드론 제어를 위한 ExpressLRS(ELRS) 프로토콜에 대한 심층 고찰 및 구성 방안 연구

1. ExpressLRS 프로토콜의 심층적 개요

1.1 ExpressLRS의 정의 및 철학

ExpressLRS(이하 ELRS)는 무선 조종(Radio Control, RC) 애플리케이션을 위해 개발된 고성능 오픈 소스 링크 프로토콜이다.1 이 시스템의 이름은 그 핵심 철학을 명확히 드러낸다. ’Express’는 초고속 패킷 전송률을 통한 극도로 낮은 지연 시간(Low Latency)을, ’Long Range’는 높은 수신 감도를 통한 초장거리 통신 능력을 의미한다.3 ELRS의 근본적인 목표는 이 두 가지 상충 관계에 있는 성능 지표를 타협 없이 최고 수준으로 구현하는 것이다.

ELRS는 특정 기업에 의해 독점적으로 개발 및 관리되는 상용 프로토콜과 달리, 전 세계 개발자 및 사용자 커뮤니티에 의해 주도되는 오픈 소스 프로젝트라는 점에서 본질적인 차이를 가진다.1 이러한 개방성은 소프트웨어의 지속적인 개선과 빠른 기능 추가를 가능하게 하는 원동력으로 작용한다. 또한, 하드웨어 설계가 공개되어 있어 수많은 제조사가 경쟁적으로 송신기(Transmitter, TX) 및 수신기(Receiver, RX) 모듈을 생산할 수 있게 되었고, 이는 결과적으로 저렴한 비용으로 최상위급 성능을 누릴 수 있는 풍부한 하드웨어 생태계를 구축하는 기반이 되었다.3

1.2 핵심 기반 기술: LoRa와 FLRC

ELRS 시스템의 물리 계층(Physical Layer, PHY)은 Semtech사의 SX12xx 시리즈 RF 트랜시버 칩셋을 기반으로 한다.2 구체적으로 2.4GHz 시스템은 주로 SX128x 칩을, 900MHz 시스템은 SX127x 칩을 활용한다. 이 하드웨어 위에서 ELRS는 두 가지 핵심적인 통신 표준, 즉 LoRa와 FLRC를 선택적으로 사용하여 통신한다.2

• LoRa (Long Range): 이 변조 방식은 장거리 통신과 뛰어난 RF 간섭 저항성에 최적화되어 있다. ELRS는 LoRa 변조를 사용하면서도, 프로토콜 수준에서 패킷 구조를 매우 효율적으로 설계하였다. 이로 인해 동일한 패킷 전송률(Packet Rate)에서 경쟁 시스템인 TBS Crossfire보다 더 작은 크기의 패킷을 사용하게 된다. 더 작은 패킷은 더 낮은 데이터 전송률(Bit Rate)로 전송될 수 있으며, 이는 물리 법칙에 따라 수학적으로 더 우수한 링크 마진(Link Margin)을 확보하게 만든다.6 결과적으로 동일한 송신 출력과 패킷 전송률 조건에서 더 긴 통신 거리를 달성할 수 있는 이론적 기반을 제공한다.
• FLRC (Fast Long Range Communication): 이 변조 방식은 LoRa 대비 현저히 낮은 지연 시간을 구현하는 데 중점을 둔다. 극도의 반응성이 요구되는 FPV 레이싱과 같은 환경에서 최상의 성능을 발휘하며, 2.4GHz 대역에서 최대 1000Hz라는 경이적인 패킷 전송률을 지원한다.2

이처럼 서로 다른 특성을 지닌 두 가지 물리 계층을 단일 프로토콜 내에서 지원한다는 점은 ELRS의 가장 중요한 아키텍처적 특징 중 하나이다. 과거의 RC 시스템들이 특정 용도(예: 장거리)에 최적화된 단일 변조 방식에 의존했던 것과 달리, ELRS는 사용자에게 비행 목적에 따라 최적의 통신 방식을 선택할 수 있는 유연성을 제공한다. 이는 하드웨어의 잠재적 성능을 소프트웨어를 통해 최대한으로 이끌어내는 ‘소프트웨어 정의 무선(Software-Defined Radio)’ 개념이 취미용 RC 시장에 성공적으로 적용된 사례로 평가할 수 있다. 파일럿은 장거리 탐사 비행을 할 때와 레이싱 대회에 참가할 때, 하드웨어를 교체할 필요 없이 소프트웨어 설정 변경만으로 시스템의 특성을 완전히 바꿀 수 있다. 이는 시스템의 활용성과 경제성을 극대화하는 핵심적인 요소이다.

1.3 주요 기술적 특징 및 장점

ELRS 프로토콜은 다음과 같은 주요 기술적 특징과 장점을 가진다.

