Manufacturing and Characteristic Evaluation of Free space Optical Communication Devices in 5G Mobile Base Stations for Emergency Disaster Response

긴급재난 대응용 5G 이동 기지국을 위한 대기공간 광통신 장치의 제작과 특성평가

Abstract

In this paper, a free space optical communication device that can be used in a mobile base station of several km or less was fabricated and its characteristics were investigated. To overcome the loss due to atmospheric transmission, an optical fiber amplifier (EDFA) with an output of 23 dBm or more was used. In order to increase the focusing speed and miniaturization of the laser beam, an optical lens was manufactured, and a transmission lens was designed to have beam divergence within the range of 1.5 to 1.8 [mrad]. A PT module that controls PAN/TILT was fabricated in order to reduce pointing errors and effective automatic alignment between transceiver devices. In this study, Reed-Solomon (RS) code was used to maintain the transmission quality above a certain level. It was manufactured to be able to communicate at a wireless distance of 300m in a weather situation with visibility of 300m. For performance measurement, it was measured using BERT and eye pattern analyzer, and it was confirmed that BER can be maintained at 2.5Gbps.

본 논문에서는 수 km이하의 이동 기지국에 활용할 수 있는 대기공간 광통신(Free Space Optic) 장치를 제작하고 그 특성을 알아보았다. 대기전송으로 인한 손실을 극복하고자 23dBm 이상의 출력을 갖는 광섬유증폭기(EDFA)를 사용하였다. 레이저 빔의 집속도를 높이고 소형화하기 위하여 광학렌즈를 제작하였으며, 1.5 ~1.8[mrad] 범위내에서 빔 발산각(divergence)을 갖도록 송신렌즈를 설계하였다. 송수신부의 장비간의 효과적인 자동정렬과 포인팅 에러를 줄이기 위하여 PAN/TILT를 제어하는 PT 모듈을 제작하였다. 본 연구에서는 일정한 수준이상으로 전송품질을 유지하기 위하여 Reed-Solomon(RS) 코드를 사용하였다. 가시도 300m의 기후 상황에서 300m 대기공간 거리를 통신이 가능하도록 제작하였다. 성능측정을 위하여 비트에러 측정기와 아이패턴 분석기를 이용하여 측정하였으며 2.5Gbps 이상에서 10^-9 BER을 유지할 수 있음을 확인할 수 있었다.

Ⅰ. 서론

대기공간 광통신(FSO)은 대용량 통신이 가능하고, 저전력, 초소형, 채널 보안성이 뛰어나며, 필요에 따라 실시간 네트워크 재구성이 가능하다는 점에서 통신재난시수 km이하의 개체들(빌딩간, 기지국간) 사이의 단거리 대용량 통신기술로 이상적이라고 평가되고 있다. 기존 무선 광통신 제품은 상기의 장점에도 불구하고 설치 및 광학장비정렬의 어려움과 날씨의 영향으로 인한 채널가용성 변동등의 이유로 시장 성장에 한계가 있었다^[1].최근들어 하이브리드 mid-IR/FSO 시스템, 적응형 광학계(Adaptive optics)등 새로운 FSO 구조에 대한 연구가 도입되고 재난통신과 6G 이동통신을 위한 저궤도 무인이동체와의 통신의 도입 필요성으로 인하여 크게 주목받고 있다^[1]-[3]. 본 연구에서는 대기 상황이 좋지 않은 환경인 짙은 안개가 있는 가시거리 300m의 환경에서 FSO를 이용하여 두 장비간에 안정적인 데이터 통신이 이루어 질 수 있는 장비를 개발하고 그 성능을 평가하고자 한다. 핵심기술로는 FSO를 위한 광학설계를 통해 안정적인 광송수신부를 제작하는 것과 송수신부간 LOS 구현을 위한 PT(Pan and Tilt Unit) 모듈이다.

