, 특히 미국의 학술단체들에서는 이러한 활동

을 통해 광학과 포토닉스 분야의 중요성을 미의회 등에

널리 알리고자 하였다. 그 노력의 1차 결과로 미국에서는

오바마 대통령이 제조산업을 다시 되살리기 위해 생산기

그림1.세계빛의해2015의대표적참여기관[1]

19권1호 광학과 기술|3

술 혁신을 위한 기구를 만들고, 광학기반의 생산기술을

연구하는 조직을 신설해 2억달러를 지원하기로 했다[2].

IYL 2015에는 세계 85개국 100여개 기관이 다양한

형태로 참여하고 있다. 실무 책임은 John M. Dudley

교수(University of Franche-Comte in Besancon,

France)가 International Steering Committee를 대

표하여 맡고 있으며, UNESCO International Basic

Science Programme 및 Secretariat at The Abdus

Salam International Centre for Theoretical

Physics(UNESCO Category 1 Institute)와 협력하고

있다. 우리나라 기관으로는 한국광학회가 참여하여 한

국의 대표기관(National Node) 역할을 맡고 있다. 또

한, 한국광학회는 Silver Associate로서 IYL 2015를

후원하고 있다. <그림 1>은 IYL 2015 주요 참여기관들

을 보여준다[1].

나. 왜 2015년인가?

‘세계 빛의 해’ 준비위원회가 2015년을 기념해로 택한

근거는 다음과 같다<그림 2>.

• 알하이삼(알하젠, Al-Haytham)이 광학에 대해 연

구한 후 약 1,000년이 되는 해

• 프레넬(Fresnel)이 빛의 파동성에 대해 연구한 후

200년이 되는 해

• 맥스웰(Maxwell)이 전자파 이론을 만든 후 150년이

되는 해

• 아인슈타인(Einstein)이 일반상대성이론을 발표한

후 100년이 되는 해

• 펜지어스(Penzias)와 윌슨(Wilson)이 우주 마이크로

파 배경을 발견한 지 50년 및 가오(Kao)가 광섬유에

대해 연구하여 광통신의 길을 튼 후 50년이 되는 해

미국과 유럽의 학회들이 중심이 된 ‘세계 빛의 해’ 추

진위원회는 이와 같이 여러 가지 획기적 업적들의 기념

해가 겹치는 올해를 좀처럼 보기 드문 최적기로 삼아 빛

과 그 응용에 대한 중요성을 홍보하고 부흥시키고자 매

우 적극적인 활동을 펼쳐 유엔의 지정을 이끌어 냈다.

다. 세계 빛의 해 로고

<그림 3>은 세계 빛의 해 2015의 로고를 보여준다.

그림의 가운데는 태양을 상징하는 것으로서, 생명의 근

원, 지속성과 보편성을 뜻한다. 둘레의 깃발들은 국제

성과 포괄성을 의미하며, 다양한 색깔들은 넓은 스펙트

럼, 과학, 예술, 문화, 교육 등에의 적용을 의미한다. 한

그림3.IYL2015로고[1]그림2.세계빛의해기념인물:알하이삼,프레넬,맥스웰,아인슈타인,펜지어스,윌슨,가오(사진출처:

위키피디아,Britannica,Nobelprize.org)



국광학회는 세계 빛의 해의 공식 참여기관으로서 이 로

고를 올해 각종 행사에 사용할 수 있다.

라. 세계 빛의 해 기념 행사

IYL 2015 참여 기관들은 IYL 개회식을 필두로 세계

각국에서 일년 내내 다양한 행사를 펼치게 된다. IYL

개회식은 프랑스 파리의 유네스코 본부에서 1월 19일과

20일 이틀 동안 열리게 된다. 반기문 UN 사무총장의

영상 메시지가 소개되는 것을 추진 중이며, 네 명의 노

벨상 수상자들을 포함 다수의 인사들과 학자들이 발표

를 할 예정이다. 참여하는 노벨상 수상자들은 미국 에

너지 장관을 역임한 Steven Chu (Stanford

University)와 William Phillips (NIST 및 University

of Maryland), Serge Haroche (Collège de France),

Zhores Alferov (St. Petersburg Academic

University 및 Russian Academy of Sciences)이며,

서방국가들뿐 아니라, 가나, 튀니지, 멕시코, 중국, 남

아프리카 공화국, 카메룬, 베트남, 일본, 필리핀, 케냐

등 다양한 국가의 연사들이 발표를 하여 명실공히 세계

적 행사임을 보여주게 된다.

앞서 설명한 바와 같이 1년 동안 세계 각국에서 다양

한 행사들을 하게 되는데, 유럽에서는 유럽물리학회

(EPS)가, 미국에서는 국제광공학회(SPIE)와 미국광학

회(OSA)가 매우 적극적이다. 국제광공학회는 세계 빛의

해 기념 사진 컨테스트도 가지며, OSA의 경우 IYL 기

념 Optics for Kids 등 다양한 교육행사를 준비 중이다.

2. 국내에서의 추진과정과 행사

가. 추진과정

한국광학회는 SPIE와 OSA를 통해 세계 빛의 해에 대

한 내용을 기획단계 때부터 인지하게 되었다. OSA 이

사회에서 활동하던 김병윤 전임회장(KAIST)과 필자,

그리고 SPIE 이사회에서 활동하던 박승한 전 부회장(연

세대)이 한국광학회와의 가교 역할을 담당하였고, 한국

광학회는 2013년 4월 IYL 추진위원회의 초청을 받아

공식 파트너로 참여하게 되었다. 한국광학회에서는

2014년 3월 상임이사회에서 세계 빛의 해 준비위원회

를 구성하기로 하였고 필자를 준비위원장으로 위촉하였

다. 한국광학회의 세계 빛의 해 준비위원회는 다수의

고문과 위원들로 구성되어 2014년 4월 25일 첫 회의를

시작으로 여러 차례 회의를 하며 많은 논의를 하였다.

특히, 우정원 회장, 정윤철 차기회장, 이상배 부회장,

강훈종 사업이사와 필자가 많은 모임을 가졌고, 김칠민

이사(서강대), 오대곤 회원(산업기술평가원) 등이 큰 노

력을 하였다. 이러한 노력의 일환으로 한국광학회 회장

단이 민병주 의원, 강창일 의원, 김동철 의원 등과 면담

을 가졌고 미래창조과학부, 산업통상자원부 등의 정부

부처 공무원들 및 유네스코 한국위원회, 국립중앙과학

관, 국립광주과학관 등과도 협의를 하였으며, 부산시장

면담, 경상북도 공무원과의 회의 등을 하였다. 다만 정

부부처와의 접촉이 다소 늦어 별도의 예산을 확보하기

는 어려웠지만, 민병주 의원의 ‘2015 세계 빛의 해 지원

에 관한 결의안’ 발의를 이끌어 냈다. 또한 부산시와 경

상북도의 지원을 끌어 낸 것이 큰 수확이었다. 부산시

의 지원을 이끌어 내는 데에는 김칠민 이사의 공이 컸으

며, 경상북도의 지원은 이종민 전임회장과 정윤철 차기

회장의 적극적인 노력이 있었다.

나. 언론 홍보

세계 빛의 해는 빛의 과학과 응용의 중요성을 일반인

들에게 인식시키자는 것이 1차 목표이다. 또한, 이를 계

기로, 한국광학회를 널리 알리고 그 위상을 제고하고자


하며, 정부에도 광학과 광기술의 중요성을 알려 관련 연

구지원을 이끌어 내자는 취지이다. 이러한 목적을 위해

서는 우선 언론 홍보가 중요하다고 준비위원회에서 판

단하였다. 그 동안의 노력으로 세계 빛의 해와 관련하여

지금까지 다음과 같은 언론 홍보가 이루어졌다.

• YTN 사이언스 사과나무 강연: 빛이 밝히는 미래,

나노광학 – 이병호 부회장 (2014. 11. 4.) [3]

• 민병주 의원의 지지 결의안 발의 (이데일리 등 보도,

2014. 11. 12.) [4]

• 전자신문 기고: ‘2015 세계 빛의 해’에 대한 단상 –

김병윤 전임회장 (2014. 12. 9.) [5]

• KBS 차정인의 T-타임: 2015년, 전 세계가 ‘빛’에 주

목하는 이유는? - 이병호 부회장, 강훈종 사업이사

(2014.12.18.) [6]

• 한겨레 신문 칼럼: [유레카] 이븐 알하이삼 - 오철우

기자 (2014. 12. 24.) [7]

• 수학동아 2015년 1월 특집호: 2015 세계 빛의 해 -

빛이 있으라 (이병호 부회장) (2014. 12. 26.) [8]

• 중앙일보: [궁금한 화요일] 미리보는 2015년 과학계

이슈 (2014. 12. 30.) [9]

• 헤럴드 경제: [세상속으로] UN의 ‘2015 세계 빛의

해’ 선포에 부쳐 – 박용근 회원(2014. 12. 31.) [10]

• 조선일보 2015 신년특집 (2015. 1. 1. B9면): 태양보

다 100京배 강한 빛 창조… 한국, 노벨賞으로 한 걸

음 더 [11], 2015 과학 캘린더 [12], ‘빛의 과학’ 시초

는 1000년前 이슬람 과학자… 오늘날 레이저·무선

통신 등 IT산업 근간으로 [13]

• YTN 뉴스: 세계 빛의 해… 특별한 빛이 온다. (이병

호 부회장) (2015. 1. 1.) [14]

• 대덕넷(HelloDD): 새해 신문 보니… 골든 타임 변화

주체는 ‘나’ (2015. 1. 1.) [15]

• 연합뉴스 TV: [글로벌 인사이드] 2015년 세계 각국

주요 기념일 (2015. 1. 2.) [16]

• YTN 사이언스: [판도사] 반짝~ 반짝~ 빛나라 2015

년 세계 빛의 해 (2015. 1. 2.) [17]

• THE AsiaN: [역사 속 오늘 1월 1~2일] 2015년은

‘빛의 해’ (2015. 1. 2.) [18]

• 대덕넷(HelloDD): 한국 과학산업계 ‘2015 10대 관전

포인트’ (2015. 1. 4.) [19]

• 전자신문: [과학 핫 이슈] 2015년, 과학계에는 어떤

일이 (2015. 1. 4.) [20]

• 서울신문: [씨줄날줄] 빛의 해 - 진경호 논설위원

(2015. 1. 5.) [21]

• 남도일보: UN ‘세계 빛의 해 지정’과 광주 (2015. 1.

5.) [22]

• 중앙일보/이데일리: 빛의 축제·과학정상회의..눈

길을 끄는 올해 과학행사 (2015. 1. 7.) [23,24]

• The Science Times: 을미년을 빛낼 세계적인 과학

행사 (2015. 1. 8.) [25]

• 미래창조과학부 웹진 미래이야기 2015년 1월호: [생

활의 발견] 일출, 그리고 「세계 빛의 해 2015」- 이병

호 부회장 (2015. 1. 8.) [26]

• 충청신문: [동로하선] 유엔이 정한 ‘빛의 해’ (2015.

1. 8.) [27]

• KBS 라디오: 현대원의 성공지도 - 이병호 부회장

(2015. 1. 11.) [28]

• 광주일보 칼럼: 우주 속 터럭 하나, 생명공동체로 살

아가기 (2015. 1. 13.) [29]

• YTN 사이언스: R&D 혁신의 원년, 어떤 일들이 예

정되어 있는가? (2015. 1. 14.) [30]

• 금요일에 과학터치: [대전 강연] 세계 빛의 해 2015

– 빛과 레이저 (이병호 부회장) (2015. 1. 30.) [31]

다. 우리나라 행사

2015년 한 해 동안 한국광학회가 세계 빛의 해와 관련



하여 기획 및 참여하는 행사들은 아직 모두 확정되지는

않았지만 현재까지 예정된 행사들은 다음과 같다. 모든

행사가 중요하지만 특히 주목할 만한 것은 7월에 경주

에서 열릴 한국광학회 25주년 기념 및 세계 빛의 해 기

념 학술발표회와 8월에 부산에서 열릴 CLEO Pacific

Rim 2015이다.

• IYL 2015 개회식 참석 및 일본광학회와의 협정서

체결, 유럽광학회와의 협정서 체결 – 우정원 회장,

이병호 부회장, 현경숙 국제협력이사 (프랑스 파리,

2015. 1. 19.~20.)

• 한국광학회 동계학술발표회 (대전 컨벤션 센터) –

IYL 선포 및 소개 (2015. 1. 28.~30.)

• 금요일에 과학터치(대중강연): 세계 빛의 해 2015 -

빛과 레이저 (대전교육과학연구원, 이병호 부회장,

2015. 1. 30.)

• 세계 빛의 해 2015 선포식 및 기념 세미나 (국회의

원회관, 2015. 3.)

• 차세대 리소그래피 학술대회 (Electronics

Manufacturing Korea의 일환으로 개최, 서울

COEX, 2015. 4. 1.~3.)

• Asia-Pacific Optical Sensors Conference (제주

롯데시티호텔, 2015. 5. 20.~22.)

• 국립광주과학관 빛 특별전시회 (2015. 5.~9.)

• COOC (광통신 및 광전자 학술회의) (부산 해운대

한화리조트, 2015. 6. 3.~5.)

• 한국광학회 25주년 및 세계 빛의 해 기념 학술대회

(경주 화백 컨벤션 센터, 경상북도 재정 일부 지원,

2015. 7. 13.~15.) - 특별 행사: “광기술의 미래” 특

별 워크숍 (참석자: 미국광학회, 국제광공학회, 유

럽물리학회, 일본응용물리학회, 중국광학회 회장

또는 부회장), 빛 사진전도 개최 예정

• CLEO Pacific Rim 2015 (Conference on Lasers

and Electro-Optics Pacific Rim) (부산 BEXCO,

부산시 재정 일부 지원, 2015. 8. 24.~28.) - 세계

빛의 해 기념 석학 대중강연회 및 산업체 강연회

• Korea-Japan Workshop on Digital Holography

and Information Photonics (강릉 KIST 분원,

2015. 9.)

• Photonics Korea (광주 김대중 컨벤션 센터, 한국

광산업진흥회, 2015. 10. 7.~9.)

이 외에도 한국광학회의 다양한 분과행사들이 있을

예정이다. 또한, 유네스코 한국위원회, 한국정보디스플

레이학회, 대한안과학회, 대한검안학회 등과도 공동행

사를 협의 중이다.

3. 결언

광학과 광기술의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지

않다고 해도 과언이 아니다. 빛과 레이저는 물리 뿐 아

니라 화학, 생물 등의 다양한 자연과학에서도 중요한 도

구로 사용되고 있으며, 그 응용은 디스플레이, LED 조

명, 광통신, 홀로그램, 인터랙티브 디스플레이, 광 데이

터 저장장치, 광계측 및 광센서, 태양전지, 의료용 레이

저, 바이오 이미징 등 이루 헤아릴 수 없을 정도로 많다.

타운즈(Townes)는 자신이 이론적 토대를 만든 레이저와

직접 관련하여 노벨상을 받은 사람이 2000년까지 13 명

이라고 자랑했었는데[32], 그 이후에도 빛과 관련하여

여러 번 노벨상이 수여되었다. 2005년, 2009년, 2012년

의 노벨 물리학상이 그리하였으며, 2014년에는 노벨 화

학상(초고해상도 형광 현미경)과 노벨 물리학상(청색

LED)이 모두 빛과 관련한 연구개발에 주어졌다.

모쪼록, 세계 빛의 해 2015가 우리 광학 연구개발 종

사자들에게 큰 힘이 되고 광학과 그 기술의 중요성을 일

반인들에게 널리 알려 우리의 위상도 높일 수 있는 기회

가 되기를 바란다. 또한, 올해에 국내 연구진들의 뛰어

난 연구결과들도 발표되어 우리나라 광학과 광기술의 세

계적 우수성도 보여주는 한 해가 되기를 기원한다.


[1]IYL홈페이지http://www.light2015.org/Home.html

[2]http://www.whitehouse.gov/the-press-office/2014/10/03/fact-sheet-president-obama-announces-new-manufacturing-innovation-instit

[3]http://www.youtube.com/watch?v=U661kHHUz8Q

[4]http://www.edaily.co.kr/news/NewsRead.edy?SCD=JE41&newsid=03204566606285064&DCD=A00504&OutLnkChk=Y

[5]http://www.etnews.com/20141209001203

[6]http://www.youtube.com/watch?v=x-PlVtoWe0U

[7]http://www.hani.co.kr/arti/opinion/column/670605.html

[8]http://math.dongascience.com/intro/cont?num=201501

[9]http://joongang.joins.com/article/060/16812060.html?ctg=1603&cloc=joongang%7Chome%7Cnewslist1

[10]http://biz.heraldcorp.com/view.php?ud=20141231000045

[11]http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2014/12/31/2014123103263.html



[14]http://www.ytn.co.kr/_ln/0105_201501020135400733

[15]http://www.hellodd.com/news/article.html?no=51486

[16]http://www.news-y.co.kr/MYH20150102002000038/

[17]http://science.ytn.co.kr/program/program_view.php?s_mcd=0014&s_hcd=&key=201501050901274657

[18]http://kor.theasian.asia/archives/130324

[19]http://www.hellodd.com/news/article.html?no=51506

[20]http://www.etnews.com/20150102000062

[21]http://www.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20150105031005&spage=1

[22]http://www.namdonews.com/news/articleView.html?idxno=377581

[23]http://article.joins.com/news/article/article.asp?total_id=16870701&ctg=1601

[24]http://www.edaily.co.kr/news/NewsRead.edy?SCD=JE31&DCD=A00504&newsid=01154566609235424

[25]http://www.sciencetimes.co.kr/?news=%EC%9D%84%EB%AF%B8%EB%85%84%EC%9D%84-%EB%B9%9B%EB%82%BC-%EC%84%B8%EA%B3%84%EC%A0%81%EC%9D%B8-%EA%B3%BC%ED%95%99-%ED%96%89%EC%82%AC

[26]http://www.msip.go.kr/webzine/posts.do?postIdx=79

[27]http://www.dailycc.net/news/articleView.html?idxno=212852

[28]http://www.podbbang.com/ch/7518

[29]http://www.kwangju.co.kr/read.php3?aid=1421074800541473067

[30]http://www.youtube.com/watch?v=exSruOnKcxs

[31]http://sciencetouch.nrf.re.kr/

[32] C.H.Townes,“Introductiontothemillenniumissueofthejournalofselectedtopicsinquantumelectronics,”IEEEJournalof

SelectedTopicsinQuantumElectronics,6(6),829-831(2000).