• 초장거리(Long Range): 최적의 안테나 설정과 깨끗한 시야(Line-of-Sight)가 확보된 환경에서 2.4GHz 시스템으로도 수십 킬로미터의 통신이 가능하며, 900MHz 시스템으로는 100km를 초과하는 비행 기록도 보고된 바 있다.2 이는 일반적인 FPV 비행 환경에서는 사실상 제어 링크의 한계를 걱정할 필요가 없음을 의미한다.
• 저지연(Low Latency): 2.4GHz 대역에서 최대 1000Hz, 900MHz 대역에서 최대 200Hz의 패킷 전송률을 지원한다.4 이는 조종 스틱 입력이 기체에 반영되기까지의 시간을 최소화하여, 파일럿에게 매우 직관적이고 ‘잠긴 듯한(locked-in)’ 조종감을 제공한다.
• 경제성(Affordability): 오픈 소스 정책으로 인해 소프트웨어 라이선스 비용이 없으며, 다양한 제조사 간의 경쟁을 통해 송수신기 하드웨어 가격이 매우 합리적으로 형성되어 있다.2 이는 고성능 RC 링크로의 진입 장벽을 크게 낮추는 역할을 한다.
• 활발한 커뮤니티와 빠른 개발 속도: 전 세계적인 개발자 커뮤니티의 참여로 버그 수정, 성능 개선, 신기능 추가가 매우 빠르게 이루어진다.4 이는 ELRS가 항상 최신 기술 트렌드를 반영하고 있음을 의미하지만, 동시에 빠른 변화로 인해 온라인상의 가이드나 튜토리얼 영상이 빠르게 노후화되는 단점도 존재한다.9

2. ELRS 시스템 구성 요소: 하드웨어 생태계 분석

ELRS 시스템은 크게 송신(TX) 모듈, 수신(RX) 모듈, 그리고 안테나로 구성된다. 이들 구성 요소는 다양한 제조사에 의해 여러 형태와 사양으로 제공되어 풍부한 생태계를 이루고 있다.

2.1 송신(TX) 모듈

TX 모듈은 파일럿의 조종기(Radio Controller)에 장착되어 제어 신호를 생성하고 송출하는 장치이다.

• 종류: TX 모듈은 크게 두 가지 형태로 나뉜다. 첫째는 RadioMaster Zorro나 Boxer와 같이 조종기 내부에 ELRS 모듈이 처음부터 탑재된 ’내장형(Internal)’이다.2 둘째는 기존에 사용하던 조종기의 후면 모듈 베이(Module Bay)에 장착하는 ’외장형(External)’이다.10 외장형 모듈은 JR(또는 Full-size) 규격과 Nano(또는 Lite) 규격으로 나뉘며, 자신의 조종기가 지원하는 폼팩터에 맞는 제품을 선택해야 한다.10
• 주요 제조사 및 제품: Happymodel(ES24TX, ES900TX), BetaFPV(Micro TX, SuperG), RadioMaster(Ranger, Nomad), Jumper 등 수많은 제조사들이 다양한 가격대와 성능의 제품을 출시하고 있다.10
• 핵심 사양:
• 주파수 대역: 2.4GHz 또는 900MHz(지역에 따라 915MHz 또는 868MHz) 중 하나를 선택해야 하며, 이는 수신기와 반드시 동일해야 한다.3
• 최대 송신 출력(Max Output Power): 25mW의 저출력부터 1W(1000mW), 심지어 2W에 이르는 고출력 제품까지 다양하다.10 250mW를 초과하는 고출력으로 장시간 운용할 경우 심각한 발열이 발생하므로, 냉각 팬(Cooling Fan)이 장착된 모델을 사용하거나 별도의 냉각 솔루션을 강구해야 한다.10
• 추가 기능: 일부 고급 모듈은 현재 설정 상태(출력, 패킷 전송률 등)를 직관적으로 보여주는 OLED 디스플레이와 5방향 조이스틱을 탑재하고 있다.10 또한, 영상 송신기(VTX) 설정 변경 등 다양한 외부 장치와의 연동을 가능하게 하는 ‘백팩(Backpack)’ 기능이나, 온도 변화에도 안정적인 주파수를 유지해주는 TCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator)를 탑재한 제품도 있다.13

2.2 수신(RX) 모듈

RX 모듈은 드론에 장착되어 TX 모듈로부터 제어 신호를 수신하고, 비행 컨트롤러(Flight Controller, FC)에 전달하는 역할을 한다. 또한, 기체의 상태 정보(전압, GPS 위치 등)를 텔레메트리(Telemetry) 데이터로 변환하여 TX 모듈로 다시 보내는 기능도 수행한다.14

