이슬라마바드 도심 FSO 링크의 기상 영향 분석

본 논문은 파키스탄 이슬라마바드 도시 내 고층 건물 간 1 km 거리의 자유공간 광통신(FSO) 링크를 설계하고, 현지 기상 조건이 링크 성능에 미치는 영향을 정량적으로 분석한다. 서론에서는 고대역폭, 저비용, 면허 자유 등 FSO의 장점을 소개하고, 기상에 따른 감쇠(흡수, 산란, 굴절) 문제가 실용성을 제한한다는 점을 강조한다. 시뮬레이션은 OptiSystem을 이용해 구성했으며, 레이저 파장은 1550 nm(대기 감쇠 최소), 전송 전력 5 dBm, 데이터 전송률 10 Gbps, NRZ 변조와 Mach‑Zehnder 모듈레이터, 2 mrad 빔 발산, 수신 APD(이득 0.9, 다크 전류 10 nA), 저역통과 Bessel 필터(차수 4, 차단 주파수 0.75·비트레이트) 등을 포함한다. 링크 마진은 수신 전력과 수신기 감도(−20∼−40 dBm)를 이용해 10·log(P_R/s) 형태로 정의하고, 기하학적 감쇠는 수신·송신 구경과 발산각을 고려한 식(2)으로 계산한다. 대기 감쇠는 Beer‑Lambert 법칙과 Kim·Kruse 모델을 적용해 입자 농도와 가시거리 기반으로 추정한다. 강우에 대한 분석에서는 이슬라마바드의 우기(6월~9월) 평균 강우량 790.8 mm를 참고해 25 mm/h당 6 dB/km 감쇠를 적용하였다. 시뮬레이션 결과, 30.38 dB/km(100 mm/h) 감쇠에서도 Q‑factor 25, BER 1.3×10⁻¹⁴⁴를 달성해 25 dB 이상의 링크 마진이 있으면 강우에 강인함을 확인한다. 안개는 가장 큰 위협으로, Kim, Kruse, Al‑Naboulsi 모델을 적용해 최대 110 dB/km 감쇠를 도출하였다. 500 m 거리에서 100 dB/km 감쇠 조건을 가정하면 Q‑factor 9.17, BER 2.28×10⁻²⁰을 얻어, 짧은 거리(≤500 m)에서만 실용적임을 보여준다. 제안된 시나리오 표에서는 구글 지도 기반으로 13개의 건물 쌍을 선정해 거리(0.047 km~1.728 km)를 제시하고, 기상 상황에 따라 적절한 링크 길이와 마진을 계산하도록 권고한다. 결론에서는 FSO가 대역폭 요구를 충족시키는 유망 기술이지만, 안개와 강우 같은 악천후 지역에서는 링크 길이를 제한하고, 링크 마진과 대기 감쇠를 정밀히 계산해야 함을 강조한다. 참고문헌은 FSO 기술 전반, 기상 영향 모델, 지역 기후 데이터 등을 포함한다. 본 연구는 시뮬레이션 기반 분석에 머물러 현장 실증이 필요하지만, 이슬라마바드와 유사한 기후 지역에서 FSO 설계 시 중요한 참고 자료가 될 수 있다.