참고자료

초대석


광통신 기술

광통신은 정보화 시대의 핵심 인프라 기술이다. 한국은 90년대부터 브로드밴드를 경제성장의 핵심

인프라로 육성했으며, 이를 바탕으로 부품에서 서비스에 이르기까지 산업 전반에 경쟁력 강화를

도모하고 있다. 20세기는 자동차가 다니는 도로 건설을 위한 자동차의 길, 수도 시설 보급을 위한 물의

길, 전기를 가정에까지 보급하는 전기의 길, 전화 통화를 가능하게 하는 통화의 길 구현이 필요했다면,

21세기에는 누구에게나 동등한 정보 접근권을 보장하여 인류 보편적 가치 실현을 위한 광통신의 길에

대한 중요성이 강조되고 있으며, 광통신은 신체의 영양소 공급을 담당하는 혈관과 같이 정보화 시대의

혈관이라 해도 과언이 아니다.

광통신은 정보를 레이저 빛으로 바꾼 다음 유리로 이루어진 광섬유의 전반사 특성을 이용하여 정보를

주고받는 통신 방식이다. 1870년 John Tyndal이 튜브내의 물줄기에서 태양빛이 전반사를 통해

전달되는 현상을 최초로 발견한 것이 현대 광통신의 시작이라 볼 수 있고, 전화기를 발명한 Alexander

Graham Bell이 1880년 태양빛과 진동자, selenium crystal 수신기를 이용해 Photo-Phone을 발명하였다. 지금으로부터 약

60여년전에 레이저의 원리가 제안되었고, 유리로 만들어진 광섬유를 통해 레이저 빛을 장거리 전송할 수 있는 아이디어가 1960년대에

제안되었다. 1970년대에 들어 상온에서 동작하는 레이저와 수십 km 전송이 가능한 광섬유가 개발되면서 광통신 기술은 대륙과

대륙을 연결하는 해저케이블, 도시와 도시를 연결하는 국가의 백본망, 도시내의 메트로망과 가정에 정보를 전달하는 광가입자망

이르기까지 적용분야가 확대되었다.

광통신 시스템의 용량이 초기의 수 Mbps에서 현재의 수백 Gbps~수십 Tbps급으로 발전하기까지 몇 번의 획기적인 전환점이

있었다. 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 발명은 광신호의 크기가 광섬유를 따라 전달되면서 감소하는 현상을 극복하였으며, 서로 다른

파장에 서로 다른 정보를 전송할 수 있는 파장분할다중화방식 광전송과 색분산 한계 극복을 위한 분산보상 광섬유 기술은 광통신

용량을 증대시키는 획기적인 전환점이었다. 편광분할다중화 방식과 코히어런트 광수신 기술은 채널당 전송속도를 100Gbps급으로

유지하면서 장거리 전송할 수 있는 시대를 열게 되었다.

최근 고속, 고품질 멀티미디어 서비스의 확산과 스마트폰, 태블릿 PC 등의 모바일 서비스의 증가로 인터넷 데이터 트래픽은

가히 폭발적인 증가하고 있으며, 사이언스 매거진에 의하면 광통신 기술 발전이 트래픽 증가 속도를 따라가지 못하는‘전송용량

부족’(Capacity crunch) 현상이 예측되고 있는 실정이다. 한편, 광통신 기술은 이동통신 단말간의 원활한 통신과 서비스를 위한

광기반 모바일 프론트홀 분야나 가시광 대역의 LED 조명빛을 새로운 정보 전달 매체로 사용하는 LED 무선 광통신 기술에 이르기까지

응용분야가 확대되고 있다.

본 특집호에서는 전송 용량 부족 현상을 근본적으로 해결하기 위한 다양한 시도를‘차세대 대용량 광전송 기술’에서 소개하고 있고,

광전송망, 회선망, 패킷망을 하나로 통합하여 단순하고 효율적으로 트래픽을 처리하여 트래픽 폭증 문제를 해결하는 기술을‘광-

회선-패킷 통합 스위칭 시스템 기술’에서 소개하고 있다. 4세대 및 5세대 이동통신망을 위한 새로운 개념의 이동통신 프론트홀

기술을‘RoF기반 차세대 모바일 프론트홀 기술’에서 소개하며, LED를 이용한 새로운 광통신 기술 개척과 가능성을‘LED 가시광

통신기술’에서 소개한다.

이번의 광통신 기술 특집은 정보화의 토대가 되는 광통신에 대한 이해도를 높이는 시의 적절한 연구 분야 소개라 할 수 있다. 아울러

앞으로 국내에서 관련 분야의 연구가 더욱 활성화 될 것을 기대한다.

정 환 석한국전자통신연구원·광가입자연구실

차세대 대용량 광전송 기술 10김 훈

광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템 기술 16최우영, 김홍주, 김태일, 주범순, 이종현

광기반 모바일 프론트홀 기술 22조승현, 정환석, 이종현

무선 가시광 통신 기술 29김성만

특집■광통신

차세대 대용량 광전송 기술



1. 서론

지난 이십여 년간 매년 40~50%씩 지수적으로 증가해

온 데이터 트래픽은 최근 동영상, 무선 데이터, 그리고

클라우드 서비스(cloud service) 등의 데이터 응용 서비

스의 지속적인 트래픽 증가로 인하여 그 증가세가 유지

되고 있으며, 사물 인터넷 등의 새로운 서비스의 도입으

로 적어도 향후 수년간 이러한 추세가 지속될 것으로 예

측되고 있다 [1], [2]. 데이터 트래픽 증가를 수용하기 위

하여 광전송 시스템은 다양한 진보된 기술을 사용하여

진화되어 왔다. 1990년 대에는 어븀 첨가 광섬유 증폭기

(erbium-doped fiber amplifier)와 파장 분할 다중화 방

식 기술이 도입되어 전송 용량을 경제적으로 증가시킬

수 있었으며, 2000년대 초 중반부터는 직접 검출

(direct-detection) 위상 변조 방식이 광통신에 적용되어

용량 증대를 이끌었다 [3].

최근 광통신 시스템의 용량을 크게 증가시킨 기술로는

다치 (multi-level) 변조 방식, 편광 분할 다중화 방식,

그리고 코히어런트(coherent) 광수신기를 들 수 있다.

하나의 심볼(symbol)에 여러 비트의 정보를 전송할 수

있는 다치 변조 방식은 광섬유의 주파수 효율성(spectral

efficiency)을 크게 증가시킬 수 있다. 예를 들면, M 개

의 레벨을 가진 변조 방식의 신호(예, 64-QAM)는 동일

대역폭을 차지하는 OOK 이진 변조 방식 신호에 비하여

log2(M)배 많은 정보를 전달할 수 있다. 그러나, 레벨 수

가 증가할수록 특정 비트 오류율(bit-error rate)을 만족

시키기 위한 신호 대 잡음비 역시 증가하므로, 다치 변조

방식을 이용하여 광전송 시스템의 용량을 증대시키기 위

해서는 전송 거리를 줄이거나 광증폭기 간의 간격을 좁

히는 등 신호의 왜곡 및 잡음 누적을 감소시키는 방안이

병행되어야 한다. 편광 분할 다중화 방식은 두 직교 편광

에 독립적인 신호를 인가하여 전송하는 방식으로 광섬유

의 주파수 효율성을 두 배 향상시킬 수 있다. 편광 역다

중화는 편광 분할 다중화된 광신호의 편광 축을 편광 분

할기의 편광 축에 정렬시킴으로써 가능하다. 그러나, 광

섬유를 진행하는 광신호의 편광은 통상 시변(time

varying)하므로 동적 편광 조절기를 사용하여 광신호의

편광 축을 편광 분할기의 편광 축에 정렬시켜야 한다. 그

럼에도 불구하고 동적 편광 조절기를 사용하는 편광 역

다중화 방식은 수신단의 복잡도를 증가시킬 뿐만 아니라

어떠한 편광 변화에도 단시간의 편광 축 불일치 없이 동

작하는 수신기의 구현이 까다로우므로 그 사용이 매우

제한적이다 [4]. 이에 반하여 코히어런트 광수신기는 전

기적 영역에서 디지털 신호 처리 기술을 이용하여 편광

역다중화를 수행할 수 있다. 코히어런트 광수신기는 광

신호의 편광, 세기, 주파수, 위상 정보를 손실 없이 전기

적 영역으로 변환시키므로 유한 응답 특성 필터 (finite

impulse response filter)를 사용하여 신호의 역다중화


차세대 대용량 광전송 기술 김 훈*

*·KAIST·전기및전자공학과


및 검출이 가능하다. 기존의 직접 검출 광수신기와 비교

해서 코히어런트 광수신기의 또 다른 장점으로 디지털

신호 처리 기술을 이용한 복잡한 다치 변조 방식 신호의

복조 및 검출을 들 수 있다. 광 국부 발진기 (optical

local oscillator)를 이용하여 전기적 영역으로 변환된 다

치 변조 신호는 전기 통신에서 널리 활용되는 코히어런

트 검출 방식을 이용하여 최소한의 광전력만으로도 검출

이 가능하다. 또한 전기적 필터를 사용하여 파장 분할 다

중화된 신호의 역다중화를 수행할 수 있으므로 파장 간

격을 최소화할 수 있다는 장점도 있다 [5]. 그 밖에 코히

어런트 광수신기는 선형적인 신호 왜곡, 열화, 그리고 누

화(crosstalk)를 디지털 신호 처리 기술을 이용하여 보상

할 수도 있다. 이러한 수많은 장점을 지닌 코히어런트 광

수신기는 광학 전단부(optical front-end)에 광 국부 발

진기, 90도 하이브리드(hybrid), 그리고 4개의 광검출기

(photo-detector) 등 고가의 광소자가 필요함에도 불구

하고 대용량 광통신 시스템에 폭넓게 활용되고 있다.

2. 공간 분할 다중화 방식

서론에서 언급한 기술들을 복합적으로 사용하여 광전송

시스템의 용량을 극대화시키는 노력이 최근 지속되고 있

다. 다치 변조 방식 및 편광 분할 다중화 방식을 사용하여

심볼당 10 비트 이상의 정보를 수용하며, 코히어런트 수신

기반 파장 분할 다중화 방식 광전송 시스템에서 파장 간격

을 최소화함으로써 광증폭기의 가용 대역폭 내에 최대한

많은 수의 채널을 수용하는 시스템의 구현이 가능해졌다.

일례로 294 Gb/s 128-QAM OFDM으로 변조된 370 개의

WDM 채널이 25 GHz 간격으로 배치되어 전체 전송 용량

101.7 Tb/s의 신호를 단일 모드 광섬유 165 km에 전송한

실험 결과가 보고된 바 있다 [6]. 약 12 THz 에 달하는 C와

L 밴드의 광섬유 대역폭을 10 b/s/Hz 의 주파수 효율성을

가진 신호로 채웠을 때 얻을 수 있는 최대 용량이 120 Tb/

s 인 것을 감안하면, 시연된 광통신 시스템의 용량이

Shannon 한계치에 근접했음을 알 수 있다. 광섬유 기반

광통신 시스템의 용량은 전통적인 Shannon 한계 예측과

는 달리 광섬유의 비선형성으로 인하여 시스템의 최대 용

량을 얻을 수 있는 신호의 세기에 제한이 있다 [7]. 따라

서, 상기 기술들을 활용한 광통신 시스템의 용량 증대는

머지 않아 한계점에 도달할 것이므로 지속적인 용량 증대

를 위한 새로운 전송 기술이 절실히 요구된다. 최근 공간

분할 다중화(space-division multiplexing) 방식이 이러한

필요를 충족시킬 수 있는 기술로 각광받고 있다. 공간 분

할 다중화 방식은 서로 다른 공간을 사용/차지하는 광신호

를 다중화하여 전송 용량을 증대시키는 기술로서 이미 광

섬유 리본(fiber ribbon)이나 다심 광섬유 케이블의 형태로

상용화되어 널리 사용되고 있다. <그림 1(a)>는 여러 가닥

의 광섬유를 사용하는 공간 분할 다중화 방식 광전송 시스

템을 보여준다. 광섬유 리본이나 다심 광섬유 케이블과 같

이 여러 가닥(예, N 개)의 개별 광섬유를 사용하는 시스템

의 경우 각 광섬유 코어(core) 마다 클래딩(cladding)과 코

팅(coating) 층이 각각 존재하므로 광섬유 간의 누화가 없

는 N 개의 독립적인 광전송 시스템으로 간주할 수 있다.

그러나 최근 공간 분할 다중화 방식에 관한 연구는 단순히

여러 가닥의 광섬유를 사용하여 전송 용량을 증가시키기

보다는 공간 분할 다중화 기술을 이용하여 한 가닥의 광섬

유가 제공할 수 있는 용량을 증대시키는데 초점이 맞추어

져 있다. 이는 N 가닥의 광섬유를 사용하는 시스템은 기본

적으로 한 가닥의 광섬유를 사용하는 시스템에 비하여 N

배 많은 공간을 차지할 뿐만 아니라 N 배 비싸기 때문이

다. 용량이 N 배 증대된 시스템을 보다 작은 공간에 경제

적으로 구현하기 위해서는 광전송 시스템을 구성하는 모

든 구성 요소들을 집적화할 필요가 있다. 이는 공간 분할

다중화 방식 광전송 시스템을 위한 광송수신기를 포함하

여 광증폭기, 광학 소자들뿐만 아니라 광섬유 역시 집적화

되어야 함을 의미한다. 최근 공간 분할 다중화 방식을 이

용하여 한 가닥의 광섬유에 여러 독립적인 정보를 전송하

기 위하여 한 개의 광섬유 클래딩에 여러 개의 코어가 존

재하는 다중 코어(multi-core) 광섬유와 다중 모드 광섬유

그림1. (a)광섬유다발기반,(b)다중코어광섬유기반,(c)다중모드

광섬유기반공간분할다중화방식광전송시스템




의 각 모드에 독립적인 정보를 실어 전송하는 모드 분할

다중화 방식에 대한 연구가 활발하다. <그림 1(b) 와 (c)>는

각각 다중 코어 광섬유와 다중 모드 광섬유를 사용하는 공

간 분할 다중화 방식 광전송 시스템을 보여준다. 본 고에

서는 상기 광섬유를 사용하는 공간 분할 다중화 방식 광전

송 시스템을 소개하고, 최근 연구 동향 및 기술적인 문제

점을 개괄한다.

3. 다중 코어 광섬유 기반 공간 분할 다중화 기술

한 개의 클래딩에 여러 개(예, N 개)의 코어가 분포되

어 있는 다중 코어 광섬유는 기존의 단일 모드 광섬유와

비교하여 유사한 공간을 차지하면서 최대 N 배 광전송

시스템의 용량을 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다. 다

중 코어 광섬유는 기본적으로 코어 간에 광신호의 누화

가 크지 않도록 설계/제작하여 수신단에서 각 코어 별로

독립적으로 신호를 수신 검출하는 것을 가정한다. 물론

광섬유 코어 간의 누화가 상당하여도 다중입력 다중출력

(multiple input multiple output: MIMO) 디지털 신호

처리 기법을 활용하여 광섬유 코어 간의 누화를 보상할

수 있지만 코어 수가 증가할수록 수신단의 MIMO 신호

처리 복잡도가 크게 증가하므로 코어 간의 누화를 적정

수준 이하로 제한하여 누화 보상 없이 수신기를 구성하

는 것이 바람직하다. <그림 2>는 다치 변조 방식 별로 누

화의 양에 대한 수신단에서 요구되는 광신호 대 잡음비

(optical signal-to-noise ratio: OSNR)를 보여준다

[8]. 광신호 대 잡음비 페널티(penalty)를 2 dB 이하로

설정할 경우 QPSK 변조 방식은 전송 후 누적 누화가 12

dB 이하, 64-QAM 변조 방식은 27 dB 이하로 억제되어

야 한다. 다중 코어 광섬유에서 코어 간 누화는 코어 간

간격과 코어 간의 전파 상수(propagation constant) 차

이가 클수록 감소한다. 광섬유의 코어 간 간격을 늘이는

방법은 코어 간 누화를 손쉽게 감소시킬 수 있다는 장점

이 있으나, 광섬유의 공간 효율성 역시 감소시킨다는 단

점이 있다. 특히, 광섬유 포설 중 언제나 발생할 수 있는

광섬유의 구부러짐과 뒤틀림에도 실리카 광섬유의 기계

적 견고성을 확보하기 위해서는 클래딩 직경이

230~250㎛ 이하로 제한되어야 하므로 [9] 단순히 코어

간의 간격을 늘리는 방법으로는 광섬유의 공간 효율성을

극대화하는데 한계가 있다. 촘촘히 배열된 광섬유 코어

에서 누화를 억제할 수 있는 또 다른 방법은 서로 다른

종류의 코어(즉, 다른 도파로 구조 또는 굴절률을 지닌

코어)를 교대로 배치하여 인접한 코어 간의 전파 상수 차

이를 늘이는 방법이 있다 [10]. 이 방법은 코어 간의 간격

을 최대 절반까지 좁힐 수 있어 광섬유의 공간 효율성을

두 배 가량 높일 수 있을 것으로 기대된다. 상기 언급된

방법과 더불어 코어 주변에 굴절률 해자(trench)를 삽입

하여 광신호를 코어 내에 국한 시키는 방법이 최근 각광

받고 있다. 이 방법은 광신호의 모드 필드 지름(mode

field diameter)을 감소시킴으로써 인접 코어로 결합

(coupling)되는 광전력을 억제시키므로 광섬유의 공간

효율성을 더욱 향상시킬 수 있다. 최근 이러한 방법을 활

용하여 코어 간 누화를 -70 dB 이하로 억제한 17.4 km

의 7 코어 광섬유가 보고된 바 있으며 [11], 19개의 코어

를 배치한 다중 코어 광섬유도 시연된 바 있다 [12].