• 상호 호환성: ELRS 생태계의 가장 큰 장점 중 하나는 완벽한 상호 호환성이다. 동일한 주파수 대역(e.g., 2.4GHz)을 사용하는 한, A 제조사의 TX 모듈과 B 제조사의 RX 모듈은 아무런 문제 없이 함께 작동한다.3 이는 사용자가 특정 브랜드에 종속되지 않고, 자신의 필요에 가장 적합한 제품을 자유롭게 선택할 수 있음을 의미한다.
• 종류 및 선택 기준:
• 안테나 타입: RX 모듈은 안테나 형태에 따라 크게 두 가지로 나뉜다. 하나는 보드에 세라믹 칩 안테나가 직접 실장된 ‘내장형 안테나’ 모델(e.g., Happymodel EP2, Radiomaster RP2)이다.3 이 모델은 크기가 매우 작고 가벼워 초소형 기체(Whoop)에 이상적이지만, 안테나 성능 자체는 외장형보다 떨어진다. 다른 하나는 U.FL 또는 IPEX 안테나 커넥터를 통해 외부 다이폴(Dipole) 안테나를 연결하는 ‘외장형 안테나’ 모델(e.g., Happymodel EP1, Radiomaster RP1)이다.3 일반적으로 더 나은 수신 성능과 도달 거리를 제공한다.2
• 다이버시티(Diversity): 신호 수신 안정성을 극대화하기 위한 기술로, 두 개 이상의 안테나를 사용한다. ’안테나 다이버시티’는 두 개의 안테나 중 더 강한 신호를 받는 쪽을 선택하는 방식이며, ’트루 다이버시티’는 두 개의 독립된 RF 회로를 사용하여 더욱 확실한 신호 수신을 보장한다. 자세한 내용은 VII장에서 후술한다.3
• PA/LNA 탑재 여부: PA(Power Amplifier)는 텔레메트리 데이터의 송신 출력을 증폭시켜 더 멀리까지 상태 정보를 보낼 수 있게 하고, LNA(Low-Noise Amplifier)는 수신 신호를 증폭하여 수신 감도를 높여준다. 이 두 가지가 모두 탑재된 수신기는 장거리 비행이나 RF 간섭이 심한 환경에서 훨씬 안정적인 링크를 제공한다.16
• TCXO 탑재 여부: 수정 발진기(Crystal Oscillator)는 온도에 따라 주파수가 미세하게 변동하는 특성이 있다. TCXO는 이러한 온도 변화를 보상하여 항상 정확하고 안정적인 주파수를 유지해준다. 이는 특히 온도 변화가 극심한 환경이나 장시간 비행에서 링크의 신뢰성을 높이는 중요한 요소이다.13
• PWM 출력 지원: 대부분의 FPV 드론은 FC를 통해 모터를 제어하지만, 고정익 비행기나 RC 자동차와 같이 FC 없이 서보 모터나 변속기(ESC)를 직접 제어해야 하는 경우가 있다. 이러한 용도를 위해 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 직접 출력하는 전용 수신기(e.g., Radiomaster ER 시리즈, Happymodel EPW 시리즈)가 별도로 존재한다.17

이러한 하드웨어 스펙들을 살펴볼 때, 한 가지 중요한 점을 인식해야 한다. 1W 이상의 고출력 TX 모듈이나 수십 킬로미터의 비행 기록과 같은 스펙은 분명 인상적이지만, 대부분의 일반적인 FPV 비행에서는 실질적인 이점을 제공하지 못할 수 있다.8 왜냐하면 FPV 시스템 전체의 성능은 가장 약한 고리, 즉 ’최소율의 법칙’에 의해 결정되기 때문이다. 대부분의 경우, ELRS 제어 링크가 끊어지기 전에 5.8GHz 아날로그 또는 디지털 영상 링크가 먼저 끊어진다.5 따라서 사용자는 단순히 마케팅적으로 강조되는 최대 출력이나 최대 거리 스펙에만 집중하기보다는, 실제 비행에서 더 자주 마주치는 문제들을 해결해 주는 ‘신뢰성’ 관련 기능에 더 주목하는 것이 현명하다. 예를 들어, 기체가 급격한 기동을 할 때 안테나의 특정 방향에서 신호가 약해지는 ‘널 포인트(null-point)’ 현상을 완화해주는 다이버시티 기능, 또는 온도 변화로 인한 주파수 불안정성을 막아주는 TCXO 탑재 여부가 실제 비행 경험의 질을 높이는 데 더 크게 기여할 수 있다.3

2.3 주파수 대역 선택: 2.4GHz vs. 900MHz

ELRS 시스템을 구축할 때 가장 먼저 내려야 할 결정 중 하나는 사용할 주파수 대역을 선택하는 것이다. 이 선택은 시스템의 전체적인 성능 특성을 좌우한다.2

• 2.4GHz 대역:
• 장점: 가장 큰 장점은 ’속도’이다. 최대 1000Hz에 달하는 매우 높은 패킷 전송률을 지원하여 극도로 낮은 지연 시간을 구현할 수 있다.19 또한, 900MHz에 비해 대역폭이 넓어 더 많은 파일럿이 동시에 비행해도 채널 간섭의 우려가 적다.5 물리적으로 안테나 크기가 훨씬 작아 소형 기체에 장착하기 용이하다는 점도 큰 장점이다.2
• 단점: 주파수가 높을수록 전파의 직진성이 강해지고 회절성이 약해지는 물리적 특성 때문에, 900MHz 대역에 비해 장애물(나무, 건물 등) 투과 능력이 상대적으로 떨어진다. 또한 수분(습기)에 의한 신호 감쇠에도 더 민감할 수 있다.19
• 권장 용도: 즉각적인 반응성이 중요한 레이싱, 프리스타일 비행, 그리고 장애물이 비교적 적은 개활지에서의 일반적인 비행에 가장 적합하다. 대부분의 FPV 파일럿에게는 2.4GHz 시스템이 우선적으로 권장된다.17
• 900MHz 대역 (북미 915MHz, 유럽 868MHz):
• 장점: 낮은 주파수의 우수한 회절 및 투과 특성 덕분에 장애물이 많은 환경(산, 도심)에서도 안정적인 링크를 유지하는 데 유리하다.19 이론적인 최대 도달 거리 또한 2.4GHz보다 길다.22
• 단점: 패킷 전송률이 최대 200Hz로 2.4GHz보다 낮아 지연 시간 측면에서 불리하다.5 안테나 크기가 2.4GHz 대비 약 2.5배 커서 소형 기체에는 부담이 될 수 있다.5 또한, 일부 지역에서는 셀룰러 통신(GSM) 기지국과 주파수 대역이 겹칠 수 있어 예기치 않은 간섭의 가능성을 고려해야 한다.22

아래 표는 두 주파수 대역의 핵심적인 특성과 상충 관계를 요약하여 사용자의 합리적인 선택을 돕는다.