그림 1. 대기공간 광통신 장치

Fig. 1. free space optical communication device

Ⅱ장에서 대기상태 변동에 따른 안정적인 통신품질을 확보하기 위하여 대기공간에서의 광 손실을 계산하고 전송에 필요한 광전력을 설계하였다. 최근의 논문들에서 검증된 데이터에 근거하여 안개등으로 인한 가시도 300m 환경에서 300m 거리를 전송하기 위한 손실값을 계산하였다. 계산된 손실값을 보상하기 위하여 광섬유증폭기(EDFA)를 채택하여 안정적인 광전력을 공급할 수 있음을 설명하였다. Ⅲ장에서 대기공간 광통신 장치를 제작하였다. 3-1에서 광송신부 광학계를 설계하고 제작하였다. 효율적인 광송신부 구성을 위하여 복합렌즈를 이용하여 시스템 간편화 및 소형화로 설치의 용이성을 향상시키고자 하였다. 3-2에서 대기채널 손실 극복을 위해 채택한 광섬유증폭기의 적용에 대해서 설명하였다. 3-3에서 탈부착식 자동 정렬 장치(PT 모듈)에 대해서 설명하였고 3-4에서 에러정정을 할 수 있는 채널코딩 기법 적용에 대해 설명하였다. 본 연구에는 통신재난으로 인한 응급복구에 활용할 수 있는 단거리 대용량 FOS 시스템을 연구함으로써 초기 FOS 시스템에서 문제시되었던 소형화, 장비정렬의 어려움, 에러 감지 및 보정기술을 적용, 전송거리 확대등의 문제를 해결하여 날씨의 영향을 최소화 할 수 있는 대기공간 광통신 통신장치를 연구하고자 한다. 향후 이러한 기술은 짙은 안개가 발생한 공항과 터널, 작업장, 경기장등 단거리 대용량 전송로가 필요한 곳이나 지진, 화재등 재난 상황시 기간 통신망이 복구되기 전까지 재난복구용 통신망으로 사용할 수 있는 유용한 시스템이다.

Ⅱ. 대기공간 광채널 광손실과 링크 설계

광송신기에서 출력된 광신호가 자유공간을 통과하게 되면 맑은 날씨에서는 교란에 의해서 흐린날씨에는 산란에 의해서 지배된다고 보고되었다. 대기현상의 변화는 대기굴절률을 변화시키고 이로 인하여 전파되는 광신호에 교란(turbulence)이 발생하여 광신호의 감쇄 뿐만 아니라 펄스 폭의 변화와 같은 왜곡에도 영향을 주어 전송거리를 제한하게 된다. 교란대기에 대한 굴절률 스펙트럼 밀도는 Kolmogorov에 의해 연구되었고, Tatarski와 Von Karman에 의해 상세한 대기 굴절률 밀도함수가 연구되었다^[4]. 교란에 의한 펄스퍼짐을 살펴보기 위하여 Von Karman에 의해 제안된 굴절률 밀도 함수는 다음과 같다^[4].

\(\begin{aligned}\Phi_{n}(k)=0.33 \operatorname{Cn}^{2} k^{-11 / 3} \frac{\exp \left[-\left(k / k_{m}\right)^{2}\right]}{\left(k^{2_{l}}+k^{2}\right)^{-11 / 6}}\end{aligned}\)       (1)

여기서 Cn²은 굴절률 구조함수이고, k는 전파상수이다. 강한 교란상태인 10^-12[m^-2/3]인 경우에서는 5km 전송시에 80%의 펄스퍼짐으로 인하여 전송이 불가한 상황이 된다는 수치적인 보고가 있었으나 10^-12[m^-2/3]교란상태에서 수 km이하의 단거리 전송에서는 크게 영향을 주지 않는 것으로 보고되었다^[5]. 최근에는 안개와 같은 큰 산란손실을 갖는 대기환경에서 자유공간상의 경로손실을 엄밀히 구하고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다 ^[9]-[17]. 본 연구의 목표는 짙은 안개가 있는 가시거리 300m의 환경에서 대기공간 광통신을 이용하여 300m거리의 두 장비간에 안정적인 데이터 통신이 이루어 질 수 있는 장비를 개발하는 것이다. 가시거리 300m 환경에 해당하는 대기전송손실은 Mie 산란 방정식에 근거하여 경로손실(path loss)을 계산할 수 있다. 대기손실 상수는 Beer’s-Lambert법칙에 의하여 다음과 같다^[9]-[12].