다중 코어 광섬유 기반 공간 분할 다중화 방식 광전송

시스템의 구현에 필수적으로 요구되는 소자 중 하나는

다중 코어 광섬유와 단일 모드 광섬유를 이어주는 팬인

팬아웃(fan-in fan-out) 이다. 이 소자는 다수의 단일

모드 광섬유 기반 광소자와 다중 코어 광섬유를 연결하

거나, 두 개의 서로 다른 다중 코어 광섬유를 서로 연결

할 때 사용된다. 구현 방법으로는 여러 개의 단일 모드

광섬유 다발의 폭을 점차 감소시키는(tapering) 방식과

렌즈를 사용하여 광신호를 각 코어에 인가하는 방식이

흔히 사용된다 [13], [14]. N 개의 코어를 지닌 다중 코어

광섬유 기반 공간 분할 다중화 방식 광전송 시스템이 N

개의 단일 모드 광섬유로 구성된 시스템보다 우수한 경

제성으로 구현되기 위해서는 다중 코어 광섬유 증폭기가 그림2.변조방식별누화에따른요구되는광신호대잡음비


필수적으로 요구된다. 이 광증폭기는 다중 코어 광섬유

의 신호를 N 개의 개별적 단일 모드 광섬유 신호로 변환

하지 않고 동시에 증폭할 수 있는 소자이다. 현재 다중

코어 광증폭기를 구현할 수 있는 기술로서 가장 각광받

는 기술은 클래딩 펌프 기반 광증폭기이다 [15]. 단일 펌

프 광을 이용하여 다중 코어의 어븀 원소를 여기 시킴으

로써 다중 코어 광섬유 구조를 유지하면서 다중 코어의

신호를 동시에 증폭할 수 있다. 다중 코어 간 증폭 이득

차이가 발생할 경우 이득 등화기(equalizer)를 이용하여

그 차이를 보상할 수 있을 것으로 기대된다 [16]. 그 밖에

도 다중 코어 광섬유 기반 공간 분할 다중화 방식 광전송

시스템이 경제적으로 구현되기 위해서는 상기 개괄한 몇

몇 광학 소자 이외에도 다양한 광학 소자들(예, 광결합

기, 광학 필터, 광학 스위치 등등)이 다중 코어 광섬유 기

반으로 개발되어야 한다.

4. 다중 모드 광섬유 기반 공간 분할 다중화 기술

다중 모드 광섬유는 공간적으로 각기 상이한 전자기장

의 모습을 지닌 복수 개의 공간 모드를 수용하므로 이러

한 모드들에 독립적인 정보를 실어 전송함으로써 전송

용량의 증대가 가능하다. <그림 3>은 계단형 굴절률 분

포를 갖는 광섬유(step-index optical fiber)의 정규화된

주파수 V 에 대한 정규화된 전파 상수 b의 관계를 보여

준다. 정규화된 주파수가 2.4이상이 되면 광섬유는 2개

이상의 공간 모드를 수용한다. 광섬유의 코어 지름이 50

㎛ 인 다중 모드 광섬유는 1.5㎛ 의 파장 대역에서 정규

화된 주파수가 ~20 이 되며, 약 200 개의 공간 모드를

수용한다. 따라서, 이론적으로 이러한 광섬유를 사용하

여 200배의 용량 증대가 가능하다. 그러나, 다중 모드 광

섬유의 각 모드에 실린 광신호들은 광섬유를 진행함에

따라 모드 간의 결합이 빈번하게 발생하여 모드 간에 누

화를 야기한다. 이는 이상적인 다중 모드 광섬유에서는

모드 간의 결합이 발생하지 않지만, 실제 광섬유는 미세

한 굴절률의 변화, 광섬유의 구부림과 뒤틀림 등에 의하

여 광섬유 모드 간의 결합이 유도되기 때문이다 [17]. 광

섬유의 컨넥터(connector) 중심 축에 오차가 발생하는

경우에도 모드 간의 결합이 발생한다 [18]. 광섬유에서

모드 간의 결합은 모드의 전파 상수 차이에 큰 영향을 받

는다. 예를 들어 모드 간 전파 상수 차이가 거의 없는 축

퇴(degenerate) 모드의 경우 수십에서 수백 미터의 전송

거리에도 두 모드 간의 결합이 상당하다고 알려져 있다

[17]. 이에 반하여 모드 간 결합 상수 차이가 큰 비축퇴

(nondegenerate) 모드의 경우에는 두 모드 간의 결합이

이루어지는데 수십에서 수백 킬로미터의 길이가 필요하

다. 따라서, 다중 모드 광섬유를 사용하는 공간 분할 다

중화 방식 광전송 시스템은 모드 간의 결합 정도가 미미

하여 모드 간의 누화를 보상하지 않아도 되는 경우와 그

렇지 않은 경우로 구분할 수 있다.

모드 간 발생하는 누화가 특정 변조 방식의 신호를 수

신하는데 있어서 큰 페널티를 유발하지 않을 경우에는

수신단의 MIMO 신호 처리 복잡도를 줄이기 위하여 모

드 간의 결합에 의한 누화를 상쇄하지 않고 수신할 수 있

다. 모드 그룹 다중화(mode group multiplexing)방식은

이러한 전송 기술의 좋은 예가 된다. 이 전송 방식은 유

사 전파 상수를 지닌 여러 모드를 하나의 전송 채널로 설

정하여 동일 정보를 실어서 전송하는 기술이다. 따라서

수신 단에서는 전파 상수가 유사하여 모드 간 결합이 강

하게 발생하는 모드들을 구별하지 않고 하나의 수신기로

신호를 수신한다. 최근 이 방법을 이용하여 5 킬로미터

의 다중 모드 광섬유에 10개의 모드 그룹을 전송한 실험

결과가 보고되었다 [19]. 그러나, 다중 모드 광섬유의 모

드 간 전파 상수의 차이가 큰 경우에도 모드 간의 결합

정도는 전송 거리와 함께 증가하므로 모드 그룹 다중화

기술은 비교적 전송 거리가 짧은 시스템에만 활용 가능

하다. 다중 모드 광섬유 기반 공간 분할 다중화 기술이

장거리 전송 시스템에 사용되기 위해서는 결국 모드 간

의 결합에 의한 신호의 누화를 수신단에서 보상해 주어

야 한다.

다중 모드 광섬유의 M 개 모드에 M 개의 독립적인 정보

그림3. 계단형굴절률분포를갖는광섬유(step-indexopticalfiber)의

정규화된주파수V에대한정규화된전파상수b의관계




를 실어 전송하는 공간 분할 다중화 방식 광전송 시스템은

수신단에서 각 모드를 역다중하고, M 개의 코히어런트 광

수신기로 이를 각각 수신한 후, MIMO 신호 처리 기술을

이용하여 누화를 상쇄시킬 수 있다. 이 때, 특정 모드의 신

호에 누화를 야기하는 모드의 수는 M-1 개가 되며, 따라

서 수신단에는 M×M 격자 구조의 MIMO 등화기가 요구

된다 [20]. 모드 수가 증가함에 따라 수신단의 복잡도를 증

가시키는 다른 요인은 모드 간의 군속도의 차이

(differential modal delay)이다. 간단한 예로 <그림 4>에서

보듯이 두 개의 모드(LP01 과 LP

11) 간의 군속도 차이가 있

는 경우를 생각해 보자. 모드 간의 결합이 전송 과정 내내

이루어지므로 전송 후 군속도의 차이에 의하여 LP11 모드

의 특정 심볼에 영향을 주는 LP01 모드의 심볼이 넓게 분포

하게 됨을 알 수 있다. 따라서, 수신단에서 특정 심볼에 영

향을 미치는 타 모드의 신호에 대한 모든 정보를 수신단에

서 확보하여야 모드 결합에 의한 누화를 완벽하게 상쇄시

킬 수 있다. 이는 모드 간 최대 군속도 차이가 증가할수록

MIMO 등화기의 크기가 커져야 함을 의미한다. 앞서 언급

한 바와 같이 다중 모드 광섬유에서 모드 간의 결합을 일으

키는 이유가 온도 및 압력 등에 의한 제어 불가능한 내외적

환경에 있으므로 모드 결합은 시변하는 특징이 있다. 따라

서 수신단에서 시변하는 광섬유 채널의 전달 함수를 예측

하고 이를 보상하기 위해서는 주기적으로 MIMO 등화기의

계수를 갱신하여야 한다. 이는 MIMO 등화기를 사용하는

공간 분할 다중화 방식 광전송 시스템의 구현 복잡성을 크

게 증가시킨다. 이와 같이 모드 수가 증가할수록 수신단의

MIMO 신호 처리 복잡도가 매우 크게 증가하므로 이를 해

결하고자 하는 노력이 진행 중이다. 예를 들면 광전송 시

스템의 최대 군속도 차이를 감소시켜 MIMO 등화기의 크

기를 줄이고자 하는 연구가 진행되고 있다. 이를 위하여

광섬유의 도파로 구조 및 굴절률 분포를 잘 설계하여 최대

군속도 차이를 감소시키는 방안이 제시된 바 있다 [21]. 또

한, 서로 군속도 차이가 다른 이종 광섬유를 활용하여 최

대 군속도 차이를 감소시키는 방법도 보고되었다 [22].

다중 모드 광섬유 기반 공간 분할 다중화 방식 광전송

시스템을 구현하기 위해서는 모드 다중화기와 역다중화

기가 필요하다. 이 소자는 다수의 단일 모드 기반 광송수

신기와 다중 모드 광섬유를 연결하는 수동 소자이다. 이

를 위하여 단일 모드 광신호를 다중 모드 광섬유의 개별

모드로 변환한 후 합파하는 방식이 사용될 수 있으나 이

방법은 확장성이 제한된다는 단점이 있다. 이러한 문제

점을 해결하기 위한 방안으로 최근 포토닉 랜턴

(photonic lantern) 방식 모드 다중화기/역다중화기에

대한 연구가 활발하다 [23]. 포토닉 랜턴은 유한 수의 단

일 모드를 중첩시켜 다중 모드를 근사시키는 소자로서

단일 모드 광섬유 다발의 폭을 점차 감소시키는 방법 등

으로 구현 가능하다. 앞 절의 다중 코어 광섬유 기반 공

간 분할 다중화 방식 광전송 시스템의 구현에 필요한 광

소자와 마찬가지로 다중 모드 광섬유 기반 시스템 역시

다중 모드 광증폭기를 비롯한 다양한 다중 모드 광섬유

기반 광학 소자의 개발이 요구된다.

5. 결론

본 고에서는 최근 광전송 시스템의 용량 증대를 이끌

어온 기술들을 간단히 살펴보고, 향후 이러한 용량 증대

를 지속시킬 기술로서 공간 분할 다중화 방식을 개괄하

였다. 코히어런트 광수신기의 재 출현으로 빛의 편광, 세

기, 주파수, 위상에 실려 있는 정보의 검출이 용이해졌으

며, 정보의 밀도 역시 극대화할 수 있게 되어 광전송 시

스템의 용량이 머지않아 Shannon 한계치에 도달할 것

으로 여겨진다. 이에 지속적인 광전송 시스템의 용량 증

대를 이끌 수 있는 방안으로 최근 공간 분할 다중화 방식

이 주목 받고 있다. 공간 분할 다중화 방식이 단순히 여

러 가닥의 광섬유를 사용하는 것을 뛰어 넘어 효율적으

로 광전송 시스템의 용량 증대를 이루기 위해서는 시스

템을 구성하는 모든 구성 요소들이 집적화되어야 한다.

이는 광송수신기, 광증폭기, 그리고 광다중화/역다중화

기를 비롯한 광학 소자/광전자 소자의 집적화뿐만 아니

라 광섬유의 집적화를 의미한다. 따라서, 차세대 대용량

광전송 기술로서 공간 분할 다중화 방식 광전송 시스템

을 구현하는 광섬유, 광소자 및 서브 시스템의 집적화에

향후 많은 연구가 이루어질 것으로 예상된다. 그림4.그룹전파속도가상이한서로다른두모드의다중모드광섬유전파


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약 력

김 훈

•2014년·5월·-·현재· KAIST·전기및전자공학과,·부교수•2007년·7월·-·2014년·5월· National·University·of·Singapore,·조교수•2002년·9월·-·2007년·6월· 삼성전자·통신연구소,·책임연구원•2001년·4월·-·2002년·7월· Bell·Labs,·Lucent·Technologies,·연구원•2000년·9월·-·2001년·3월· KAIST·전기및전자공학과,·연구원•1996년·3월·–·2000년·8월· KAIST·전기및전자공학과,·공학박사•1994년·3월·–·1996년·2월· KAIST·전기및전자공학과,·석사•1990년·3월·–·1994년·2월· KAIST·전기및전자공학과,·공학사

광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템 기술



1. 서론

최근 고속, 고품질 멀티미디어 서비스의 확산과 스마

트폰, 태블릿 PC 등의 모바일 서비스의 증가로 인터넷

데이터 트래픽은 가히 폭발적인 증가 상태이다. 2014년

시스코 백서[1]에 따르면 2013년 ~ 2018년까지 트래픽

은 1년에 평균 21%(CAGR: Compound Annual Growth

Rate) 증가할 것으로 예측되고, 사이언스 매거진[2]에 의

하면 2020년경 광 전송 기술 발전이 트래픽 증가 속도를

따라가지 못하는 ‘전송용량 부족’(Capacity crunch) 현상

이 예측되고 있다.

데이터 트래픽의 폭증과 전송용량 부족으로 통신사업

자의 설비 증설이 계속적으로 요구되고 있으나, 망 구축

비용과 운용 비용의 증가로 수익은 정체 내지 감소하는

‘트래픽 증가 대비 수익의 탈 동조화 현상’이 발생하고 있

어 통신사업자가 신규 설비 투자를 주저하고 있는 상황

이다. 또한 현재의 서비스 사업자 망은 광 전송망, 회선

망, 패킷 망이 각각 계층 별로 설치 및 운용되고 있어, 망

관리가 복잡하고, 장비를 설치하는 상면적이 커서, 시설

확장이 용이하지 않으며 네트워크 장비의 소비 전력도

해마다 증가하는 문제점을 내포하고 있다.

이러한 당면 현안들에 대한 해법으로 데이터 트래픽

폭증에 따른 향후 전송 용량 부족 상황이 발생할 것에 대

비하여 광 전송 용량 확장을 위한 초고속 광 전송 기술인

Beyond 100G 기술(400G, 1T)과, 공간분할 광전송 등에

관한 연구 개발을 진행하고 있다. 또한 통신사업자의 트

래픽 증가 대비 수익의 탈 동조화 현상을 극복하고 투자

요인을 제공하기 위해서 새로운 서비스 창출을 통한 수

익증대와 더불어 네트워크 CAPEX(Cap i t a l

Expenditures)/OPEX(Operating Expenditures)를 획

기적으로 절감할 수 있는 새로운 네트워크 장비 및 망 구

조를 필요로 하고 있다. 이와 함께 클라우드 네트워크 환

경으로의 전환이 확대되면서 IDC 내/간 접속에서 요구

하는 저지연, 고품질, 확장성 및 자동 장애 복구 등이 보

장되는 네트워크 기술과 수요가 증대되고 있다.

본 고에서는 상기 네트워크 현안을 극복하고 문제점에

대응하기 위하여 각 계층별로 개별적으로 설치/운용되고

있는 현 전달망을 광-회선-패킷(L0-L1-L2) 계층 통합

스위칭 시스템을 기반으로 하는 통합 전달망[3] 형태로

전환하고, 다계층 통합 제어 및 관리를 통한 CAPEX/

OPEX 절감, 고품질/대용량 전달 성능을 제공할 수 있는

광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템 시스템과 이에 기반

한 통합 전달망의 주요 기술과 향후 전망에 대하여 기술

하고자 한다.


*·한국전자통신연구원·

광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템 기술최우영, 김홍주, 김태일, 주범순, 이종현*


2. 광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템 기술

가. 기술 개념

광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템은 <그림 1>과 같

이 개별적으로 운용되던 광 전송망, 회선 망, 패킷 망을

하나로 통합하기 위하여, 각 계층별 기술을 하나의 시스

템에 통합 수용하여 광-회선-패킷 통합 형태로 단순

전달망을 구성하여 운용/관리할 수 있는 시스템으로 정

의한다.