Table 1: 2.4GHz vs. 900MHz 주파수 대역 비교

3. 시스템 구축 (1): 송신기 및 TX 모듈 설정

ELRS 시스템을 성공적으로 구축하기 위한 첫 단계는 조종기와 TX 모듈을 올바르게 설정하는 것이다. 이 과정은 조종기 펌웨어 설정, ExpressLRS Configurator를 이용한 TX 모듈 펌웨어 업데이트, 그리고 LUA 스크립트 설치의 세 단계로 구성된다.

3.1 사전 준비: 조종기 펌웨어(EdgeTX/OpenTX) 설정

ELRS는 조종기와 TX 모듈 간의 통신을 위해 CRSF(Crossfire) 프로토콜을 사용하며, 이 프로토콜의 성능을 최대한 활용하기 위해서는 조종기 펌웨어의 특정 기능이 필수적이다.

• 펌웨어 요구사항: ELRS는 ‘CRSFShot’ 또는 ’Mixer Sync’라 불리는 기능에 크게 의존한다. 이 기능은 조종 스틱의 움직임을 지연 없이 TX 모듈로 전달하는 역할을 한다. 따라서 OpenTX 2.3.12 이상, 또는 이보다 더 최신 기능과 활발한 개발이 이루어지고 있는 EdgeTX 펌웨어의 사용이 필수적이다.1 현재로서는 지속적인 업데이트와 ELRS에 대한 최적화가 이루어지는 EdgeTX의 사용이 강력히 권장된다.16
• 조종기 하드웨어 및 모델 설정 (EdgeTX 기준):
• RF 프로토콜 설정: 조종기의 ‘모델 설정(Model Setup)’ 메뉴로 진입하여, ELRS TX 모듈이 장착될 RF 슬롯의 프로토콜을 설정해야 한다. 외장형 모듈을 사용하는 경우, ’내부 RF(Internal RF)’는 ’OFF’로 설정하고, ’외부 RF(External RF)’의 ’모드(Mode)’를 ’CRSF’로 선택한다.23
• Baud Rate 설정: 조종기와 TX 모듈 간의 시리얼 통신 속도(Baud rate)는 ELRS의 성능에 직접적인 영향을 미친다. ‘하드웨어(Hardware)’ 설정 페이지에서 ’Baudrate’를 설정할 수 있다.24 250Hz 이하의 패킷 전송률에서는 400,000(400k)으로도 충분하지만, 500Hz 이상의 고속 패킷 전송률을 안정적으로 사용하기 위해서는 921,600(921k) 또는 그 이상의 속도로 설정하는 것이 권장된다.3 일부 구형 조종기는 하드웨어 개조 없이는 높은 Baud rate를 지원하지 않을 수 있다.1

3.2 ExpressLRS Configurator 설치 및 펌웨어 옵션

ExpressLRS Configurator는 사용자가 자신의 하드웨어와 요구사항에 맞는 ELRS 펌웨어를 직접 빌드(Build)하고 플래싱(Flashing)할 수 있도록 돕는 공식 소프트웨어이다.25

• 설치: ExpressLRS 공식 Github 페이지의 ‘Releases’ 섹션에서 자신의 운영체제(Windows, macOS, Linux)에 맞는 최신 버전의 Configurator를 다운로드하여 설치한다.23
• 핵심 펌웨어 옵션: 펌웨어를 빌드하기 전에 몇 가지 중요한 옵션을 설정해야 한다. 이 옵션들은 단순한 설정값이 아니라, 컴파일되어 펌웨어 바이너리 파일 자체에 포함되는 ’각인’과 같다. 따라서 TX 모듈과 RX 모듈은 반드시 동일한 핵심 옵션으로 빌드된 펌웨어를 사용해야 한다.
• Device Target: 드롭다운 메뉴에서 자신이 사용하는 TX 모듈의 제조사와 모델명을 정확하게 선택해야 한다. 예를 들어 ‘Happymodel 2.4 GHz’ 카테고리에서 ’HappyModel ES24 2.4GHz TX’를 선택하는 식이다.12 만약 목록에 없는 하드웨어라면, 이는 공식적으로 검증되지 않았거나 제조사가 ELRS 팀과 협력하지 않은 경우일 수 있다.9
• Binding Phrase (바인딩 구문): ELRS의 가장 편리한 기능 중 하나이다. 여기에 자신만의 고유한 문구(예: 파일럿 호출부호)를 입력하고, 동일한 구문으로 RX 펌웨어를 빌드하면, 별도의 바인딩 절차 없이 전원만 켜면 자동으로 연결된다.26 이 구문은 암호화 키가 아니며, 다른 파일럿과의 혼선을 방지하기 위한 식별자 역할을 한다.26
• Regulatory Domain (규제 도메인): 비행하는 국가 또는 지역의 전파법 규정에 맞는 도메인을 선택해야 한다. 예를 들어, 전 세계적으로 널리 사용되는 2.4GHz 대역은 ’ISM_2400’을, 북미 지역의 900MHz 대역은 ’FCC_915’를 선택한다.27
• WiFi Options: TX 모듈을 WiFi를 통해 업데이트할 때, 모듈이 자동으로 접속할 홈 네트워크의 SSID와 비밀번호를 미리 펌웨어에 포함시킬 수 있다. 이를 설정해두면 업데이트 과정에서 PC의 WiFi 네트워크를 전환하는 번거로움을 줄일 수 있다.27