\(\begin{aligned}\sigma=\frac{3.91}{V}\left(\frac{\lambda}{550 n m}\right)^{-q}\end{aligned}\)       (2)

여기서 V는 가시도(km), λ는 파장(nm)이고 q는 산란입자의 크기분포로 V< 6km일 경우는 0.585V^1/3이고 V< 0.5km이면 0이다.

대기교란 손실은 다음과 같이 정의할 수 있다^[9]-[12].

\(\begin{aligned}h_{a}(R)=2 \sqrt{23.17 k^{7 / 6} C^{2_{n}} R^{11 / 6}} d B\end{aligned}\)       (3)

여기서 k = 2π/λ이고, C²ⁿ은 굴절률 구조함수이다. 0.5km 이하의 무선 광통신에서는 산란에 의한 경로손실과 교란손실은 고정값으로 간주하고 포인팅 에러가 주된 요소이다. 포인팅 에러는 다음과 같이 주어진다^[15].

\(\begin{aligned}h_{p m} \approx A_{0 m} \exp \left(-\frac{r^{2}}{w^{2} z q q m}\right)\end{aligned}\)       (4)

여기서, r은 수신기에서의 방사변위, A_0m은 r=0에서의 m차 수신기 전력, w^2_zeqm는 광원의 빔폭에 해당하는 항이다. 짙은 안개 상황에서의 기존연구에 기반하여 분석적인 방법으로 계산한 결과 가시거리 300m 상황에서의 최대 손실값은 수치해석의 엄밀성에 따라, 1550nm파장을 기준으로 12.6 ∼13.6dB/km로 확인된다^[9]-[12]. 따라서 300m 가시도를 갖는 대기체널을 13.6dB의 손실 항으로 등가 할 수 있다. 실제 대기공간 광통신을 위한 광링크 설계 시에는 가시도 300m의 대기공간 광 채널을 13.6dB의 자유공간 채널 감쇄항으로 추정하였고, 대기산란손실로 인한 전력손실을 보상하기 위해 1550nm 파장의 광신호를 증폭할수 있는 광섬유증폭기인 EDFA를 이용하였다.

Ⅲ. 대기공간 광통신 장치 제작

대기공간 광통신 장치는 광학 렌즈 및 광의 송수신부가 위치하는 광송수신 헤더부와 각종 제어보드 및 신호처리 board, 전원 장비로 구성된 제어부, 장비간 자동정렬 및 포인팅을 위해 PAN/TILT를 제어하는 PT 모듈로 구성되어 있다. FSO 시스템은 1530nm ∼ 1565nm대의 C-band 광원을 이용하여 대기공간으로 광원을 전송하여 데이터를 송수신하는 방식이며 광원을 콜리메이션하는 송신 광학계와 수신 광학계로 구성하였다. 향후 L-band와 E-band까지 활용 가능할 것으로 판단된다. 광원을 1550nm 파장을 사용하는 가장 큰 이유는 사람의 눈에 피해를 주지 않는 안전성에 있다. 최근에는 안개에 강한 파장인 mid-IR (10.6µm)에 대한 연구도 많이 이루어지고 있다^[13].

