💡 Li-Fi 통신 원리

Li-Fi (Light Fidelity)는 가시광선을 이용한 무선 통신 기술입니다. LED를 고속으로 점멸시켜 디지털 데이터(0과 1)를 전송하고, 포토다이오드로 빛을 감지하여 데이터를 수신합니다.

• 1 비트: LED 켜짐 (빛 방출) → 포토다이오드가 광전효과로 전압 생성
• 0 비트: LED 꺼짐 (빛 없음) → 전압 거의 0V
• 초당 수천~수백만 번 점멸하여 데이터를 전송 (사람 눈으로는 감지 불가)

🔬 포토다이오드와 광전효과

포토다이오드는 P형과 N형 반도체의 접합으로 이루어져 있으며, 공핍층(depletion region)에 전기장이 형성됩니다. 빛이 입사하면 전자-정공 쌍이 생성되고, 내부 전기장에 의해 분리되어 전류가 흐르게 됩니다.

⚡ Li-Fi의 장점

• 높은 보안성: 빛은 벽을 통과하지 못해 물리적으로 격리된 통신
• 넓은 대역폭: 가시광선 스펙트럼 활용으로 높은 전송 속도
• 전자기 간섭 없음: 병원, 항공기 등 RF 제한 구역에서 사용 가능
• 에너지 효율: 기존 LED 조명을 통신에 활용

🚀 Li-Fi가 빠른 이유

LED는 매우 빠른 속도로 켜졌다 꺼질 수 있습니다. 일반 조명 LED는 사람이 보기에는 계속 켜져 있는 것처럼 보이지만, 실제로는 마이크로초(백만분의 1초) 단위로 점멸시키는 것이 가능합니다.

• LED의 스위칭 속도는 Wi-Fi 라우터 신호보다 훨씬 빠름
• 사람 눈은 LED의 빠른 깜빡임을 감지하지 못함 (잔상 효과)
• 빛의 세기 변화를 디지털 신호(0/1)로 정교하게 조절 가능
• 포토다이오드는 이 미세한 빛의 변화도 전압으로 즉시 변환

결국 Li-Fi는 "빛의 빠른 스위칭 능력"을 활용하여 매우 많은 양의 데이터를 짧은 시간에 전송할 수 있습니다.

🧩 실제 Li-Fi 시스템 구성 요소

실제 Li-Fi 장치는 단순히 LED와 포토다이오드만 있는 것이 아니라 고속 신호 처리를 위한 여러 부품들이 함께 동작합니다.

• LED 드라이버 — LED를 매우 빠르게 점멸시키는 회로
• 포토다이오드(PD) — 빛의 세기에 따라 전류 생성
• Transimpedance Amplifier(TIA) — PD의 작은 전류를 큰 전압으로 증폭
• DSP/MCU — 인코딩·디코딩, 오류정정, 신호처리
• 광학 필터 — 잡광(환경 조명)을 제거해 신호만 통과

실제 연구·산업용 Li-Fi는 매우 안정적인 통신을 위해 여러 보정 회로와 신호처리 알고리즘을 포함합니다.