3.3 TX 모듈 펌웨어 업데이트

Configurator에서 옵션 설정이 완료되면, ‘Build’ 또는 ‘Build and Flash’ 버튼을 눌러 펌웨어를 생성하고 TX 모듈에 설치한다. 업데이트 방법은 크게 WiFi와 UART(USB) 두 가지가 있다.12

• WiFi를 통한 업데이트:

1. Configurator에서 플래싱 방법을 ’WiFi’로 선택하고 ’Build’를 클릭하여 펌웨어 파일(.bin)을 생성한다.25
2. TX 모듈을 WiFi 업데이트 모드로 전환한다. 이는 보통 LUA 스크립트 메뉴의 ‘WiFi Connectivity’ -> ’Enable WiFi’를 통해 실행한다.25
3. PC 또는 스마트폰의 WiFi 설정에서 ’ExpressLRS TX’라는 이름의 핫스팟을 찾아 연결한다. 비밀번호는 ’expresslrs’이다.25
4. 웹 브라우저를 열고 주소창에 http://10.0.0.1을 입력하여 ELRS Web UI에 접속한다.
5. ‘Choose File’ 버튼을 눌러 1단계에서 생성한 펌웨어 파일을 선택하고 ‘Update’ 버튼을 클릭하여 플래싱을 진행한다.25

• UART(USB)를 통한 업데이트:

1. Configurator에서 플래싱 방법을 ’UART’로 선택한다.
2. TX 모듈을 PC에 USB 케이블로 직접 연결한다. 일부 모듈은 펌웨어 플래싱을 위해 모듈에 있는 딥(DIP) 스위치를 특정 위치로 변경해야 할 수 있다.12
3. Configurator가 TX 모듈을 올바른 COM 포트로 인식했는지 확인한 후, ‘Build and Flash’ 버튼을 클릭한다. 컴파일과 플래싱이 자동으로 진행된다.13

이러한 ‘펌웨어 개인화’ 접근 방식은 사용자에게 높은 수준의 유연성을 제공하지만, 동시에 책임도 부여한다. 만약 사용자가 TX와 RX를 서로 다른 바인딩 구문이나 규제 도메인 옵션으로 빌드하고 플래싱했다면, 두 기기는 외형적으로는 동일한 설정을 가진 것처럼 보여도 근본적으로 다른 펌웨어로 동작하기 때문에 절대 연결되지 않는다. 이는 ELRS 초심자들이 겪는 가장 흔한 문제의 근본적인 원인 중 하나이다.

3.4 ELRS LUA 스크립트: 설치 및 핵심 기능

LUA 스크립트는 조종기 화면에서 ELRS TX 모듈의 다양한 설정을 실시간으로 변경할 수 있게 해주는 강력한 도구이다.

• 설치: 최신 버전의 LUA 스크립트 파일(elrsV3.lua 또는 유사한 이름)을 ExpressLRS 공식 웹사이트나 Configurator를 통해 다운로드한다. 그 후, 조종기의 SD카드를 PC에 연결하여 SCRIPTS/TOOLS 폴더 안에 해당 파일을 복사한다.23
• 실행: 조종기의 ‘SYS’ 버튼을 길게 눌러 ‘Tools’ 메뉴로 이동한 후, 목록에서 ’ExpressLRS’를 선택하여 실행한다.30
• 핵심 기능: LUA 스크립트를 통해 다음과 같은 주요 설정들을 비행 현장에서 즉시 변경할 수 있다.30
• Packet Rate (패킷 전송률): 50Hz, 150Hz, 250Hz, 500Hz, F1000 등 비행 목적(장거리, 레이싱 등)에 맞게 패킷 전송률을 선택한다.
• TX Power (송신 출력): 10mW, 25mW, 100mW 등 송신 출력을 조절한다. ’Dynamic Power’를 활성화하면 링크 품질에 따라 출력이 자동으로 조절되어 전력 소모를 최적화한다.
• Telem Ratio (텔레메트리 비율): 텔레메트리 데이터 전송 빈도를 조절한다.
• 기타 기능: 수동 바인딩 실행, WiFi 모드 활성화, VTX 관리자(VTX Administrator), 안테나 모드(Antenna Mode) 설정 등 다양한 고급 기능을 제공한다.

4. 시스템 구축 (2): 수신기 설치 및 비행 컨트롤러 연동

TX 모듈 설정이 완료되었다면, 다음 단계는 드론에 RX 모듈을 물리적으로 설치하고 비행 컨트롤러(FC)와 소프트웨어적으로 연동하는 것이다.

4.1 UART 기반 수신기 배선

대부분의 ELRS 수신기는 FC와 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 시리얼 통신을 통해 연결된다. UART는 데이터를 주고받기 위한 한 쌍의 핀(RX, TX)으로 구성된다.33

• 기본 연결 원칙: 배선의 핵심 원칙은 ’교차 연결’이다. 즉, 한쪽 장치의 송신(TX) 핀은 다른 쪽 장치의 수신(RX) 핀에 연결되어야 한다.33
• 수신기 GND (Ground) 핀 –>> FC의 GND 패드
• 수신기 5V (또는 VCC) 핀 –>> FC의 5V 또는 4v5 전원 패드
• 수신기 TX (Transmit) 핀 –>> FC의 비어있는 UART RX (Receive) 패드 (예: RX3)
• 수신기 RX (Receive) 핀 –>> FC의 동일한 UART TX (Transmit) 패드 (예: TX3)

배선이 완료되면, 전원을 인가하기 전에 반드시 멀티미터를 사용하여 5V와 GND 사이에 쇼트(short circuit)가 없는지 확인해야 한다. 이는 부품 손상을 방지하기 위한 필수적인 절차이다.33

4.2 비행 컨트롤러(Betaflight) 설정

물리적 연결이 완료되면, Betaflight Configurator를 사용하여 FC가 수신기로부터 신호를 올바르게 인식하도록 설정해야 한다.