1. 광학렌즈 및 광학계 개발

대기공간 광통신 장치에 적용되는 광학렌즈는 소형화, 경량화, 저가격화가 매우 중요한 설계요소이며^[6]-[8], 이를 위해 수신렌즈의 오프 축 위치에 송신렌즈를 위치함으로써 별도의 송신렌즈 공간이 필요 없도록 디자인하였다. 수신렌즈의 크기 또한, 제품의 크기를 최소화하기 위해 최적화된 초점거리를 가질 수 있도록 설계하였으며 상대적으로 짧은 길이를 갖는 광학계 설계가 가능하도록 설계하였다. 제작된 송수신 일체형 복합렌즈의 송신 렌즈 특성을 측정하기 위해 빔 프로파일(profile)을 분석하여 빔 발산을 산출하였다. 렌즈와 송신 광섬유의 위치를 변경하면서 빔 프로파일을 측정하였으며 6cm ∼ 4.8m의 거리 범위에서 측정하였다. 측정 데이터를 이용하여 거리별 FWHM을 도시하면 그림 2와 같은 빔 발산을 도시할 수 있다. 빔 발산이 크면 거리가 멀수록 정렬은 쉬워지나 수신 파워가 낮아지게 되어 원거리 통신에 문제가 발생할 수 있고 반대로 빔 발산이 작으면 수신 파워는 높아지나 정렬이 매우 어려워 지므로 적절한 빔 발산을 갖도록 송신렌즈를 설계하는 것이 중요하다. 사용되는 송신렌즈의 빔 발산은 1.5∼1.8[mrad]이 되도록 설계하였으며 상기 거리별 FWHM 값을 기준으로 정리해보면 아래와 같은 결과를 얻을 수 있다.

그림 2. 빔 발산 설계

Fig. 2. Beam divergence design

빔 발산각은 다음과 같이 정의할 수 있다.

\(\begin{aligned}\text {빔 발산각}=\tan ^{-1}\left(\frac{H}{D}\right)\\\end{aligned}\)       (5)

여기서 D는 P₁과 P₉의 거리이고 높이 H는 다음과 같이 정의된다.

\(\begin{aligned}H=\frac{F W H M\left(P_{9}\right)-F W H M\left(P_{1}\right)}{2}\end{aligned}\)       (6)

상기 식의 결과로 빔 발산각은 1.7[mrad] 정도임을 확인할 수 있다. 또한 향후 전송거리 확장을 위하여 렌즈부를 착탈식 모듈로 개발하여, 렌즈부 교체만으로 최대 500m까지 통신 거리를 조절할 수 있도록 설계하였다. 광송수신 모듈은 광송신부와 광수신부가 분리되어 있는 형태의 모듈을 사용하여 1축, 3축 스테이지를 이용하여 초점거리를 조절하여 광송수신 효율을 극대화 할 수 있도록 설계되었다.

2. 대기 채널손실 극복을 위한 광섬유증폭기

1550nm 대역의 광원을 사용하였으므로 EDFA 사용이 가능하다. 본 연구에서 사용된 EDFA는 출력기준 23dBm의 증폭 특성을 갖는 EDFA를 사용하여 테스트하였으며 설치하고자 하는 장비간 직선거리에 따라 증폭이득을 조정하여 사용할 수 있도록 설계하여 적용하였다. 100GHz 간격(0.8nm)의 DWDM 다중화기와 20nm 간격의 CWDM 다중화기를 사용할 수 있도록 설계하였으며, 입력되는 SFP 파장을 다중화하여 EDFA로 연결하였다. 본 연구에서는 제품의 소형화와 파장선택성의 용이함으로 인하여 마이크로광학형 소자를 사용하였다. 광파장다중화기의 출력과 EDFA의 출력을 각각 확인하여 EDFA를 채택하지 않은 경우보다 송신 광전력이 최소한 13.6dB 이상이 확보 될 수 있는지를 점검하고 아이패턴 분석기를 이용하여 EDFA의 추가로 인한 광채널의 이상여부를 확인하였다. EDFA가 입력 광채널을 왜곡 없이 안정적인 증폭할 수 있는 이득범위를 계산하기 위한 실험을 수행할 때는 광스펙트럼분석기와 광파워미터 측정입력 한계치로 인하여 30dB 범위의 가변 감쇄기를 사용하여 EDFA의 입력과 출력을 조정하면서 진행하였다. 측정결과 EDFA의 ASE 잡음을 고려하더라도 20dB 이득 범위내에서 광출력의 아이패턴이 일그러짐 없이 안정적으로 SFP의 출력을 증폭하여 보낼 수 있음을 확인할 수 있었다.