광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템은 <그림 2>와 같

이 데이터 평면, 제어 및 관리 평면으로 구성된다. 데이

터 평면 기술로는 통계적 다중화(s ta t i s t i c a l

multiplexing)로 망 효율성을 증가시키면서 기존 회선

에서 제공하던 품질 및 신뢰성을 확보하기 위하여 회선

(SONET/SDH) 기반에서 연결지향형 패킷(MPLS-TP:

Multi-Protocol Label Switching – Transport

Profile)기반으로 전달 방식을 전환하고, 시스템 내에서

MPLS-TP 패킷과 OTN(Optical Transport Network)

회선 데이터를 단일 스위치 패브릭에서 혼용 교환/전달

을 가능하게 하며, 수용된 데이터들은 ROADM(Re-

configurable Optical Add Drop Multiplexer)의 광 채

널을 이용하여 전송하는 기술로 구성된다. 제어 및 관리

평면은 ROADM 기반 광 파장 교환/전달 기술, 패킷 및

OTN 단일 스위치 기반의 MPLS-TP/OTN 교환/전달

기술과 각 전달 계층을 통합하여 제어 관리하기 위한

GMPLS(Generalized Multi-Protocol Label

Switching) 기반의 통합 제어 관리 기술로 구성된다.

나. 광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템의 주요

개별 기술

(1) MPLS-TP 기반 패킷 교환/전달 기술

패킷 교환/전달 기술은 패킷 기술이 가지는 통계적 다

중화의 장점으로 버스트한 특성을 가지는 인터넷 트래픽

을 효율적으로 전달함으로써 적은 비용으로 고가의 회선

전달망을 대체할 수 있는 기술이다. 대표적인 패킷 전달

기술인 MPLS-TP 기반 패킷 전달 기술은 패킷 전달 경

로의 품질 및 신뢰성을 회선 전달망 수준으로 높이기 위

해, MPLS 포워딩 방식을 유지하면서 연결지향형 특성

을 제공하고, 기존의 MPLS 기술에 추가적으로 회선에

서 요구하는 OAM 및 보호 절체 기능을 부가한 기술이다

[4][5].

MPLS-TP 기술의 표준은 ITU-T와 IETF 표준화 기

관과의 의견이 달라 표준화에 지연이 있었으며, ITU-T

는 전형적인 전달망 수준의 신뢰성 높은 MPLS-TP 패

킷 전달망 기술을 목표로 추진하고 있으며, IETF는 기존

MPLS 기능에 최소한의 수정 및 부가 기능으로 MPLS-

TP 패킷 전달망 구현을 목표로 하고 있다. 표준화 추진

현황<그림 3>을 살펴보면 MPLS-TP OAM 방식은

ITU-T의 이더넷 OAM에 기반한 방식과 IETF의 MPLS

OAM에 기반한 방식이 2012년 11월 WTSA(World

Telecommunication Standardization Assembly)에서

각각 ITU-T 국제 표준 G.8113.1과 G.8113.2로 승인되

었으며, M P L S-T P 선형 보호 절체 방식은

APC(Automatic Protection Coordination) 방식이

2014년 7월에 단일 ITU-T 국제 표준 G.8131로 승인되

었다. APC 방식은 IETF RFC6378 PSC (Protection

State Coordination) 방식의 문제점을 해결하고 ITU-T

G.8031 APS (Automatic Protection Switching) 방식그림2.광-회선-패킷통합스위칭시스템의주요구성

그림1.광-회선-패킷통합전달망기술개념




에 익숙한 기존 전달망 사업자의 요구 사항을 만족하도

록 동작을 보완한 것이다[6]. MPLS-TP 링 보호 절체

방식은 ITU-T G.8132로 2016년 말경 표준화 예정이다.

(2) OTN 기반 회선 교환/전달 기술

OTN 기반 회선 교환/전달 기술은 신호 프로토콜

(이더넷, SONET/SDH, Fiber Channel 등)에 무관하게

모든 형태의 클라이언트 신호를 ODUk 기반으로 수용하

여 이를 광 채널을 이용하여 효율적으로 전송하기 위한

기술이다. OTN 광 전달 전송 계위는 2000년대 초

WDM(Wavelength Division Multiplexing) 표준 광 인터

페이스(싱글 채널)로 ITU-T G.709에서 표준화가 이루어

졌다. 최근에는 저지연 서비스 제공을 위해서 기가비트

이더넷 신호를 직접 수용하기 위한 ODU0 프레임 규격

과, 버스트 특성을 가지는 이더넷 데이터를 보다 효과적

으로 수용하여 망 효율성을 극대화 시키기 위한

ODUflex(n × 1.25G (n=1~80)) 프레임 규격이 표준화

되었으며[7], 망 운용중에 ODUflex 신호의 대역폭을

hitless하게 증감하는 기술 또한 표준화 되었다[8]. OTN

기반 광 전달망은 하나의 광 파장을 구성하는 여러 개의

서브 파장인 ODUk(k=0,1,2,3,4,flex) 단위로 스위칭이

가능하여 대역폭을 효과적으로 배분할 수 있고 저지연 트

래픽 서비스 수용이 가능하다는 장점이 있다[9].

OIF(Optical Interworking Forum)에서는 패킷 셀 기

반의 스위치 패브릭을 통해 ODUk 신호를 스위칭할 수

있는 OFP(OTN over Packet Fabric Protocol) 방식을

표준화[10]하여, <그림 4>와 같이 패킷 스위칭과 OTN

스위칭을 패킷 셀 기반 단일 스위치 패브릭에서 교환이

가능하게 하였다.

(3) ROADM 광 파장 교환/전달 기술

ROADM 광 파장 교환/전달 기술은 광 코어망 전송에

있어서 광 채널의 삽입(add), 추출(drop)을 통하여 경로

의 재설정이 가능하며, 광 신호를 전기 신호로 변환하지

않고 처리하는 광 스위치 기술을 이용하고, OTN을 이용

하여 광 채널 신호를 전송한다. 손실이 적고 프로세서 제

어가 가능한 WSS(Wavelength Selective Switch) 광 스

위치 소자가 나오면서 ROADM 구현 및 시장이 활성화

되기 시작하였으며, 최근 광 파장은 100G 광 채널을 수

용하는 추세이며 자유도(degree of freedom)는 다방향

성(multi-degree) 형태의 광 신호 레벨의 광 분배

(cross-connection)가 가능한 구조로 확장되고 있다[11]

[12].

ROADM은 <그림 5>와 같이 파장과 관계없는 분기/결

합(C: Colorless), 방향과 상관없는 채널 연결(D:

Directionless), 파장 충돌 없는 채널 연결(C:

Contentionless), 향후 가변 대역폭 지원(F: Flexible

grid) 기능을 가지게 될 것이며, 기능 조합에 따라 CD/

CDC/CDCF ROADM으로 분류할 수 있다.

400G 또는 1T 광 신호를 ROADM에 수용하기 위해서

는 새로운 Flexible grid 패턴의 표준화가 필요하며,

ITU-T G.694.1에서 12.5GHz Flexible grid 패턴을 제시

하고 있다. 400G 광 전송을 위해서는 112G의 DP-QPSK

변조방식으로는 멀티서브캐리어 4개, 224G의

DP-16QAM 변조방식으로는 멀티서브캐리어 2개를 사용

하여 전송하여야만 한다. 멀티서브캐리어 방식은

Flexible grid 간격을 12.5GHz의 정수배 내에서 유연하게

할당 가능하도록 하여 50GHz의 고정된 grid를 사용하는

그림3.MPLS-TP표준화추진현황

그림4.OFP기반OTN라인카드스위칭구조


것보다 스펙트럼 효율성을 올려 광 전송 용량을 확장할

수가 있다. 향후 초고속 ROADM 기술은 400G/1T 광채

널을 가지는 Flexible grid 기반의 ROADM으로 발전할

것으로 보인다.

(4) 전달망 제어 평면 기술

전달망 제어 평면 기술은 광, 회선, 패킷 계층으로 구

성된 다계층 전달망에서, 상위 계층 서비스를 위한 하위

계층 자원의 자동 할당 및 제어를 하기 위해 GMPLS 기

반 통합 제어 기술을 이용한다. GMPLS는 각 레이어의

전달 수단을 라벨로 구분하고 종단간에 라벨 정보로 연

결 경로를 관리하는 기술로서 TDM, 광 파장, 이더넷 등

어떠한 종류의 매체에서도 동작할 수 있도록 일반화시킨

제어 평면 프로토콜 기술이다.

광(WDM), 회선(ODUk), 패킷(MPLS-TP) 계층으로

구성된 다계층에서 상위 계층 서비스를 위한 하위 계층

자원의 자동 할당 및 제어를 제공함으로써, 불필요한 사

전 프로비져닝을 제거하고 고가의 네트워크 자원 활용률

을 극대화할 수 있다. GMPLS 프로토콜을 이용한 다계

층 경로 자원 제어 기능은 <그림 6>에서와 같이 노드 내

상위 계층에서 경로 자원 부족 시 하위 계층의 경로 설정

및 경로 자원을 운용하는 레이어 간(cross-layer) 제어

기능, 노드 간 동일 계층 내에서 경로 설정 및 경로 자원

을 운영하는 레이어 내(per-layer) 제어 기능으로 구분

한다[13].

현 전달망은 ASON(Automatically Switched Optical

Network)/GMPLS 기반 제어 평면으로, 장비 내에 데이

터 평면과 제어 평면 프로토콜을 함께 탑재하여 분산 제

어하는 구조를 가지고 있다. 새로운 SDN(Software

Defined Networking) 기반의 제어 평면은 데이터 평면

과 제어 평면을 분리하여 중앙 집중 제어 하는 구조로서,

자원 이용률 극대화, 운용비용 절감, 새로운 서비스 창출

에 있어서 장점을 가지게 된다. SDN 적용 단계를 살펴보

면 초기에는 데이터 센터 내부 네트워킹을 위해 SDN을

적용하였고, 현재는 데이터 센터 간에 클라우드 네트워킹

을 위해 SDN을 적용하고 있다. 조만간 SDN을 전달망으

로 확장한 Transport SDN을 데이터 센터 간에 존재하는

전달망에 적용하여 완전한 SDN 기반의 클라우드 네트워

크가 구현될 것이다. Transport SDN은 전달망의 자동

화/가상화/개방화 기능을 목표로 ITU-T SG15에서 표준

화가 결정되어, 전달망에 적용 가능한 SDN 제어 구조 및

요구사항을 규정하고 있다.

3. 향후 전망

광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템 기술의 향후 전망

에 대해서 살펴보면, <그림 7>과 같이 개별 기술인

SDH/MSPP(Multi-Service Provisioning Platform) 기

술은 점차 축소될 것이고, 이더넷과 새로운 패킷 전달망

기술인 MPLS-TP 기술은 지속적으로 발전해 나갈 것이

다. 초고속 광 전송 기술은 100G, 400G, 1T 급으로 광

전송 용량이 계속 확대되어 발전할 것이며, 광 전송 용량

을 확장하는 기술로서 편광다중 멀티레벨 변복조 방식,

Flexible grid WDM 기술, 공간분할다중 기술 등이 제안

되어 활발히 연구개발이 진행되고 있다.

또 다른 한 축의 기술 발전 향후 전망은 현재 이더넷

망, SDH/OTN 망, WDM 망 등으로 계층별로 독립적으

로 설치되어 네트워크의 비효율성이 존재하고 있던 것을

레이어0(L0), 레이어1(L1), 레이어2(L2) 기능을 통합한

광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템으로 구현하는 것이

다. 이러한 시스템을 전달망에 적용 함으로써 네트워크

현안을 극복하고, CAPEX/OPEX 등의 비용 절감을 추

구하는 동시에 단순화된 전달망 구축이 가능하게 된다. 그림6.GMPLS기반제어평면기술

그림5.ROADM기능분류및발전방향




광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템은 수 테라급부터 수

십 테라급의 시스템 용량 확장과 Transport SDN 기능

이 적용된 통합 전달망 시스템으로 발전할 전망이다.

4. 결론

광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템 기술은 기존 독립

적인 광 전송망, 회선 망, 패킷 망 계층을 하나로 통합하

는 시스템 기술로서, 트래픽 폭증과 전송 용량 부족을 해

결하고, 레이어 통합 제어로 트래픽 종류 및 특성에 최적

화된 자원 할당을 통한 장비 설치 및 운용비용 절감, 광/

회선 전송 사용 극대화를 통한 소비 전력 감소 등으로 통

신사업자의 투자 여건을 우호적으로 조성할 수 있다.

광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템은 각 계층을 통합하

여 전달망의 단순화를 이룰 수 있으며, 조만간

Transport SDN 기반의 통합 시스템으로 데이터 센터

간의 전달망에 우선 적용 될 것으로 전망된다.

광-회선-패킷 통합 전달망은 현재 글로벌 초기 시장

으로 향후 사업자의 전달망 인프라로서의 역할을 충분히

할 것으로 기대 된다. 또한 대용량 초고속 저지연 서비스

트래픽 처리 기술 확보로 사업자의 전달망 노드 뿐만 아

니라 고가용성 데이터센터 연결, 실시간 고신뢰 클라우

드 네트워킹, ALL-IP를 위한 패킷 기반 무선백홀, 저비

용 저전력 고신뢰 국가 공공망 구축 및 자가망 구축,

DELAY-Sensitive 엔터프라이즈 서비스 망 구축을 위

한 핵심 시스템 기술이 될 것이다.

향후(2020년경)에는 광 채널당 400G~1테라급 속도,

수십 테라급 용량을 갖는 광-회선-패킷 통합 스위칭 시

스템이 요구되는 바, 현재 대비 10배 이상의 용량을 가지

고 기술 한계를 극복하는 신기술을 창출할 수 있어야 한

다. 그러므로 지속적이고 발전적 형태로 수십 테라급

광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템 기술의 연구개발이

추진되어야 할 것이며, 미래의 광대역화/통합화(단순

화)/지능화 네트워크를 개발하는데 필요한 기반 기술로

서 활용할 수 있을 것이다.

그림7.광-회선-패킷통합스위칭시스템기술의향후전망


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김홍주

•·2014년~현재· ·코위버㈜·연구소·기술고문

•·2004년~2014년·한국전자통신연구원·책임연구원•·2000년~2003년·㈜텔리언·기술이사•·1985년~2000년·한국전자통신연구원·선임연구원•1999년· 한국과학기술원·공학박사

김태일

•·1983년~현재· ··한국전자통신연구원·광네트워크제어연구실·실장

•2008년· 충남대학교·이학박사•2000년· 한남대학교·공학석사•1983년· 숭실대학교·공학사

주범순

•·1984년~현재· ·한국전자통신연구원·광전달망시스템연구실·실장

•1999년· 한국과학기술원·공학석사•1983년· 서울대학교·공학사

이종현

•·1983년~현재· ·한국전자통신연구원·광인터넷연구부·부장

•·1993년~1995년· ·정보통신관리단·파견(전송관리역)·

•1993년· 성균관대학교·공학박사•1983년· 성균관대학교·공학석사

약 력

최우영

•·2000년~현재· ·한국전자통신연구원·책임연구원

•·1995년~2000년··LG전선·주임연구원

•1995년· 경북대학교·공학석사

광기반 모바일 프론트홀 기술



1. 서론

초고속 이동통신망은 디지털 유닛 (Digital Unit:

DU)과 라디오 유닛 (Radio Unit: RU)으로 분리되는

CPRI (Common Public Radio Interface)/OBSAI

(Open Base Station Architecture Initiative)기반의

디지털 광 전송 방식 기반의 모바일 프론트홀을

사용하는 클라우드 기지국으로 빠르게 전환되고 있는

추세이다[1]. 하지만 광대역 서비스 제공이 가능한

4세대(LTE-A: Long Term Evolution-Advanced) 및

5세대 이동통신망에서는 기존의 디지털 기반 광 전송

기술을 활용할 경우, 망 구축 비용이 과다하여 상용망

구축에 어려움이 예상되고 있다[2]. 따라서, 보다

단순하고 경제적인 클라우드 기지국의 구축 및 운용이

가능한 새로운 형태의 모바일 프론트홀용 광통신 기술이

요구되고 있으며, 구조가 단순하고 비용 효율적인

아날로그 RoF (radio over fiber) 광 전송 방식이 유력한

후보 기술로서 전세계적으로 거론되고 있다[3].

아날로그 RoF 광 전송 방식 기반의 차세대 모바일

프론트홀 기술은 이동통신용 디지털 기저대역 신호를

임의의 IF (Intermediate Frequency) 캐리어에 실어

주파수 영역에서 다중화한 후 저가의 직접 변조형

광원과 직접 검출 방식의 광검출기를 이용해

전송함으로써 DU/RU 플랫폼을 단순화 및 저가화할 수

있고, 디지털 신호 처리 과정에서 발생하는 신호 지연에

의한 서비스 품질 열화를 피할 수 있다[4]. 또한 점대점,

스타 및 링등 다양한 망 구조에 대한 지원이 가능한

장점도 제공한다[5]. 반면에 IF 다중화에 의한 잡음,

아날로그 광신호의 비선형성 때문에 발생하는 전송거리

제한 및 전송 성능 열화, DU의 대용량화에 따른 고속

대용량 데이터 정합, 광대역 디지털 IF 처리, 다중 IF용

RF 주파수 상/하향 변환 문제 등을 동시에 해결해야

하는 과제를 안고 있다[6].

본 고에서는 상술한 구조적, 경제적 장점을

수용하면서 동시에 여러 기술적 난제들에 대한 해결이

가능한 RoF 기반 차세대 모바일 프론트홀 구축을 위해

필요한 주요 핵심 요소 기술에 대해 열거하고 각각에

대한 구체적인 특징 및 장단점을 기술하였다. 더불어

모바일 프론트홀 관련 국내외 기술 및 시장 동향에

대하여 간단히 소개하고자 한다.