• 사전 작업: 최신 버전의 Betaflight Configurator를 PC에 설치한다.35 설정을 변경하기 전에, 만일의 사태에 대비하여 CLI(Command Line Interface) 탭에서

diff all과 dump all 명령을 실행하여 현재 FC 설정을 파일로 백업해두는 것이 매우 안전한 습관이다.36

• 포트(Ports) 탭 설정:

• Configurator에 연결 후 ‘Ports’ 탭으로 이동한다.

• 수신기를 연결한 UART(예: 위 예시의 UART3) 행을 찾아서, ‘Serial RX’ 열의 스위치를 활성화(노란색으로 변경)한다. 이 설정은 해당 UART를 수신기 신호 입력용으로 사용하겠다고 FC에 알려주는 역할을 한다.33

• 수신기(Receiver) 탭 설정:

• ‘Receiver’ 탭으로 이동한다.

• ‘Receiver Mode’ 드롭다운 메뉴에서 ’Serial-based receiver’를 선택한다.

• ‘Serial Receiver Provider’ 드롭다운 메뉴에서 ’CRSF’를 선택한다.35

• 기타 중요 설정:

• CLI에서 serialrx_inverted와 serialrx_halfduplex가 모두 OFF로 설정되어 있는지 확인한다. 대부분의 FC와 ELRS 수신기 조합에서는 이것이 표준 설정이다.38

• 비행 중 중요한 링크 상태 정보를 확인하기 위해, ‘OSD’ 탭에서 ’Link Quality’와 ‘RSSI dBm value’ 항목을 OSD 화면에 추가한다.16

4.3 RX 모듈 펌웨어 업데이트

성공적인 바인딩을 위해서는 TX 모듈과 RX 모듈의 펌웨어 ’메이저 버전’이 반드시 일치해야 한다 (예: TX가 3.x 버전이면 RX도 3.x 버전이어야 함).40 따라서 RX 모듈의 펌웨어를 TX 모듈과 동일한 버전으로 업데이트해야 할 수 있다.

• Betaflight Passthrough를 통한 업데이트:

1. 이 방법은 FC에 연결된 수신기를 분리할 필요가 없어 가장 편리하다.1
2. ExpressLRS Configurator에서 업데이트할 RX 모듈의 타겟을 정확히 선택하고, 플래싱 방법을 ’Betaflight Passthrough’로 지정한다.
3. 드론을 USB 케이블로 PC에 연결한다. 이때, RX 모듈에 전원이 공급되어야 한다 (USB 전원만으로 부족할 경우, 배터리를 잠시 연결해야 할 수도 있다). 중요한 점은 Betaflight Configurator 프로그램은 완전히 종료된 상태여야 한다는 것이다.38
4. ExpressLRS Configurator에서 ‘Build and Flash’ 버튼을 클릭하면, 프로그램이 자동으로 FC를 경유하여 RX 모듈의 펌웨어를 업데이트한다.

• WiFi를 통한 업데이트:

1. TX 모듈 업데이트와 절차가 거의 동일하다. Configurator에서 플래싱 방법을 ’WiFi’로 선택하고 ’Build’를 클릭하여 펌웨어 파일을 생성한다.16
2. 드론에 전원을 인가한 후 약 60초(기본 설정) 동안 TX로부터 신호를 받지 못하면, RX 모듈은 자동으로 WiFi 업데이트 모드로 진입한다. 이때 LED가 빠르게 깜박인다.40
3. PC나 스마트폰으로 ‘ExpressLRS RX’ 핫스팟에 연결(비밀번호: expresslrs)한 후, 웹 브라우저에서 http://10.0.0.1로 접속하여 펌웨어 파일을 업로드한다.

4.4 SPI 기반 수신기

일부 초소형 기체용 AIO(All-In-One) FC 보드에는 수신기가 UART가 아닌 SPI(Serial Peripheral Interface) 버스를 통해 FC의 메인 프로세서에 직접 통합되어 있다.37 이는 하드웨어적으로 매우 간결하고 가벼운 설계를 가능하게 하지만, 설정 및 업데이트 방식에서 UART 기반 수신기와 중요한 차이점을 가진다.

• 펌웨어 업데이트 방식: SPI 수신기의 ELRS 펌웨어는 별도의 칩에 존재하는 것이 아니라, Betaflight 펌웨어 자체에 ’내장(baked-in)’되어 있다. 따라서 SPI 수신기의 ELRS 버전을 업데이트하려면, Betaflight 펌웨어 자체를 최신 버전으로 업데이트해야 한다.37 예를 들어, ELRS 3.x 버전의 기능을 사용하려면 Betaflight 4.4.0 이상 버전의 펌웨어가 필요하다.37
• Betaflight 설정:
• ‘Receiver’ 탭에서 ’Receiver Mode’를 ’SPI RX’로, ’SPI Bus Receiver Provider’를 ’EXPRESSLRS’로 설정한다.37
• 바인딩 구문은 Betaflight Configurator 10.9.0 이상 버전의 ‘Receiver’ 탭에 있는 입력란에 직접 입력하거나, CLI에서 set expresslrs_uid =... 명령을 통해 설정한다.37