3. 착탈이 가능한 자동 정렬 장치 개발

대기공간 광통신 시스템이 정상적으로 동작하기 위해서는 Master FSO와 Slave FSO의 광학계가 매우 정밀하게 정렬되어야 한다. 정렬과정에 미세한 오류가 발생하면 포인팅 에러로 인한 손실이 매우 커진다. 정렬은 가시광 레이저와 IR 광원(SFP)을 이용하여 초기 대략적인 범위를 맞추는 수동정렬과 보다 정밀하게 맞추는 자동정렬의 두 단계로 나누어 실행한다. 수동정렬을 개선시킨 자동 정렬 알고리즘은 전동 PT 모듈을 움직여 가며 SFP에서의 입력 파워를 보고 최상의 정렬 위치를 찾는다. 그림 3에 좌우 스캔의 이동 범위를 도시하였다. 최초 0의 위치에서 1,2,3…으로 위치를 변경해 가며 수신 파워가 최대인 점을 찾아 기억하고 스캔이 끝나면 최대 점으로 이동한다.

그림 3. PT모듈 자동정렬 기법

Fig. 3. PT module automatic alignment technique

FSO 헤더를 움직여 자동정렬 기능을 구현하기 위한 PT 모듈은 자유공간 광통신 장비의 특성상 두 장비간 거리가 멀어질수록 약간의 움직임에 의해서도 광각도가 크게 움직일 수 있으므로 0.000048° / step 의 정교한 해상도를 갖는 모듈을 설계하고 제작하였다.

4. 에러 정정을 위한 채널코딩 구현

Reed-Solomon(RS) 코드를 사용하면 수신측에서는 일정한 수의 오류심벌을 검출하거나 그 보다 낮은 수효의 오류심벌을 정정할 수 있게 되어 전송품질을 일정수준 이상 유지할 수 있게 된다. 본 시스템에 적용된 R-S 코드는 RS (255,225)를 적용하였다. 255개 바이트가 하나의 블록으로 구성되고 블록당 오버헤드는 30 바이트이다. 즉 225 바이트마다 30개의 오버헤드를 붙여 255바이트의 블록을 구성하며 이론상 수정 가능한 에러 수는 15개이다. GE 이더넷 신호는 1.25Gb/s로 전송 주파수는 이론상으로는 1.42Gb/s면 충분하지만 시스템 구현상 편의를 위하여 2.5Gb/s를 사용하였고 나머지 영역은 IDLE 블록으로 스터핑 처리하였다. 본 채널코딩에 의한 효과는 2가지로 구분하여 볼 수 있다. 첫 번째는 광송수신기의 수신감도의 증가이고 두 번째는 전송매체에서 발생하는 군집 에러의 에러 정정 기능이다.

Ⅳ. 성능평가 및 고찰

짙은 안개가 발생하여 가시거리를 확보하기 어려운 환경에서 최대한 전송하기 위한 대기공간 광통신 장치를 구성하고 구간내에서 데이터 송수신이 안정적으로 이루어지고 있음을 확인하고자 하였다. 대기공간을 통한 통신이므로 신호의 감쇄와 분산으로 인한 왜곡 현상이 발생하면 매우 치명적이므로 FOS 장비의 전송특성을 검증하기 위하여 BER과 아이패턴을 측정하였다. 성능평가요소는 크게 3가지로서, 전송신호의 파형왜곡 여부, 최대 전송대역폭(통신속도)과 실제 야외필드에서 최대전송거리 달성 여부이다.