2. 모바일 프론트홀 기술 개요

LTE (Long Term Evolution), LTE-A 및

WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave

Access)를 포함한 광대역 이동통신 기술의 비약적인

발전으로 인해 기존의 이동통신 기지국이 수용해야 하는


광기반 모바일 프론트홀 기술 조승현, 정환석, 이종현*

*·한국전자통신연구원·광인터넷연구부


트래픽 처리용량이 한계에 도달하고 있다 [7]. 이에

서비스 제공자들은 더 많은 수의 기지국을 증설해야

하는 문제에 직면하였고, 이는 결국 서비스 제공자들로

하여금 CAPEX (Capital Expenditure)와 OPEX

(Operating Expenditure) 부담을 증가하는 결과를

초래하고 있다. 최근, 이를 개선하기 위한 기술로서

클라우드형 또는 중앙 집중화된 이동통신 기지국 구현

및 운용 기술 (Centralized-RAN or Cloud RAN

기술)이 출현하였고 이에 대한 연구가 현재

전세계적으로 활발하게 진행되고 있는 실정이다[8].

모바일 프론트홀은 <그림 1>과 같이 클라우드 컴퓨팅

개념을 도입하여, 전화국사에 이동통신 기지국의 디지털

신호 처리 기능을 담당하는 BBU (base band unit) 또는

DU를 두고, 설치비용 및 임대비용이 많이 소요되는,

옥외에는 최소한의 RF 소자들로 구성된 RRH (remote

radio head) 또는 RU를 설치하여 운용하는 클라우드형

이동통신기지국 망에서 DU와 RU 사이를 연결해 주는

광 전송망을 지칭한다. 지금까지는 모바일 프론트홀 광

전송 기술로서 CPRI(common public radio interface)

또는 OBSAI (open base station architecture

initiatives) 기반의 프로토콜을 사용하는 디지털 기반의

광 전송 방식이 주로 사용되어 왔다[5,9]. 기존의 CPRI/

OBSAI 기술이 DU-RU 간 무선 신호를 양자화하여

디지털로 전송하는 것과 달리, RoF (Radio over Fiber)

기반 모바일 프론트홀 기술은 협대역의 이동통신용

기저대역 신호를 IF (intermediate frequency) 기반의

주파수 다중화 방식과 비용 효율적인 직접 광 변조

방식을 사용하여 전송함으로써 1) RU는 단순화 및

저가화하고, 2) DU는 고집적, 대용량화함으로써 비용

효율적인 차세대 모바일 프론트홀 구현 및 운용 기술로

인식되고 있다[2].

향후 이동통신용 클라우드 기지국이 LTE-A를 거쳐

5세대 이동통신기술로 발전하면서 모바일 프론트홀

관련 장비 수요 및 이로 인한 구축비용은 급격히 증가할

전망이다. 이는 <그림 2>에서 나타난 바와 같이 현재의

이동통신망 구축비용 중 기지국 임차료 및 전송비용이

약 50%를 차지하고 있다는 사실과, 수년 내에 LTE-

Adv. Rel. 10 이상의 표준규격에 기반한 이동통신 기술

적용 시 RU-DU간 20.65Gbps 이상의 대역이

소요되며, 이를 지원하기 위한 광전송 비용이 급증할

것으로 예상되므로 기지국의 소형화와 광 전송 비용

(광섬유, 광모듈) 절감이 가능한 RoF 기반 모바일

프론트홀 기술이 차세대 이동통신 기지국 구축 및

운용을 위해 반드시 필요하게 될 것이다.

그림1.모바일프론트홀기술개념도

그림2.이동통신망구축비용분석결과




3. RoF 기반 아날로그 광 전송 기술

RoF 기반 차세대 모바일 프론트홀에서는 <그림 3>과

같이 이동통신 기저대역 신호를 서로 다른 중간 주파수

(IF: Intermediate Frequency) 로 변환 후, 직접

아날로그 광신호로 DU로부터 RU까지 혹은 그 반대로

전달하며, DU 와 RU에서 디지털화 과정을 거치지

않으므로 기본 대역폭 이상의 속도 증가가 없는 장점을

제공한다. 또한 DU 와 RU 를 연결하는 형태에 따라

점-대-점 (point-to-point) 전송망, 점-대-다점

(point-to-multi point) 형 전송망, 링형 전송망 등으로

구성이 가능하다. 이처럼 구조가 단순하고, 최소 전송

대역폭만 필요하므로 경제적인 구축과 운용이 가능하여

차세대 이동통신 기지국 기술로 적합하다는 평가를 받고

있다. 하지만 IF 다중화에 의한 잡음 및 아날로그

광신호의 비선형성 때문에 전송거리 제한 및 EVM

(Error Vector Magnitude) 성능 열화가 발생할 수 있는

단점 또한 제공한다.

RoF 기반 아날로그 광신호를 전송하기 위한 아날로그

광전송 기술은 1) 광신호를 전기신호로, 또는 전기 신호를

광신호로 변환하는 아날로그 광 송수신기 기술, 2) 전광

변환 과정에서 발생하는 비선형성을 보상하기 위한

등화기 기술, 3) RU 와 DU 간에 아날로그 신호를

전송하기 위한 아날로그 광링크 기술로 구성된다.

아날로그 전기 신호를 광신호로 변환하여 광섬유를

통해 전송하기 위한 광송신기는 <그림 4>와 같이

입력되는 신호의 크기 정보와 비례하는 레이저 인가

전류를 이용해 직접 변조함으로써 광신호를 생성하며,

광수신기는 직접 검출 방식을 사용하여 광신호를

전기신호로 변환한다. 아날로그 광 송수신기는 기존의

CATV (Cable Television) 또는 DAS (distributed

antenna system)등의 응용분야에서 사용되어 오던

일반적인 아날로그 광 송수신기와 유사하나 모바일

프론트홀 분야에 적용되기 위해서는 혼변조 왜곡 특성

개선, IF 운영 주파수 대역 내에서의 주파수 평탄도 확보

및 DU-RU간 감시 제어 정보 교환을 위한 IF 기반 제어

채널 구현 및 운용 방법등의 부가적인 요소 기술들이

추가되어야 한다[10].

등화기는 전류 (또는 전기신호)와 광 출력간의 선형적

관계가 유지되는 영역을 증가시켜 광 송신기에 인가할 수

있는 RF 신호의 크기를 증가시키는 역할을 수행한다.

아날로그 전치왜곡 회로(Analog Pre-distortion

Circuit)기반의 등화기는 가격이 저렴하고 직접화가

가능하여 시스템에 적용하기 용이하다는 장점을 갖고

있다. RoF 기반 모바일 프론트홀 광링크의 비선형 왜곡

보상을 위한 등화기는 현재

대칭형 및 비대칭형 등화기에

대한 연구가 활발히 진행 중이다.

대칭형 등화기는 입력 RF 신호의

경로를 대칭적으로 나누어 홀수

차 항의 비선형성을 보상하는

구조를 가지며, 보상 대역이 넓고

사용 소자의 숫자를 줄일 수 있어

IF 다중화 기반 모바일 프론트홀

광링크 구축시 매우 유용하다[11].

이에 대한 구조를 <그림 5>에 그림3.중간주파수를사용하는RoF기반차세대모바일프론트홀기술개념

그림4.아날로그광송수신기구조및동작원리


나타내었다. 반면에 비대칭형 등화기는 2차, 3차 비선형

항을 독립적으로 보상 가능하며, 다수의 tank circuit을

이용해 보상 주파수의 범위 조절이 가능하므로 IF 운용

대역폭이 좁은 경우 사용 가능한 기술이다[12].

아날로그 광 링크 기술은 기저대역 이동통신 신호를

왜곡 없이 전송하기 위한 광 링크 운용 변수의 최적화를

담당한다. 상술한 최적화된 광 링크 운용 변수 도출을

위해서는 LTE 기반 이동통신 신호를 IF 다중화하여 광

전송할 경우, 아날로그 광 링크에서 요구되는 IF 채널당

광 변조지수 대비 최소 CNR (Carrier-to-Noise

Ratio)에 대한 분석 및 전송 성능인 EVM과 CNR사이의

관계 분석 등이 있다. <그림 6>에는 IF에 LTE신호를

전송할 때 변조방식에 따른 EVM 과 CNR 의 관계를

참고로 제시하였다.

4. DU-RU 플랫폼 기술

클라우드 기지국은 클라우드

컴 퓨 팅 개 념 을 이 동 통 신

네트워크에 적용시킨 것으로서,

범용 서버 기반의 플랫폼 구성 및

가상화를 통해 기지국 기능을

동적으로 수행할 수 있으며, 무선 자원의 유연한 관리 및

네트워크 진화가 용이한 기술이다. 이를 위해 기존

이동통신 기지국에서 하나의 장비로 구성되어 있던

DU와 RU를 분리하여 DU는 별도의 DU센터에 위치시켜

집중화 및 가상화하고, 서비스 대상 지역에 RU만을

원격으로 배치하여 DU와 RU를 연결하는 구조를 가지게

된다. DU의 기본 기능을 포함하여 지원하는 다수 셀의

무선자원을 통합 관리하는 제어 서버, 각 서비스 지역에

설치가 용이하도록 소형화된 RU와 이 구간을 연결하는

광링크로 구성된다.

이러한 구성이 가능하도록 하는 주요 핵심 기술로는

첫째로, DU와 RU 사이의 물리적 전송 규격, 데이터

프레임과 시간 동기화 관련 정보, 제어 정보 등을 포함한

DU-RU간 인터페이스 규격을 정의하고 이에 맞게

구현하는 DU-RU 분리 운용 기술을 들 수 있다. 둘째로,

DU의 기저대역 신호 및 프로토콜 처리를 수행하는

부하의 동적 할당 및 확장성을 위해 클라우드 컴퓨팅

개념의 모바일 네트워크 도입이 필요하다. 이를 위해

많은 양의 연산을 필요로 하는 기저대역 신호처리를

다수의 프로세서를 활용해 유연하게 처리할 수 있는 범용

프로세서 기반의 기저대역 신호처리 플랫폼 기술을 들 수

있다. 셋째로, 다수 셀의 무선자원에 대한 효율적 할당 및

통합 관리 제어 기술을 들 수 있다. 무선자원을 통합

관리하는 주요 핵심 기능으로는 기지국간 협력 전송,

자원 조율, 부하 분산 등이 있다.

DU-RU 간의 연결 형태는, <그림 8>의 상단에 도시된

바와 같이 CPRI 형태의 기저대역 디지털 신호를

광케이블로 전송하는 디지털 링크형 DU-RU 구조로서,

DAC (Digital to Analog Converter) 또는 ADC (Analog

to Digital Converter) 콤포넌트들이 RU에 속해져 있어서

RU의 복잡도가 커지고 가격 또한 높아진다. 반면에 RoF

기반 모바일 프론트홀 구조에서는 <그림 8>의 하단에

그림7.DU-RU분리개념

그림6.LTE신호전송시변조방식별CNR과EVM의관계

그림5.대칭형등화기회로구조[11]




도시된 구조와 같이 DU-RU 간의

연 결 을 위 해 아 날 로 그 I F

(Intermediate Frequency) 신호를

광케이블로 전송하는 형태로서,

DAC 및 ADC 콤포넌트들이 DU

블록에 위치함으로써 R U의

복잡도를 줄인 compact-RU형

구조를 활용하여, 비용 효율적이며

DU 집중화가 극대화된 구조를 갖는

차 세 대 클 라 우 드 기 지 국 에

적합하다.

아날로그 RoF 기반의 차세대

모바일 프론트홀 구축을 위해서는 기존의 디지털 방식

모바일 프론트홀 구성요소들 중 DU 및 RU의

광인터페이스 관련 기능 블럭들의 변경이 필요하다. 이에

RoF 기반 모바일 프론트홀 지원이 가능한 DU 플랫폼의

구성도를 <그림 9>에 나타내었다. 대용량 DU 기저대역

데이터 처리기술은, 만약 LTE 서비스의 한 서비스

밴드의 점유대역폭이 20MHz라면 I, Q 데이터가

30.72Mbps의 속도를 가지므로 이에 따라 12개의 밴드를

전송하기 위한 총 데이터 량은 30.72Mbps×2(I/Q)

×12(밴드수)×16 bit (ADC/DAC resolution) = 12Gbps

정도의 속도가 상하향 링크 각각 전달되므로, 이 환경의

기저대역에서 움직이는 고속의 데이터를 처리하는

기술을 의미한다. DU의 광대역 digital-IF 기술은,

대용량 DU를 개발하기 위해서 광링크를 통하여

송수신하고자 하는 여러 개의 IF 밴드가 결합된 넓은

대역의 신호를 디지털 신호 처리를 통해 IF 주파수대로

상하향 변환하는 기술이다 [13]. 이처럼 1GHz 대역폭

이상의 광대역 신호들을 광대역 digital-IF 기술을

사용하지 않고, 아날로그 IF 기술을 활용하여

구현한다면, IF 밴드 수만큼의 ADC, DAC 콤포넌트의

수가 추가적으로 필요하며 각각의

ADC, DAC 경로간의 crosstalk

문제나 신호 경로별 간섭문제가

심각하게 작용할 수 있어 구현 및

제작에 어려움이 발생할 뿐만

아니라 복잡도와 그에 따른 비용이

많이 늘어날 것이다. 그 뿐만 아니라

기존의 Double Conversion

방식이나 Direct Conversion 방식의 IF 트랜시버에

비하여 Digital-IF 기술을 채택한 트랜시버는 여러가지

장점을 갖는다. 먼저 아날로그 소자의 수를 대폭

줄임으로써 이들이 갖는 비선형에 의한 신호 왜곡,

비정상적인 이득조절에 의한 신호 포화, DC 오프셋, I-Q

신호이득의 불일치, I-Q 위상 불일치 등을 극복하여

시스템 성능에 큰 향상을 가져온다. 더욱이 디지털

신호처리 영역이 커지므로 타 통신 방식으로의 재구성이

용이하고, 단일 칩화가 가능하며, 개별 칩의 성능차가

거의 없어서 기존 아날로그 방식이 갖는 튜닝에 소요되는

시간과 노력을 줄일 수 있다. 다만 소모전력 문제로

인 하 여 주 로 기 지 국 에 서 사 용 된 다 는 점 과

아날로그-디지털 변환에 고속의 ADC/DAC를

사용하므로 샘플 클럭의 위상잡음 특성에 민감하여 jitter

특성이 우수한 샘플링 클럭이 요구된다. DU의 고속

ADC/DAC 기술은, 광대역 신호를 DAC 및 ADC

수행하기 위해서는 고속 ADC 및 고속 DAC를 이용한

구현 기술 등이 필수적이다.

한편, <그림 10>과 같이 RU의 멀티IF용 RF주파수

상하향 변환기 기술은, compact-RU 장치의 구현을 위해

그림8.Digital링크형및RoF링크형DU-RU구조

그림9.RoF링크형DU-RU구조


멀티IF 신호를 보다 효율적으로 RF 상하향 변환하는

구현기술과 compact-RU 구조 설계 기술들이 요구된다.

또한 RoF 기반 차세대 모바일 프론트홀용 compact-

RU에서는, 첫 번째 sector를 관장하는 RU가 두 번째 및

세 번째의 sector에 위치한 RU에 멀티IF신호를 분배하는

구조를 가짐으로써, sector별로 중복되는 콤포넌트를

제거하고 컴팩트한 구조로 구현이 가능하며, DU와의

통신기능을 탑재하여 DU에서 중앙제어가 가능한

구조이다.

5. 국내외 기술 및 시장 동향

차세대 모바일 프론트홀 구축시 소요되는 아날로그 광

전송기술 및 DU-RU 플랫폼 기술과 관련하여 전세계의

다양한 기관에서 도전적인 연구결과들이 현재까지

발표되고 있다. 일본의 Matsushita Electric Industrial

Company Ltd.는 2006년 IEEE Transactions on

Microwave Theory and Techniques 논문을 통해 RoF

기술을 활용한 다중 채널 Wireless LAN 시스템의 전송

성능 시험 결과를 발표하였다 [10]. 미국의 조지아 공대,

덴마크공대, 포르투갈의 슈피리어 공대 등에서도 최근

OFC (Optical Fiber Communication Conference)에

모바일 프론트홀 응용을 염두에 두고 IF 기반 전송실험

결과들을 발표하였다[14,15,16,17]. EU FP7 FUTON

Project에서는 IF 대역 주파수 다중화를 통해 100 MHz, 2

섹터, 2개의 안테나를 가지는 RAU를 지원하는 RoF 링크

구조를 제안하고, 전송 성능을 분석한 결과를 Journal of

Lightwave Technologies에 발표하였다[3]. ETRI에서는

60 GHz 대역의 밀리미터파를 사용하여 HD-TV 신호를

유무선 링크를 통해 전송한 결과를 2007년에 Journal

of Lightwave Technologies 발표하였다[18]. KAIST

에서는 광섬유를 이용한 CATV 신호 전송, CDMA

이동통신 신호 전송에 대한 기초 연구를 2000년대에

다양하게 수행하였고, 관련 결과를 다수의 논문지등에

발표하였다[19].

4세대 이동통신 시스템에서 효율적인 망구축 및 운용을

가능케 하는 기술들로 알카텔루슨트는 lightRadio,

에릭슨은 AIR, 노키아지멘스네트웍스는 Flexi Packet

Microwave, ZTE는 Cloud RAN (Radio Access

Network) 관련 기술들을 발표하였다. 상술한 제품들은

일부 상용화가 진행중이나 점점 광대역화되고 있는

데이터를 수용하기 위한 RU와 DU 간 광 인터페이스 용량

극대화가 큰 부담이 될 것으로 예측된다. 삼성전자는

WMC2011에서 LTE 분리형 기지국 및 피코셀, multi-

standard 기지국 및 주파수 별 RRH를 시연하였다.