SPI 수신기의 등장은 ELRS가 마이크로 드론 시장을 석권하는 데 결정적인 역할을 했다. 별도의 수신기와 배선이 필요 없는 간결함은 무게와 공간이 극도로 제한된 Whoop 기체에 혁신적인 이점을 제공했다. 하지만 이러한 ’하드웨어적 편의성’은 ’소프트웨어적 종속성’이라는 대가를 치른다. UART 기반 수신기는 ELRS 커뮤니티에서 새로운 펌웨어가 출시되면 사용자가 즉시 다운로드하여 플래싱하고 최신 기능을 사용할 수 있는 독립적인 장치이다. 반면, SPI 수신기는 ELRS의 새로운 기능이 Betaflight 펌웨어에 통합되고, 공식적으로 릴리즈될 때까지 기다려야만 한다. 즉, ELRS 프로토콜의 혁신 속도가 Betaflight의 개발 주기에 종속되는 것이다. 따라서 사용자는 SPI 수신기를 선택함으로써 얻는 물리적 간결함과, ELRS의 최신 기능에 대한 접근성이 지연될 수 있다는 점 사이의 트레이드오프를 인지하고 하드웨어를 선택해야 한다.

5. 바인딩 절차 및 운용

바인딩(Binding)은 송신기(TX)와 수신기(RX)가 서로를 식별하고 암호화된 통신 채널을 설정하는 과정이다. ELRS는 크게 두 가지의 바인딩 패러다임을 제공한다.

5.1 바인딩의 두 가지 패러다임: 바인딩 구문 vs. 전통적 방식

사용자는 자신의 운용 스타일에 맞춰 두 가지 방법 중 하나를 선택할 수 있으며, 두 방식은 상호 배타적으로 작동할 수 있다.26

• 바인딩 구문(Binding Phrase) 사용 (권장 방식):

• 원리: 이 방식은 TX와 RX 펌웨어를 빌드할 때, 양쪽에 동일한 ’바인딩 구문’을 미리 설정하는 것이다. 이 구문은 MD5와 같은 해시 알고리즘을 통해 6바이트의 고유 ID(UID)로 변환되어 각 장치의 펌웨어에 영구적으로 기록된다.28

• 장점: 가장 큰 장점은 편의성이다. 일단 설정되면, 별도의 바인딩 절차 없이 TX와 RX의 전원을 켜기만 하면 수 초 내에 자동으로 연결된다.1 이는 여러 대의 드론을 운용할 때 매우 효율적이고 확실한 방법이다.

• 설정 방법:

1. ExpressLRS Configurator: 펌웨어를 빌드할 때 ‘Firmware Options’ 섹션의 ‘Binding Phrase’ 필드에 원하는 문구를 입력한다. 8자 이상의 영문/숫자 조합이 권장된다.26
2. Web UI: WiFi 기능이 있는 수신기(ESP 기반)의 경우, ELRS v3.0 이상 펌웨어가 설치되어 있다면 Web UI에 접속하여 바인딩 구문을 변경하거나 설정할 수 있다.26
3. Betaflight (SPI 수신기): SPI 수신기의 경우, Betaflight Configurator의 ‘Receiver’ 탭에 있는 ‘Binding Phrase’ 입력란에 직접 구문을 입력하면 자동으로 UID 바이트로 변환되어 저장된다.37

• 전통적 바인딩(Traditional Binding):

• 조건: 이 방법을 사용하기 위해서는, 최소한 수신기(RX)의 펌웨어에 바인딩 구문이 설정되어 있지 않아야 한다. 바인딩 구문이 설정된 수신기는 전통적인 바인딩 모드로 진입하지 않는다.26

• 절차 (3-Power-Cycle 방법):

1. 먼저 송신기(조종기)의 전원을 완전히 끈다.
2. 드론에 배터리를 연결했다가 1~2초 내에 즉시 분리한다. 이 과정을 총 3회 반복한다 (Power-cycle 3 times).26
3. 세 번째 전원을 연결하면, 수신기의 LED가 빠르게 두 번씩 깜박이는 패턴(double-blink)을 보이며 바인딩 모드에 진입했음을 알린다.
4. 송신기의 전원을 켜고, LUA 스크립트를 실행하여 `` 옵션을 선택한다. 송신기가 바인딩 신호를 송출한다.
5. 수 초 후, 수신기의 LED가 깜박임을 멈추고 계속 켜진 상태(solid on)로 바뀌면 바인딩이 성공적으로 완료된 것이다.1

• 기타 방법: 수신기에 물리적인 ‘Bind’ 버튼이 있는 경우 해당 버튼을 길게 누르거나 40, Betaflight CLI에서

bind_rx 명령을 입력하여 바인딩 모드를 활성화할 수도 있다.26

‘바인딩 구문’ 기능은 단순한 편의성을 넘어, ELRS 시스템의 자산 관리 방식을 근본적으로 변화시키는 역할을 한다. 전통적인 RC 시스템에서 모델 매치(Model Match)는 조종기 내에서 특정 수신기 ID를 특정 모델 프로파일에 연동시키는 방식이었다. 그러나 ELRS의 바인딩 구문은 이 개념을 소프트웨어적으로 확장한다. 예를 들어, 한 파일럿이 자신이 소유한 모든 드론(레이싱 드론, 프리스타일 드론, 고정익)에 “MyPilotHandle_2024“라는 동일한 바인딩 구문을 설정했다고 가정하자. 이 파일럿은 어떤 조종기를 사용하든, 그 조종기의 TX 모듈에 “MyPilotHandle_2024“라는 구문만 플래싱하면 자신의 모든 기체를 제어할 수 있게 된다.42 즉, 바인딩의 주체가 ’조종기-수신기’의 1:1 관계가 아니라, ’바인딩 구문’이라는 마스터 키가 되는 것이다. 이는 여러 기체와 조종기를 운용하는 파일럿에게 전례 없는 유연성과 관리의 편의성을 제공한다.