1. 시험 구성

특정한 가시도와 전송거리에서 두 장비간의 대기공간 통신 속도를 2.5Gbps로 하여 비트에러율(BER) 10^-9 이하로 유지할 수 있는 통신 품질을 확보할 수 있는지를 판단하기 위하여 Master FSO와 Slave FSO를 구성하였다. 성능평가를 위하여 아이패턴 분석기와 BERT를 그림 4와 같이 시험 구성을 하였다. 실험장비는 아이패턴 분석을 위하여 EXPO사 BA-4000, EA-4000, CD-4000을 사용하였으며 BERT를 위하여 FTBx-88800 장비를 사용하여 측정하였다.

그림 4. FSO 장치 성능 평가 구성도

Fig. 4. FSO device performance evaluation Configulation

2. 측정 결과

가. 최대 통신 속도 측정

최대 통신 속도 측정을 위해 테스트 장비는 다음 그림 5와 같이 구성하였다. 본 측정에서는 2.5Gbps의 속도를 포함하는 10Gbps의 SFP를 광모듈 보드에 삽입하여 2.5Gbps 이상의 다양한 속도를 측정하고, BERT를 이용하여 에러 발생 여부를 모니터링 하여 비트에러율(BER) 10^-9 이하로 유지할 수 있는지 여부를 확인하고자 한다. 짙은 안개 환경인 가시도 300m에서 Master FSO와 Slave FSO의 거리가 300m인 경우를 실험하기 위하여 Master FSO의 송신출력을 14dB 감쇠한 후 이격거리가 30m 대기공간상으로 전송시 Slave FSO에서 안정적으로 에러 없이 2.5Gbps의 속도로 통신할 수 있음을 평가하고자 하였다.

그림 5. 최대통신속도 측정 구성도

Fig. 5. Maximum speed measurement configuration

그림 6은 BERT를 이용하여 전송속도를 측정한 결과이다. CPRI와 OBSAI등 다양한 프로토콜에 대하여 시험하였으며, 2.5.Gbps 이상에서 안정적으로 에러없이 동작함을 확인할 수 있었다.

그림 6. 최대통신속도 측정(BERT)

Fig. 6. Maximum speed measurement (BERT)

나. 전송신호 파형 왜곡여부

Master FSO 장비의 출력 신호가 광학계를 거쳐 자유공간을 이동한 후 Slave FSO 장비의 수신부 아이패턴을 비교하면 그림 7과 같이 데이터의 열화 정도를 파악할 수 있다. 마스터부 EDFA 출력단의 신호와 슬레이브부의 광수신 단 신호의 아이패턴을 비교해보면 손실로 인한 소광비(Extinction Ratio)의 변화 이외에는 파형이 거의 변화가 없음을 알 수 있다.

그림 7. Slave FSO의 렌즈 집광부 아이패턴

Fig. 7. Eye pattern of Slave FSO Receiver Part​​​​​​​.

이는 자유공간을 이동한 신호의 왜곡이 거의 없다는 의미이며, 수 km이하의 단거리 전송시에는 분산으로 인한 펄스의 퍼짐현상은 무시할 수 있는 수준이라는 것을 확인할 수 있다. 실제 데이터 전송시 안정된 품질을 획득할 수 있음을 확인하였다.

다. 최대 통신 거리 측정

장비의 특성 중 최대 통신 거리는 장비 성능 중에서 가장 중요한 항목 중 하나이다. 최대통신거리의 확보는 실내와 실외 두가지 방법이 가능하다. 그림 5와 같이 실내 시험환경에서 짙은 안개와 같은 가장 가혹한 대기 손실치에 대한 최대 전송거리 달성여부를 확인 하기 위하여, 자유공간에서의 각각의 목표 거리에 해당하는 손실치 만큼 가변 감쇄기를 이용하여 출력을 조정한 상태에서 테스트 하는 방법이 있다. 두 번째는 실제 야외에서 Master FSO와 Slave FSO 두 장비의 이격거리를 고정시킨 상태에서 에러없이 목표로 한 통신속도와 수신감도를 유지하는지를 확인하는 것이다. 이와 같은 야외에서의 테스트가 가장 유용하나 최악의 기상상황을 충족시키는 것이 매우 어렵다는 단점이 있다. 본 연구에서는 그림 5와 같은 실내 시험테스트 이외에 야외 성능테스트를 위해 직선 거리 확보가 쉽고 비교적 안개가 짙으며 인적이 드문 경기 광주에서 시험을 진행하였다. 그림 8의 데이터는 24시간 가시거리와 장비 내부온도등을 실시간 모니터링하면서 장비의 수신 감도 변화를 기록한 데이터이다.