RoF 기반 차세대 모바일 프론트홀 관련시장은

직접시장인 기지국 시장과 간접시장인 클라우드 및

사물인터넷의 인프라 시장 그리고 응용 시장인 스마트

그리드 시장까지 확장 될 수 있을 것으로 예상되며, 본

기술이 적용될 수 있는 관련 시장은 2017년 기준 약

231조원 규모로 추정되며, 2021년에는 약 486조원으로

성장할 것으로 ETRI 기술경제연구부에서 2013년에

예측보고서를 발표하였다.

6. 결론

본 고에서는 RoF 기반 차세대 모바일 프론트홀 시스템

구현을 위해 필요한 주요 핵심 요소 기술에 대해

열거하고, 각 기술 별 특징 및 장단점을 기술하였다.

또한 모바일 프론트홀 관련 국내외 기술 동향 및 시장

상황에 대해 분석하였다. 가까운 미래에 4G 이동통신

시스템의 고도화 및 5G 이동통신 기술 상용화가 진행될

것으로 예상되며, 그에 따른 모바일 프론트홀 관련 장비

및 시스템 시장에서의 국제적인 주도권확보를 위해서는

RoF 기반 모바일 프론트홀 관련 요소기술들에 대한

산학연 주체들의 관심과 노력이 시급한 실정이다.

그림10.Compact-RU멀티IF용RF주파수상하향변환기구조

표·1.·RoF·기반·차세대·모바일·프론트홀·관련시장·전망




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정환석

•2005년·7월·–·현재···한국전자통신연구원·책임연구원,·광가입자연구실장•2004년·3월·–·2005년·6월···KDDI·R&D·Labs·Research·Engineer•2003년·9월·–·2004년·2월···한국과학기술원·정보전자연구소·연수연구원•2003년·8월···한국과학기술원·전기및전자공학과·공학박사

이종현

•1983년·3월·–·현재···한국전자통신연구원·책임연구원,·광인터넷연구부장•1993년·2월···성균관대학교·전자공학과·공학박사

약 력

조승현

•2000년·3월·–·현재···한국전자통신연구원·선임연구원•2010년·2월···한양대학교·신소재공학부·공학박사


1. 서 론

일반적으로 가시광 통신기술 (VLC, visible light

communication)이란, LED (light emitting diode)를

광원으로 이용한 무선 광통신 기술을 지칭하는 말이다

<그림 1 참조>. 이 용어는 무선통신 공학자들의

입장에서 생성된 용어로서, 기존의 RF 대역을 사용하지

않고, 가시광 대역의 빛을 새로운 전달매체로 사용한

무선통신 기술이기 때문에 가시광 통신이라는 용어를

사용한 것이다. 하지만, 주로 광섬유를 전달매체로

사용하는 광통신 공학자들의 입장에서는 이 기술을

[LED 무선 광통신 기술]이라고 지칭하는 것이 이 기술을

명확히 지칭하는 용어가 될 것으로 판단된다. 이 기술은

2011년에 TED Global Talk 에서 영국의 Harald Haas

교수의 강연으로 인해 LiFi 라는 용어로 한동안 이슈가

되기도 했다 (LiFi 는 기존의 무선랜 기술을 나타내는

용어인 WiFi 의 첫글자에 W 를 대신하여 Light 의 L 을

넣은 것이다) [1]. 본 고에서는 LED 가시광 통신기술

이라는 용어로 사용하도록 하겠다.

이러한 LED 가시광 통신기술은 최근에 새롭게 개척된

분야로서, 이 분야를 연구하는 전문가들은 크게

무선통신에 기반을 둔 연구자들과 광통신에 기반을 둔

연구자들로 나눌 수 있다. 이들 두 집단은 LED 가시광

통신기술을 접근하는 방식에서 조금 차이를 보이는데,

무선통신에 기반을 둔 연구자들은 전기적인 변조방식을

이용한 성능개선에 집중하고, 광통신에 기반을 둔

연구자들은 광학적인 기법을 이용한 성능개선에 중점을

두고 있다. 또한, 무선 통신에 기반을 둔 연구자들은

표준의 중요성을 더 잘 알고 있기 때문에, 연구의 초점도

표준화 기술에 중점을 두는 연구자들이 많으며, 표준화

작업에도 좀 더 적극적인 행보를 보이고 있다.

이러한 LED 가시광 통신기술의 태동은 LED 소자의

발전 때문으로 보는 것이 적절하다. 기존의 형광등이나

백열등이 고효율, 무(無)수은, 긴 수명을 가지고 있는

LED 조명으로 대체되게 되면서, 이러한 LED 조명의

부가적인 기능에 주목하게 되었다. LED는 형광등이나

백열등과는 달리 반도체 소자로서, 빠른 스위칭

응답특성을 가지고 있다. 이를 이용하여 LED를 200 Hz

이상의 주파수로 변조를 하면 인간의 눈으로는 계속

조명이 켜져 있는 것으로 느끼지만, 실제로는 고속으로

깜빡이고 있으며, 이를 이용하여 통신신호를 전송할 수

있게 된다. 따라서, 이렇게 널리 보급되고 있는 LED

조명기술의 발전이 LED 가시광 통신기술이 주목을 받게

된 최초의 이유라고 할 수 있다. 하지만, 최근에는 이와

같은 최초의 이유에서 벗어나 통신의 성능을 높이기

위하여 조명용 LED가 아닌 통신전용의 LED를


무선 가시광 통신 기술 김성만*

*··경성대학교·전자공학과

무선 가시광 통신 기술



사용하거나, 레이저를 사용한 무선 광통신 기술 등도

많이 연구되고 있다. 하지만, 본 고에서는 LED를

광원으로 사용한 무선 광통신 기술로 논의를 제한하고자

한다.

2. LED 가시광 통신기술의 장단점

LED 가시광 통신기술은 기존의 무선 통신기술에 비해

아래와 같은 장점을 가지고 있다. 첫째, 가시광 대역은

RF 주파수 대역과는 달리 정부의 규제나 허가를 받을

필요가 없으며, 누구나 무료로 사용할 수 있다. 둘째,

가시광 대역은 주파수로 환산하면 약 400 THz 에

해당하는 엄청난 주파수 대역을 가지고 있어, 향후에

파장분할 다중방식(WDM, wavelength division

multiplexing)등을 이용하면 통신성능의 발전 가능성이

무궁무진하다. 셋째, 가시광 빛은 얇은 벽으로도 쉽게

차단이 되므로, 각 방마다 통신보안을 쉽게 유지할 수

있다. 넷째, 가시광 빛은 눈으로 쉽게 볼 수 있으므로,

적어도 통신의 On/Off 상태 정도는 육안으로 쉽게

구별이 가능하다. 다섯째, 전자파 장해를 발생시키지

않아 병원이나 항공기와 같이 전자파 장해에 민감한

특수공간에서의 사용이 가능하다.

하지만, LED 가시광 통신기술은 아래와 같은 단점도

가지고 있다. 첫째, 빛의 특성상 LOS (line of sight)

경로로만 전송이 가능하다. 즉, 직진의 통신경로상에

장애물이 있거나 손으로 가리면 통신이 두절될 수 있다.

둘째, 태양빛이나 다른 조명에 의해 간섭을 받을 수

있다. 따라서, 이러한 단점을 잘 보완하여 기존의 WiFi

기술보다 월등한 성능을 보이거나, LED 무선 가시광

통신기술의 장점을 잘 부각한 응용분야를 만들어

낸다면, LED 가시광 통신기술이 널리 실용적으로

사용될 수 있을 것으로 판단된다.

3. LED 가시광 통신기술의 고려사항

가. LED 광원의 저(低)성능

LED 가시광 통신기술의 성능을 제한하는 가장 큰

요인은 LED 소자의 저성능이다. 광통신 공학자들의

입장에서 바라본다면, LED는 레이저에 비해 낮은

주파수 응답을 보이기 때문에 변조할 수 있는

전송속도가 제한된다. 특히, 조명용도로 사용되는 백색

LED의 경우는 통신용도로의 사용을 고려하지 않고

제작되기 때문에 주파수 응답이 통신용 LED에 비해서

더 낮은 값을 보인다. 광통신 공학자들의 입장에서

생각해 본다면, LED의 앞 단에 외부 변조기를 사용하여

성능을 향상시키고 싶은 욕망에 휩싸일 수도 있을

것이다.

조명용도로 널리 사용되는 백색 LED는 크게 두 가지

종류가 있다. 첫째는 RGB LED로서, 이는 적색(red),

녹색(green), 청색(blue)의 세가지 LED를 함께 집적하여

하나의 백색 LED를 구현한 것으로서, 이 LED는

조명용도보다는 디스플레이 용도로 주로 사용되고 있다.

두번째는 청색 LED에 노란색을 발광하는 인광체

(phosphor)를 덮어서 백색을 구현한 방식으로, 저렴하게

백색 LED를 구현할 수 있어 가장 널리 사용되는

방식이다. 조명용도로 널리 사용되는 인광체 기반의

백색 LED를 사용하게 되면, 인광체에 의해 발현되는

빛들은 동작속도가 느리기 때문에 전체 LED의

그림1.LED가시광통신기술의개념도


응답속도를 떨어뜨리게 된다. 따라서, 일부

연구자들은 청색 필터를 사용하여 인광체에

의해 발현되는 빛의 스펙트럼을 막고,

순수한 청색 LED의 빛만을 수신하여

LED의 응답속도를 개선하는 방법을

사용하고 있다[2]. 또는, RGB LED를

사용하게 되면 인광체에 의해서 동작속도가

떨어지는 현상을 겪지 않아도 되고, 세

가지 색깔에 각기 다른 통신신호를 전송할

수 있으므로 일종의 3채널 W D M

통신채널을 만들 수 있다. 따라서, 일부

연구자들은 RGB LED를 사용하여

통신성능을 높이는 연구를 진행하기도 하였다[3].

광통신 공학자들의 입장에서 본다면, LED 대신

레이저를 사용하여 가시광 통신의 성능을 손쉽게

향상시키고 싶은 욕망이 드는 것은 당연하다. 따라서,

최근에는 레이저를 사용한 무선 가시광 통신기술을

발표하는 연구자들도 있다 [4]. 물론, 가시광 대역에

수많은 레이저를 WDM 채널로 묶어서 무선 가시광

통신을 구현한다면, 엄청난 용량의 전송용량을 구현할

수 있을 것이다. 하지만, 동조성(coherent)의 빛을

방출하는 레이저를 사용한 경우에는 눈에 해로울 수

있어 조명과 함께 인간이 직접 사용하기에는 다소

무리가 있을 것으로 판단된다. 이러한 기술은 기존의

LED 가시광 통신기술과는 다른 용도로 사용되는 기술로

보아야 할 것이다. 따라서, 본 고에서는 LED를 광원으로

사용한 무선 가시광 통신기술로만 논의를 제한하고자

한다.

나. 빛의 깜박거림 (Flicker) 방지 및 밝기

제어(Dimming)

가시광은 눈으로 보이기 때문에 LED 가시광 통신의

On/Off 를 눈으로 확인할 수 있다는 장점도 있지만,

반대로 눈의 안전이나 피로도를 고려하여야 하는 단점도

가지고 있다. 대표적으로 빛의 깜박거림(flicker)을

방지해야 하는 문제도 가지고 있다. 이는 국제 규격인

IEC 61000-3-3 에 정의되어 있으며, 빛의 강도가

시간에 따라 변화하거나 빛의 스펙트럼 분포가 시간에

따라 변화하는 것을 포함하고 있다[5]. 따라서, 인간이

느낄 수 있는 주파수 이하로 빛의 강도나 빛의

스펙트럼이 변화하도록 LED를 변조해서는 안될 것이다.

IEC 에서 정한 기준은 10 분간의 short-term

시간에서의 변화량과 2 시간 동안의 long-term

변화량을 제한해 놓고 있다. 인간이 느낄 수 있는

깜박거림의 지표는 Flicker Fusion Threshold 로

정의해 놓고 있으며, 대부분의 사람은 75 Hz 보다 높은

주파수의 깜박거림은 대체적으로 인지하지 못하는

것으로 알려져 있다. 하지만, LED 가시광 통신

연구가들은 일반적으로 200 Hz 이상으로 변조하는 것을

그림2.4×4MIMOLED가시광통신실험사진

그림3.광빔포밍기술의개념도




기준으로 삼고 있다.

하지만, 200 Hz 이상으로 신호를 변조하더라도, OOK

(on-off keying) 으로 변조를 할 경우에는 0 과 1 의

데이터 비율조합에 의하여 빛의 세기가 변할 수 있다.

공학적으로 표현하자면, 0 과 1 의 데이터 조합에 따라

200 Hz 이하의 주파수 스펙트럼 성분이 나타날 수 있다.

따라서, 이러한 영향을 막기 위하여 맨체스터 코드

(Machester Code) 를 사용하거나 Flicker 를 방지할 수

있는 부호화 (line coding) 방법을 사용하여야 할

것이다. LED 가시광 통신의 표준이라고 볼 수 있는

IEEE 802.15.7 에서는 현재 LED 가시광 통신

변조기술로 OOK (on-off keying), VPPM (variable

pulse-position modulation), CSK (Color-shift

keying) 의 세가지를 정의해 놓고 있으며, 각각의

경우에서 이러한 Flicker의 영향을 방지하기 위하여

부호화 방식이 설계되어 있다[6]. 향후에 개발되는 LED

가시광 통신시스템의 변조기술도 이러한 영향을

고려하여 설계되어야 할 것이다.

또한, LED 조명의 장점 중의 하나인 밝기제어

(Dimming) 기능이 가시광 통신을 수행하고 있는 중에도

동작할 수 있다면 더욱 좋을 것이다. 표준에서 정해놓은

변조방식 중에서 OOK 의 경우에는 신호의 진폭 자체를

변화시켜야 하며, CSK 의 경우에도 광원의 세기를 직접

변화시켜야 한다. 하지만, VPPM 의 경우에는 0 과 1

펄스의 폭을 조정하여 밝기제어를 할 수 있으며, 이것이

수많은 변조기술 중에서 VPPM 변조방식을 LED 가시광

통신의 표준 기술로 채택한 주요한 이유 중의 하나라고

할 수 있겠다.

4. 성능개선 연구

가. 전기적 변조기법을 이용한 성능개선 방법

현재 LED 가시광 통신이 가지고 있는 가장 큰

문제점은 기존의 무선랜 기술인 WiFi 에 비하여 성능이

앞서지 못하고 있다는 점이다. 현재 IEEE 802.15.7

표준에서 설계한 데이터의 최대 전송속도는 96 Mb/s에

불과하다. 이는 60 GHz 대역을 사용한 IEEE 802.11ad

표준의 최대 전송속도인 6.75 Gb/s 에 비해서는 한참

낮은 수준이며[7], 2.4 GHz 대역을 사용한 IEEE

802.11n 의 최대 전송속도인 150 Mb/s (4×4 MIMO

(multiple input multiple output)를 사용할 경우에는

600 Mb/s)에도 미치지 못하고 있는 실정이다[8].

따라서, IEEE 802.15.7 에서 제정한 가시광 통신

표준기술과는 관계없이 여러 연구자들은 다양한 전기적

변조기법을 이용하여 LED 가시광 통신의 성능을

높이고자 많은 노력을 하고 있으며, 대표적인 방법들을

열거하면 다음과 같다.

(1) 등화기법(equalization)을 이용하여 LED의 주파수

대역폭을 넓히는 방법[2]

(2) QAM(quadrature amplitude modulation)

변조기법을 이용하여 하나의 심볼에 여러 개의

이진 데이터를 전송하는 방법[9]

(3) OFDM(orthogonal frequency division

multiplexing)을 이용하여 주파수의 효율성을

높이는 방법[9]

현재로서는 대부분의 방법이 이동통신에서 사용되었던

기술을 LED 가시광 통신에 접목하는 수준으로

이루어지고 있다. 하지만, 향후 추가적인 연구를 통해서

LED 가시광 통신에 맞는 새로운 기술이 나올 가능성도

있을 것이다.

나. 광학적 기법을 이용한 성능개선 방법

광통신에 뿌리를 두고 있는 많은 연구자들은 광학적인

기법을 이용하여 LED 가시광 통신기술의 성능을

높이고자 하는 노력을 기울이고 있다. 이의 대표적인

방법들을 나열하면 다음과 같다.

(1) 인광체를 사용한 백색 LED의 주파수 응답속도를

높이기 위해 수신단에 청색 필터를 사용하는

방법[2]

(2) 여러 개의 LED 광원에 각기 다른 신호를

전송하고, 수신단에서 이미지 센서나 여러 개의

PD array 등을 이용하여 수신하는 일종의 MIMO

기법[10] <그림 2 참조>

(3) RGB 의 3가지 색상으로 이루어진 LED를


사용하여 R, G, B 에 각기 다른 신호를 전송하는

일종의 WDM 방식 기술[3]

(4) 각기 다른 편광에 다른 정보를 전송하는 편광

다중화 기법 (PDM, polarization division

multiplexing)[11]

(5) LED 빛을 원하는 목표물에 집광시키는 광

빔포밍(optical beamforming) 기술을 이용하여

신호의 SNR(signal-to-noise ratio)을 높이는

기법[12] <그림 3 참조>

이러한 전기적/광학적 기법들을 종합적으로 사용하여

최근에는 1 Gb/s 가 넘는 전송속도가 보고되고 있다[3].

향후 WDM 방식을 경제적으로 사용하는 방법이

등장한다면, 전송속도는 크게 증가할 수 있으리라

생각된다.

5. 응용분야

LED 가시광 통신기술을 단순히 실내 통신용도로

사용하고자 하는 전통적인 목표를 넘어서 다양한

분야에서 응용하고자 하는 노력들이 많이 진행되고

있다. 특히, 최근에는 LED가 산업전반에 폭넓게

사용되다 보니, LED가 사용되는 모든 분야에서 가시광

통신기술을 이용하려는 연구가 엄청나게 증가하여 이를

일일이 모두 열거하기도 힘든 실정이다. 예를 들어, LED

가로등, LED 교통 신호등, LED 전광판, 선박용 LED,

차량용 LED, 식물 재배용 LED, 스마트폰 LED, LED

TV 등 LED 를 사용하는 모든 기기 및 산업분야에서

LED 가시광 통신기술을 이용하려는 응용연구가

이루어지고 있다고 보면 된다.

그래도 대표적인 분야를 정리해보자면, GPS(global

positioning system)를 사용할 수 없는 실내에서 저속의

통신속도로도 응용이 가능한 실내 측위 (indoor

positioning) 분야에 대해서는 연구가 많이 진행된

편이다[13]. 또한, 자동차 전/후방 LED 등을 이용한

자동차간의 통신이나 자동차와 인프라간의 통신, LED

교통 신호등과 자동차간의 통신 등 자동차에 관련된

응용분야에서도 연구가 활발히 진행되고 있다[14]. LED

전광판을 이용한 광고 메시지 전송도 대표적인 응용분야

중 하나이다. 하지만, 가시광 통신기술을 실외에

응용했을 때에는 <표 1>과 같은 다수의 문제점이

발생하기 때문에, 이에 대한 고려가 필요할 것으로

생각된다. 따라서, 현재로서는 LED 가시광 통신의

목표를 실내응용으로 집중하여 연구를 진행함이

바람직하다고 필자는 판단하고 있다.

6. 맺음말

최근 필립스 사에서는 LED 조명을 이용한 스마트

조명 시스템인 Hue를 출시하였다[15]. 이는 사용자가

원하는 대로 LED 조명의 색깔과 밝기, 깜빡임 등을

시간과 상황에 따라 조절할 수 있는 스마트 조명

시스템이다. 이러한 스마트 조명 시스템에 LED 가시광

통신기술이 접목된다면, 단순히 조명을 원하는 대로

조절할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 WiFi 를 대체할 수

있는 실내 통신 시스템도 함께 통합될 수 있을 것이다.

필자가 LED 가시광 통신 연구를 시작한 수년 전만 해도

LED 가시광 통신기술의 상용화에 대해서는 회의적인

시각이 많았으며, 필자 본인도 상용화에 대한 확신을

가지고 연구를 시작한 것은 아니었다. 물론, 아직도 LED

가시광 통신기술의 미래는 불확실하다. 하지만, 최근

수년간 LED 가시광 통신기술을 연구하는 연구자들의

수가 급속도로 증가하였으며, 사회적인 관심도 크게

증가하였다. 아마도 LED 가시광 통신기술의 성능이 한

단계 더 진보하고, LED 가시광 통신의 단점을 보완해

나간다면, 전자파 장해에 민감한 응용분야에서부터

조금씩 상용화가 가능하리라고 생각된다.

표 1. LED 가시광 통신의 실외 응용시 문제점

1)·햇빛이라는·원천·간섭광이·존재

2) 눈,·비,·안개,·황사·등과·같은·기상요인에·의해·민감하게·

영향을·받음

3) 길가의·각종·광고판,·신호등,·자동차·후방등과·같은·다른·

간섭광들이·혼재함

4) 여러·방향에서·동시에·가시광·변조·신호가·들어올·경우·

자신이·원하는·송신원을·구별하기가·힘듦

5)·여러·장애물들로·인해·LOS·패스가·차단될·수·있음

6) 새똥이나·먼지·등으로·인해·광·송/수신기나·쉽게·더러워·질·

수·있음

7)·고의로·방해광을·보내어도·처벌할·법적·규제가·마땅치·않음




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약 력

김성만

•2009년·-·현재· 경성대학교·전자공학과·교수•2006년·-·2009년· 삼성전자·정보통신총괄·책임연구원•2001년·-·2006년·· KAIST·전기·및·전자공학과,·공학박사•1999년·-·2001년· KAIST·전기·및·전자공학과,·공학석사•1995년·-·1999년· KAIST·전기·및·전자공학과,·공학사•주요·연구분야· 광통신,·LED·가시광통신,·광에너지·전송,·이동통신

WON TECH Co., Ltd.원텍(주)


산업

체 소

개

세계 최고의 레이저·초음파 의료기기 전문기업 원텍(주)

대전 유성구에 본사를 둔 원텍㈜은 1998년 김종원 대표에 의해 설립된 이

후, 축적된 노하우와 기술력으로 국내는 물론, 전 세계 의료용 레이저·초

음파 의료기기 시장을 선도하는 기업이다.

주력제품인 치료용 레이저 기기를 바탕으로 수술용 레이저, 그 밖의 개인

용 탈모치료기기 등의 혁신적인 제품은 국내뿐 아니라, 미국, 중국, 유럽 등

전 세계 약 50여개국에 수출하면서 세계 최고 수준의 레이저 의료기기 전문

기업으로 성장하였다. 주요 생산품은 에스테틱 장비인 Ultra Skin과 pas-

telle, 수술용 장비 Siluet과 Beladona 등의 40여종의 장비가 있다.

시장을 선도하는 기술력,

그 바탕은 우수한 R&D

능력

원텍㈜의 임직원 중에서 연

구소 및 생산기술 인력이

30% 이상으로 그 수는 매 해

꾸준히 증가하고 있으며,

R&D 분야 지원에 아낌없는

투자를 하고 있다. 또한 총

145건의 지적 재산권, 그 중

78건의 특허 등록 및 출원을

보유하고 있으며, 다양한 전

기적, 광학적 측정법을 토대

로 정확한 품질 테스트를 진

행하여 레이저 분야의 시장을

선도하는 기술력을 확보하고

있다. 특히, OCT 기술을 이

상 호 : 원텍(주)

주 소 : 대전광역시 유성구 용산동 538 테크노8로 64번지(본사)

전 화 : 042-934-6800

팩 스 : 042-934-9491

판교사무소 : 경기도 성남시 분당구 판교로 242(삼평동, 판교디지털센터 A동 601호

전 화 : 070-7836-6933

팩 스 : 070-7882-8658

대 표 : 김종원

홈페이지 : www.wtlaser.com

본사전경

R&D연구소의모습



산업

체 소

개 용한 진단용 의료기기 개발과 초음파 기술을 이용한

HIFU 장비 라인업을 구축함으로써 신규 시장 진출 및

선도 진입을 꾀하고 있으며, 이러한 기술 우위를 통한

포트폴리오의 다각화를 통해 의료용 레이저가 적용되

는 의학적 응용 범위를 확장하려는 노력을 아낌없이 진

행 중이다.

레이저·초음파로 희망을 만드는 기업

원텍㈜은 피부미용과 관련한 색소병변, 흉터, 여드

름, 혈관치료, 영구제모, 리프팅&타이트닝, 화이트닝,

또한 비만치료, 외과수술과 관련한 장비까지 40여 종

의 다양한 제품 군을 보유하고 있다.

또한 제품 군 중 유일한 개인용 의료기기인 헬멧형

탈모치료기 HairBeam은 식품의약품안전처로부터 ‘탈

모치료’ 허가를 받아 상품화에 성공하였다. 그 외에도

피부치료 레이저 의료기기 제조를 위해 식품의약품안

전처에서 요구하는 시험규격 적합성을 위한, 전기·기

계적 안전성에 관한 시험, 전자파 장해에 관한 시험,

전자파 내성에 관한 시험, 성능에 관한 시험 등을 시행

하여 안전성을 확보하고 있다.

특히 모반치료에 있어 기존에는 CO2나 Er:YEG 레이

저를 이용하여 피부의 표피를 제거하면서 모반을 치료

하였으나 원텍㈜의 대표 제품인 Nd:YAG 레이저

Pastelle의 새로운 기술 적용으로 표피의 손상없이 진

피층의 모반을 1,064nm, 표피층의 모반은 532nm를

이용해 제거할 수 있다. 따라서 한번의 시술로 기미,

주근깨 등 다양한 색소 병변 치료뿐만 아니라 진피 층

에 열에너지를 전달하여 피부 탄력, 모공 축소, 잔주름

등 피부노화 개선이 동시에 가능(Laser Toning +

PTP mode)한 안전하고 부작용이 없는 신개념

Premium Laser Toning을 구현한 것이다. 여기서

PTP(Photoacoustic Twin Pulse) mode란 기미, 주근

깨 등 색소 병변 치료 시 한번에 강한 에너지를 조사하

는 과정에서 발생될 수 있는 탈 색소, 색소재발 등을

예방하기 위하여, 순간적으로 두 개의 에너지(Twin

Pulse)로 나누어 조사함으로써 통증을 줄이고, 부드럽

게 시술하는 방식을 말한다. 이러한 고출력 레이저를

두 번 나눈 듀얼 펄스 에너지를 통해 부작용을 최소화

하여 더욱 빠른 효과를 볼 수 있는 것이다.

글로벌 금융위기에도 견조한 매출 성장세

국내 치료용 레이저 의료기기 시장은 1990년 초부터

2000년 까지 10년간 그 규모가 10배 이상으로 커졌고,

매년 17%이상 성장하고 있다. 이에 따라 원텍㈜은 글

로벌 금융위기에도 불구하고 연평균 성장률 11%(‘05~’

13)를 기록하였으며, 해외 매출성장률에 있어서도

39%(‘04~’13)의 성장률을 기록하는 등 특히 해외 매출

성장이 두드러지게 나타나는 것을 알 수 있다. 전 세계

의료용 레이저 시장 점유율을 살펴보면

미국 56.9%, 아시아 19.2%, 유럽 18.3%

를 차지하고 있으며 향후 그 성장률은

17.3% 달할 것으로 예상된다. 이러한 성

장세를 바탕으로 원텍㈜은 2019년까지

글로벌 네트워크 91개국 돌파를 목표로

하고 있으며, 고기능화, 제품 명품화, 포

트폴리오 다각화, 매출처 확대를 통한 고

성장을 실현시키고 있다.원텍㈜의다양한레이저.초음파의료장비



산업

체 소

개

축적된 기술력을 바탕으로 생산성과 수율 경쟁

우위

원텍㈜은 고품질의 생산성을 유지하기 위해 자동화

설비를 다량 보유함은 물론 축적된 경험 및 노하우를

바탕으로 부품의 표준화와 품질의 안정화를 실현시켰

다. 본사 자체 생산 및 관리로 고품질의 제품을 생산해

내며 연구, 개발, 생산, A/S에 이르기까지 모든 과정을

책임지고 있다. 체계적 시스템과 협력업체 관리로부터

품질력을 인정받는 원텍㈜은 고객을 최우선으로 생각

하는 사회책임경영을 실현하고 있다.

인간중심의 앞서가는 기술로 투명한 경영을

실현하는 원텍㈜

“직원들과 함께하는 직장, 먼 미래에 자녀들도 우리

회사에서 근무할 수 있는 여건을 만들고 싶습니다”

기업과 직원의 동반성장을 최우선시하는 원텍㈜ 김

종원 대표의 바람이다. 이러한 경영철학은 ‘좋은 근무

환경이 완벽한 제품을 만들어 낸다’는 생각으로 직원

복지혜택에 큰 비중을 두고 있다. 이러한 경영이념아

래 원텍㈜은 2008년 100만불 수출달성을 시작으로 4

년만인 지난 2012년, 5배에 달하는 500만불 수출 달성

의 쾌거를 이룩하는 등 글로벌 기업으로 발돋움 하고

있다.

이 같은 성장은 변화하는 시장에 발맞춰 연구개발 인

력비중에 전력을 쏟은 결과이며, 국내 시장에서 경쟁

력을 키워나가면서 해외 시장 개척에 꾸준한 투자와 시

장 확보에 힘써온 결실이라 평가받고 있다. 또한 글로

벌 시장에서 외산 장비와 겨뤄도 뒤지지 않는 기술력

확보를 위해 연구개발에 총력을 기울이고, 해외 시장

진출에 더욱 박차를 가할 계획이다. 이에 따라 원텍㈜

은 2017년까지 글로벌 강소기업 300개를 육성하기 위

해 2011년부터 시작된 정부 주도의 프로젝트인

WORLD CLASS 300에 도달하기 위한 경쟁력을 지속

적으로 강화하는 중이다.

이러한 경쟁력을 바탕으로 한국무역협회가 주관하는

수출실적 수출의 탑 수상 뿐 아니라 행정자치부 주관

신지식인 대상, 보건복지부 주관 NET(보건신기술) 인

증, 지식경제부에서 수여한 일하기 좋은 기업에 선정

되기도 하였다

덧붙여 김 대표는 ‘인내하는 사람’을 가장 주된 가치

로 여기고, 직원들의 어려움을 해결하기 위한 노력을

아끼지 않고 언제나 소통의 창을 열어 놓고 있으며, 이

러한 열린 경영을 통해 2020년까지 매출 2,000억 달

성을 목표로 하고 있다. Global Leader로서의 도약을

준비 중인 원텍㈜의 성장을 기대해 본다.

◀김종원대표이사

하이라이트 논문 소개

한국광학회지


액체와 투과형 편향법을 이용한광학부품의 굴절률 분포 측정

Reconstructedshapeandrefractiveindexdistribution.(a)(b);reconstructedheightgraylevelimageat

immersingliquids,airandwater,(c)graylevelimageofrefractiveindexdistribution,(d)(e)(f);profilesalong

dottedlinein(a),(b)and(c).

현대 금형기술의 발전으로 소형 광학부품을

대량으로 사출하여 사용하고 있다. 이로 인해

광학기기의 값이 매우 싸지고, 비구면 사출에

의해 기기의 크기도 작아지는 장점이 있다. 이

러한 사출 과정에서 광학기기의 3차원 형상을

제조하기 위해 열을 가한다. 열을 가하고 냉각

하는 과정에서 물질의 굴절률이 변화 된다. 사

출 광학기기가 정확한 광학적 작용을 위해서

는 광학기기 물질의 굴절률과 형상이 디자인

값과 일치하여야 한다. 그러므로 사출 광학기

기의 정확한 굴절률 값과 3차원 형상 측정이

필수적이다. 굴절률 측정 방법은 많이 알려져

있다. 그 중 가장 정밀하게 측정 할 수 있는 방

법은 편광해석법 (ellipsometry) 방법과 간섭

을 이용하는 방법이다. 일반적인 편광해석법

방법과 간섭방법은 시료의 한 위치에서 굴절

률을 측정한다. 시료의 2차원 굴절률 측정을

위해서는 2차원 스캐닝 방법을 이용하여 정밀

한 2차원 굴절률 측정을 할 수 있다. 그러나 2

차원 스캐닝 방법을 이용한 굴절률 측정 방법

은 측정 시간이 매우 긴 단점이 있다. 그리고

간섭 방법은 상대적으로 측정 시스템이 복잡

하고 외부 환경에 매우 민감한 단점이 있다.

최근 측정 정밀도가 상대적으로 높고, 측정 시

스템이 간단하며 외부환경에 덜 민감한 3차원

측정법으로 위상 측정 편향법 (PMD: Phase

measuring deflectonetry or fringe reflection

method)이 제안되고 연구 되고 있다. 편향법

은 기준 문양이 시료에 의해 변형된 모양을 분

석하여 시료의 3차원 형상을 측정하는 방식이

다. 그리고 편향법은 일반적인 3차원 측정법,

즉 간섭법 혹은 모아레법과는 달리 시료의 높

이를 직접 측정하는 것이 아니고, 시료의 국소

적 기울기를 구하고 이를 적분 혹은 least

square 방법을 이용하여 시료의 형상을 측정

하는 방식이다.

본 연구에서는 굴절률이 다른 2개의 액체와

투과형 편향법을 이용하여 굴절률 정보를 모

르는 경우, 렌즈의 굴절률 값 분포를 측정 하

는 방법에 대하여 연구하였다.

신상훈(KPS)ㆍ유영훈(제주대학교),한국광학회지제25권

제6호,326-333(2014).


학회소식 학회소식

학회소식

2015년 신년교례회 개최

2015년도 한국광학회 신년교례회가 1월 5일 월요일 오후 12시에 한국광학회 사무실에서 약 20 명이 참석한 가운데 개최되었다.

여러 교수님의 새해 덕담과 준비한 다과를 들면서 2014년 주요 업무 보고 및 새해 한국광학회와 각 회원의 발전에 관하여 환담을

나누었다. 회장단, 고문, 상임이사, 이사 등이 참석하였다.

한국광학회는 제 26회 정기총회 및 2015년도 동계학술발표

회와 OptoWin 2015 광산업전시회를 2015년 1월 28일(수) ~

30일(금), 대전 컨벤션센터에서 개최할 예정입니다. 기타 자세

한 사항은 한국광학회 홈페이지(www.osk.or.kr)를 참고해주

시기 바랍니다.

•논문 모집 : 2014년 10월 1일 ~ 2014년 12월 7일

•사전 등록 : 2014년 11월 24일 ~ 2014년 12월 31일

•문 의 처 : 한국광학회 사무국 (Tel : 02-3452-6560,

E-mail : [email protected])

•선거관리위원회에서 평의원의 추천을 받아 12월 5일 후보

등록을 마감한 결과 한국과학기술연구원 이상배 회원이

제 24대 회장후보로 등록을 마쳤습니다. 제 26회 정기총

회에서 제 24대 회장후보에 대한 찬반 투표가 있습니다.