그림 8. 대기환경변화에 다른 성능시험

Fig. 8. Performance test according to changes in atmospheric environment​​​​​​​

새벽의 경우 안개와 새벽 이슬에 의해 가시거리가 떨어지긴 하지만 300m의 가시거리와 같은 극한 상황으로 가는 적은 없었다. 하지만 수신감도상 여유가 충분히 있어서 더 극한 상황에서도 충분히 목표로한 거리를 도달할 수 있는 것으로 판단된다. 낮시간 동안 수신 감도의 변화가 좀 심한 편인데 이는 가시거리의 영향보다는 온도변화에 의한 기구 변형등에 의한 포인팅에러로 인한 수신감도의 변화일 것으로 추측된다.

Ⅴ. 결론

본 논문에서는 수 km이하의 이동 기지국에 활용할 수 있는 FSO 장치를 제작하고 그 특성을 알아보았다. 레이저 빔의 집속도를 높이고 소형화하기 위하여 자체적으로 광학렌즈를 제작하였으며, 1.5 ∼1.8[mrad] 범위내에서 빔 발산각(divergence)을 갖도록 송신렌즈를 설계하였다. 송수신부의 장비간의 효과적인 자동정렬과 포인팅 에러를 줄이기 위하여 PAN/TILT를 제어하는 PT 모듈을 제작하였다. 0.000048° / step 의 정교한 해상도를 갖는 모듈로 구성된 PT 모듈을 이용하여 자동정렬에 소요하는 시간을 단축하고 빔 포인팅 에러로 인한 전송거리 제한을 최소화 할 수 있었다. 본 연구에서는 일정한 수준이상으로 전송품질을 유지하기 위하여 RS 코드를 사용하였고 R-S 코드는 RS (255,225)를 적용하였다. 기존의 연구에 기반하여 가시도에 따른 전송에 수반되는 손실치를 계산하였고 대기전송으로 인한 손실을 극복하고자 23dBm 이상의 출력을 갖는 광섬유증폭기(EDFA)를 사용하였다. 결과적으로 가시도 300m의 기후 상황에서 300m 대기공간을 통신가능하기 위해서는 대기손실과 이격거리로 인한 손실의 총합이 14dB 미만인 것으로 확인되었고, 그 이상의 이득을 갖는 광섬유 증폭기를 이용하면 파형의 왜곡없이 충분히 대기에서 발생하는 감쇄요소를 보상할 수 있었다. 성능측정을 위하여 BERT와 아이패턴 분석기를 이용하여 측정하였으며 2.5Gbps 이상에서 10^-9 BER을 유지할 수 있음을 확인할 수 있었다. 설계치와 실측치 차이의 원인으로는 설계시 오차, 두 장비간 자유공간의 불안정한 대기 상태, 환경영향등 다양한 요인이 있을 것을 추측된다. 그러나, 설계치와 실측치 차이는 두 장비간 거리가 길어질수록 오차가 심한 결과로 보면 포인팅 에러로 인한 요인이 크다고 볼 수 있으며, PT 모듈을 이용한 자동정렬기술이 매우 중요한 기술임을 인식할 수 있었다. 국내외적으로 재난통신과 6G 이동통신에 대비한 무인 이동체를 통한 대기광통신이 크게 주목 받고 있다. 이동 비행체인 경우 짐벌기반의 PAT 기술이 수반되어야 하고 고도에 따른 대기 광통신의 품질도 확보되어야 한다. 본 연구에서 수행된 다양한 기술들이 차세대 대기 광통신 상용화에 실제적인 도움이 될 수 있기를 기대한다.