이상배 후보의 이력서와 소견서는 홈페이지(www.osk.

or.kr)에 등록되어 있으니 참고하여 주시기 바랍니다.

•투표일시 : 2015년 1월 29일(목) 10:00~15:00

•투표장소 : 대전 컨벤션센터 (학술발표회 등록데스크 옆)

•유의사항 : 회장선출 투표권은 연회비를 납부한 정회원에

한해 주어지며, 2015년 1월 29일(목) 오후 3시

이전까지 회비를 납부하시는 회원께도 투표권

이 주어집니다. 연회비를 기한 내에 납부하시

어 투표에 적극 참여하여 주시기 바랍니다.

한국광학회 제 26회 정기총회 및 2015년도 동계학술발표회 / OptoWin 2015 광산업전시회 개최 안내

제 24대 한국광학회 회장 선거 안내


◈ 한국광학회 제26회 정기총회 및 2015년도 동계 학술발표회

• 일 시 : 2015년 1월 28일 ~ 30일

• 장 소 : 대전컨벤션센터

◈ 한국광학회 2015년도 하계학술발표회

• 일 시 : 2015년 7월 13일 ~ 15일

• 장 소 : 경주화백컨벤션센터

◈ 차세대 리소그래피 학술대회

• 일 시 : 2015년 4월 1일 ~ 3일

• 장 소 : COEX

◈ 광전자 및 광통신 학술회의 (COOC 2015)

• 일 시 : 2015년 6월 3일 ∼ 5일

• 장 소 : 부산 한화리조트 해운대 티볼리

◈ 제 14회 첨단 레이저 및 레이저 응용 워크샵 (ALTA 2015)

• 일 시 : 2015년 5월 7일 ~ 9일

• 장 소 : 제주 서귀포 KAL 호텔

◈ Korea-Japan Workshop on Digital Holography and Information Photonics

• 일 시 : 2015년 9월 예정

• 장 소 : 강릉 KIST 분원

한국광학회 정기 학술발표회

분과 학술대회

Event Date Country

International Conference on Recent Cognizance in Wireless Communication & Image Processing

2015-Jan-16India

International Year of Light Opening Ceremony2015-Jan-19

France

Trends in Optical Micromanipulation III 2015-Jan-25Austria

Photonics West 2015-Feb-07USA

OSC Alumni and Industrial Affiliates Reception- SPIE Photonics West 2015-Feb-10USA

AAAS 2015 2015-Feb-12USA

ICTP 2015 2015-Feb-17Italy

출처:http://www.osa.org


Event Date Country

Workshop on Hierarchy of Quantum Mechanics 2015-Feb-21Japan

Light for the Future2015-Feb-25

Germany

Fourier Transform Spectroscopy (FTS)

2015-Mar-01

USA

Hyperspectral Imaging and Sounding of the Environment (HISE)

2015-Mar-01

USA

Spring 2015 IA Workshop 2015-Mar-02USA

3rd International Workshop on Opportunities and Challenges in Mid-infrared Laser-based Gas Sensing

2015-Mar-05Germany

African conference on Laser Spectroscopy2015-Mar-08

Egypt

4th International Conference on "Current Developments in Atomic, Molecular & Optical Physics with Applications

2015-Mar-11India

Optics in Cardiology

2015-Mar-11Netherlands

Keystone Symposia: Optogenetics 2015-Mar-12USA

International Conference on Photonics, Optics and Laser Technology 2015-Mar-13Germany

Lighting up Africa with Lasers, Optics, and Fibres 2015-Mar-15Tunisia

Optical Fiber Communications Conference and Exposition

2015-Mar-22

USA

Photonics for Disaggregated Data Centers

2015-Mar-22

USA


Event Date Country

OSA Executive Forum

2015-Mar-23

USA

International conference for students of physics & natural sciences "Open Readings 2015"

2015-Mar-24Lithuania

Second International Symposium on Optical Coherence Tomography for Non-Destructive Testing 2015-Mar-25

Germany

2015 MRS Spring Meeting & Exhibit 2015-Apr-06USA

VIII Workshop on Lidar Measurements in Latin America 2015-Apr-06Cuba

META’15, the 6th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics

2015-Apr-08USA

Discussions on Nano and Mesoscopic Optics - DINAMO 2015 2015-Apr-08Argentina

Bio-Optics: Design and Application (BODA)

2015-Apr-12

Canada

Novel Techniques in Microscopy (NTM)

2015-Apr-12

Canada

Optical Molecular Probes, Imaging and Drug Delivery (OMP)

2015-Apr-12

Canada

Optical Trapping Applications (OTA)

2015-Apr-12

Canada

Optics and the Brain

2015-Apr-12

Canada

2015 IEEE Symposium on Technologies for Homeland Security

2015-Apr-14USA

Optical Wave and Waveguide Theory and Numerical Modelling Workshop 2015-Apr-17UnitedKingdom

Symposium on Liquid Crystal Photonics (SLCP) 2015 2015-Apr-18China


Event Date Country

2015 ASLMS Annual Conference 2015-Apr-22USA

2015 IEEE International Broadband and Photonics Conference 2015-Apr-23Indonesia

Laser Ignition Conference (LIC)

2015-Apr-27

USA

ARVO 2015 Annual Meeting 2015-May-03USA

5th Word Federation of Lasers in Dentistry - European Division - Congress & 6th International Conference of Lasers in Medicine

2015-May-07Romania

CLEO: 2015 - Laser Science to Photonic Applications

2015-May-10

USA

The 14th IAPR Conference on Machine Vision Applications 2015-May-18Japan

The 5th Asia-Pacific Optical Sensors Conference 2015-May-20Republic of Korea

Digital Holography & 3-D Imaging (DH)

2015-May-24

China

The 59th International Conference on Electron, Ion, and Photon Beam Technology and Nanofabrication

2015-May-26USA

Imaging Systems and Applications (IS)

2015-Jun-07

USA

Propagation through and Characterization of Distributed Volume Turbulence and Atmospheric Phenomena (pcDVT)

2015-Jun-07USA

Applied Industrial Optics (AIO)

2015-Jun-07

USA

Application of Lasers for Sensing & Free Space Communication (LS&C)

2015-Jun-07

USA


Event Date Country

Computational Optical Sensing and Imaging (COSI)

2015-Jun-07

USA

Freeform Optics (Freeform)

2015-Jun-07

USA

Adaptive Optics: Analysis, Methods & Systems (AO)

2015-Jun-07

USA

High-Dimensional Inverse Problems in Optical Science Symposium (HIPOS)

2015-Jun-07

USA

hotonics North 2015-Jun-10Canada

X Workshop on Adaptive Optics for Industry and Medicine

2015-Jun-15Italy

Photorefractive 2015 2015-Jun-16Switzerland

European Conferences on Biomedical Optics 2015-Jun-21Germany

Conference on Lasers and Electro-Optics/Europe and the European Quantum Electronics Conference

2015-Jun-21Germany

World of Photonics Congress 2015-Jun-22Germany

Novel Optical Materials and Applications (NOMA)

2015-Jun-26

USA

Photonic Networks and Devices (Networks)

2015-Jun-27

USA

Integrated Photonics Research, Silicon and Nano Photonics (IPR)

2015-Jun-27

USA

Optical Sensors (Sensors)

2015-Jun-27

USA


Event Date Country

Signal Processing in Photonics Communications (SPPCom)

2015-Jun-27

USA

10th International Symposium on Display Holography

2015-Jun-28Russian Federation

Education and Training in Optics and Photonics

2015-Jun-29

France

International Conference on Photonics Solutions 2015-Jul-06Thailand

5th ASPE Topical Meeting on Precision Interferometric Metrology 2015-Jul-07USA

3rd International Conference on Quantum Technologies 2015-Jul-13Russian Federation

Nonlinear Optics (NLO)

2015-Jul-26

USA

Siegman International School on Lasers: 2015

2015-Aug-02

Germany

Third International Conference on Optical Angular Momentum 2015-Aug-04USA

10th International Symposium on Modern Optics and Its Applications 2015 2015-Aug-10Indonesia

6th International Conference of Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology

2015-Aug-15China

2015 CLEO Pacific Rim Conference

2015-Aug-24

Republic of Korea

V International School and Conference on Photonics

2015-Aug-24Serbia

The 4th International Conference on the Physics of Optical Materials and Devices

2015-Aug-31Montenegro

The 12th International Conference on Correlation Optics2015-Sep-14

Ukraine


Event Date Country

12th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments

2015-Sep-22Taiwan

European Conference on Optical Communications 2015-Sep-27Spain

24th International Conference on Optical FIbre Sensors

2015-Sep-28Brazil

Advanced Solid State Lasers Conference and Exhibition

2015-Oct-04

Germany

Frontiers in Optics: The 99th OSA Annual Meeting and Exhibit/Laser Science XXXI

2015-Oct-18USA

34th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics

2015-Oct-18USA

The 20th Microoptics Conference 2015-Oct-25Japan

16th International Feofilov Symposium on spectroscopy of crystals doped with rare earth and transition metal ions

2015-Nov-09Russian Federation

Extreme Events in Complex Optical Systems 2015-Dec-01Argentina

Meetings that are either owned by or managed completely by OSA.

Meetings where OSA is investing financially and/or co-managing with another party.

Meetings where OSA supports the objectives of the conference but provides no financial investment.

Meetings that are either owned by or managed completely by OIDA.

Meetings marked with the symbol indicate available exhibit opportunities.

Event Date Country

OECC 2015 (Opto Electronics and Communications Conference 2015)28 June - 2 July 2015 China


Date Event Location

7 - 12 February 2015EXHIBITION

10 - 12 February 2015

SPIE Photonics WestSub-conferencesSPIE BiOSEXHIBITION7 - 8 February 2015SPIE Green PhotonicsSPIE LASESPIE OPTOSPIE Applications of 3D PrintingSPIE Translational Research

San Francisco,California,

United States

8 - 12 February 2015 IS&T/SPIE Electronic ImagingSan Francisco,

California,United States

21 - 26 February 2015 SPIE Medical ImagingOrlando,Florida,

United States

22 - 26 February 2015EXHIBITION

24 - 25 February 2015SPIE Advanced Lithography

San Jose,California,

United States

8 - 12 March 2015EXHIBITION

10 - 11 March 2015

SPIE Smart Structures and Materials + Nondestructive Evaluation and Health Monitoring

San Diego,California,

United States

13 - 16 April 2015EXHIBITION

14 - 15 April 2015SPIE Optics + Optoelectronics Prague,

Czech Republic

20 - 24 April 2015EXHIBITION

21 - 23 April 2015

SPIE DSSSub-conferencesSPIE Defense + SecuritySPIE Sensing Technology + Applications

Baltimore,Maryland,

United States

4 - 6 May 2015 SPIE Microtechnologies Barcelona,Spain

17 - 20 May 2015 Pacific Rim Laser Damage Jiading, Shanghai,China

INTERNATIONAL CONFERENCE ON OPTICAL INSTRUMENTS AND TECHNOLOGY 2015

17 - 19 May 2015 International Conference on Optical Instruments and Technology 2015

Beijing,China

23 - 25 May 2015 SPIE Biophotonics South America Rio de Janeiro,Brazil

21 - 25 June 2015 European Conferences on Biomedical Optics

Munich,Germany

22 - 25 June 2015 SPIE Optical Metrology Munich,Germany

4 - 7 August 2015 Third International Conference on Optical Angular Momentum

New York,United States

출처:http://spie.org


Date Event Location

9 - 13 August 2015EXHIBITION

11 - 13 August 2015

SPIE Optics + PhotonicsSub-conferencesSPIE NanoScience + EngineeringSPIE Optical Engineering + ApplicationsSPIE Organic Photonics + ElectronicsSPIE Optics + Photonics for Sustainable Energy


United States

7 - 10 September 2015 SPIE Optical Systems Design Jena,Germany

8 - 11 September 2015International Workshop on X-ray and Neutron Phase Imaging with Gratings

Bethesda,Maryland,

United States

21 - 24 September 2015 SPIE Remote Sensing Toulouse,France

21 - 24 September 2015 SPIE Security + Defence Toulouse,France

27 - 30 September 2015 SPIE Laser DamageBoulder,Colorado,

United States

29 September - 1 October 2015 SPIE Photomask TechnologyMonterey,California,

United States

29 September - 1 October 2015EXHIBITION

29 - 30 September 2015SPIE Scanning Microscopies

Monterey,California,

United States

12 - 15 October 2015EXHIBITION

13 - 15 October 2015SPIE Optifab

Rochester,New York,

United States

4 - 7 April 201618 - 22 April 2016

SPIE Photonics Europe SPIE DSS Sub-conferences SPIE Defense+Security

Brussels,Belgium

Baltimore,Maryland,

United States

28 August - 1 September 2016EXHIBITION

30 August - 1 September 2016

SPIE Optics + PhotonicsSub-conferencesSPIE NanoScience + EngineeringEXHIBITION30 August - 1 September 2016SPIE Optical Engineering + ApplicationsEXHIBITION30 August - 1 September 2016SPIE Organic Photonics + ElectronicsEXHIBITION30 August - 1 September 2016SPIE Optics + Photonics for Sustainable EnergyEXHIBITION30 August - 1 September 2016


United States


한국광학회 2015년도 신규가입 회원명단

■정회원(15명) 2015. 1 現

성명 소속 성명 소속

윤지연 LIG넥스원·탐색기/광학연구센터 서정훈 에이에스엠엘·리소그라피·솔루션

송민협 한국전자통신연구원·광무선융합부품연구부 정현철 조선대학교·기계시스템공학과

이일영 에스엘(주)·해석팀 김영규 엘티에스·전략기술

노준석 포항공과대학교·기계공학과/화학공학과 노지환 한국기계연구원·광응용생산기계연구실

윤종극 미르기술·검사파트 하태원 한국생산기술연구원·나노기술집적센터

신유정 삼성전자·YE그룹·(LED) 주철민 연세대학교·기계공학부

이현민 국립암센터·의공학연구과 최철희 한국과학기술원·바이오및뇌공학과

박수종 경희대학교·우주탐사학과

■학생회원(51명) 2015. 1 現


김지수 한국과학기술원·물리학과 이보미 고려대학교·디스플레이·반도체·물리학과

최종국 KAIST·물리학과 이동근 한국산업기술대학교·나노광공학과

송보광 KAIST·물리학과 이현지 충남대학교·물리학과

Nabila·Khrisna·Dewi

KAIST·Physics김경훈 부산대학교·인지메카트로닉스공학과

장한솔 부산대학교·나노융합공학과

이영복 선문대학교·나노과학과 김한솔 서울대학교·전기정보공학부

김의한 연세대학교·기계공학과 이동열 서울대학교·전기정보공학부

이동학 연세대학교·기계공학과 김아리 대진대학교·물리학과

황재현 연세대학교·기계공학과 권시언 다원물질융합연구소·광전융합시스템연구단

조용현 고려대학교·물리학과양승빈

전북대학교·전자공학과·디스플레이공학·연구실진정호 호서대학교·국방과학기술학과

함형민 에드메지·Operations 이효진 전북대학교·전자공학부

엄재홍 고려대학교·컴퓨터전파통신공학과 김형민 전북대학교·전자공학부

황태웅 고려대학교·정보대학·뇌공학과 이두재 청주대학교·레이저광정보공학과

동성희 고려대학교·뇌공학과 김재영 조선대학교·광기술공학과

박세준 아주대학교·물리학과 장경민 조선대학교·광기술공학과

임상연 호서대학교·나노바이오트로닉스학과 임한범 조선대학교·광기술공학과

박정은 부경대학교·의공학과 한대훈 카이스트·물리학과

김진영 포항공과대학교·기계공학과 최진혁 금오공과대학교·광시스템공학과

허미라 한국과학기술원·기계공학과 김진하 금오공과대학교·광시스템공학과



민두홍성균관대학교·전자전기컴퓨터·공학과·디스플레이·디바이스·및·재료·연구실

김병현 단국대학교·물리학과·응용광학전공

양승진 조선대학교·광기술공학과

김성완 성균관대학교·디스플레이·및·재료·연구실 조은길 명지대학교·물리학과

박미나전남대학교·공과대학·고분자·광전자·재료·연구실

문상은 서울대학교·광공학연구실

김진권 영남대학교·물리학과

김가람 세종대학교·광공학과 문윤종 경희대학교·응용물리학과

조광훈 세종대학교·광영상연구실 원보라 경희대학교·응용물리학과

이재강 한양대학교·나노플라즈몬광학 이한결 경희대학교·응용물리학과

이동근 한국산업기술대학교·나노광공학과

한국광학회 2015년도 후원사 명단

2015. 1 現■특별회원

회사명 우편번호 주소 HOMEPAGE

한국광산업진흥회 500-779 광주·북구·첨단4로·5 www.kapid.org

에드몬드·옵틱스·코리아 150-890 서울시·영등포구·여의도동·44-2번지·태양빌딩·606호 www.edmundoptics.co.kr

㈜L2K·플러스 305-500 대전·유성구·용산동·533-1·미건테크노월드·2-530 www.L2K.kr

전자부품연구원 463-816 경기·성남시·분당구·야탑동·68·전자부품연구원·자료실 www.keti.re.kr

삼성테크윈 463-400 경기도·성남시·분당구·삼평동·701·삼성테크윈·R&D센터·5층·B존 www.samsungtechwin.co.kr

㈜오토닉스·양산공장 626-734경상남도·양산시·웅비공단길·116·㈜오토닉스·양산공장·연구지원팀

www.autonics.com

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ISSN 1226-452027]M19_1_2015.pdf · 발행인 우 정 원 인쇄인 김 성 배 발행소 한 국 광 학 회 121-815 ... 2014년 3월 상임이사회에서 세계 빛의 해 준비위원회