5.2 바인딩 문제 해결

바인딩이 정상적으로 이루어지지 않을 경우, 다음 사항들을 순서대로 점검해야 한다.

• 펌웨어 버전 불일치: 가장 흔한 원인이다. TX와 RX의 펌웨어 메이저 버전(예: 3.x)이 동일한지 반드시 확인해야 한다. ELRS LUA 스크립트나 Web UI를 통해 현재 설치된 버전을 확인할 수 있다.40
• 펌웨어 옵션 불일치: 바인딩 구문, 규제 도메인(Regulatory Domain) 등 핵심 펌웨어 옵션이 TX와 RX 간에 서로 다르게 설정된 경우 바인딩되지 않는다. Configurator에서 동일한 옵션으로 다시 빌드하여 플래싱해야 한다.27
• 바인딩 구문과 전통적 방식의 혼용: 바인딩 구문이 설정된 수신기는 3회 전원 사이클과 같은 전통적 바인딩 모드로 진입하지 않는다. 전통적 방식으로 바인딩하려면, 수신기 펌웨어를 빌드할 때 바인딩 구문 필드를 비워두고 다시 플래싱해야 한다.26
• 물리적 문제: 수신기의 부트(Boot) 버튼이 히트슈링크(수축튜브)나 프레임에 의해 계속 눌려있는 경우, 또는 배선에 문제가 있는 경우 정상적으로 작동하지 않을 수 있다.26

6. 성능 최적화: 패킷 전송률, 출력, 텔레메트리의 상호작용

ELRS의 진정한 성능은 단순히 하드웨어 스펙에 의해 결정되는 것이 아니라, 사용자가 비행 목적에 맞게 주요 파라미터를 어떻게 조율하는지에 따라 크게 달라진다. 핵심 파라미터는 패킷 전송률, 송신 출력, 그리고 텔레메트리 비율이며, 이 세 가지는 서로 밀접하게 연관되어 상충 관계를 형성한다.

6.1 패킷 전송률(Packet Rate)과 성능의 상충 관계

패킷 전송률은 1초에 몇 개의 제어 데이터 패킷을 송신하는지를 나타내는 지표로, 단위는 헤르츠(Hz)를 사용한다. 이 설정은 지연 시간(Latency)과 수신 감도(Sensitivity), 즉 도달 거리(Range) 사이에 직접적인 상충 관계를 가진다.1

• 높은 패킷 전송률 (예: 500Hz, 1000Hz):
• 장점: 패킷이 매우 짧은 간격으로 전송되므로, 조종 스틱 입력과 기체 반응 사이의 지연 시간이 극도로 짧아진다. 이는 파일럿에게 매우 ‘날카롭고(sharp)’, ‘정밀한(locked-in)’ 조종감을 제공하며, 특히 1/1000초를 다투는 레이싱 환경에서 필수적이다.5
• 단점: 신호를 수신하기 위해 더 강한 신호 세기가 요구된다. 즉, 수신 감도 한계($RSSI_{limit}$)가 높아진다(예: -105dBm). 이는 더 약한 신호를 놓칠 수 있음을 의미하며, 결과적으로 이론적인 최대 도달 거리가 짧아진다.39
• 낮은 패킷 전송률 (예: 50Hz, 150Hz):
• 장점: 각 패킷을 더 길고 확실하게 전송하므로, 매우 약한 신호도 수신할 수 있다. 수신 감도 한계가 낮아져(예: 50Hz에서 -117dBm) 최대 도달 거리가 극적으로 증가한다.39 ELRS에서는 수신 감도가 6dBm 향상될 때마다 이론적으로 통신 거리가 두 배로 늘어난다.39
• 단점: 패킷 간의 시간 간격이 길어져 지연 시간이 증가한다. 이는 민감한 파일럿에게는 조종감이 다소 ‘부드럽거나’ ‘둔하게’ 느껴질 수 있으며, Betaflight의 피드포워드(Feedforward)와 같은 예측 제어 알고리즘의 효율성에 영향을 줄 수 있다.19

아래 표는 사용자가 비행 목적에 따라 최적의 패킷 전송률을 선택할 수 있도록 주요 모드별 성능 특성을 정량적으로 비교한 것이다.

Table 2: ELRS 패킷 전송률별 성능 특성 분석 (2.4GHz 기준)

6.2 송신 출력(TX Power) 관리

송신 출력은 LUA 스크립트를 통해 조절할 수 있으며, 고정 방식과 동적 방식으로 운용할 수 있다.

• 고정 출력(Fixed Power): LUA 스크립트의 ‘TX Power’ 메뉴에서 ’Dynamic’을 ’Off’로 설정하면, ’Max Power’에 설정된 값으로 항상 송신한다.32
• 동적 출력(Dynamic Power):
• 원리: ’Dynamic’을 ’Dyn’으로 설정하면, TX 모듈은 수신기로부터 주기적으로 피드백받는 텔레메트리 데이터(LoRa 모드에서는 SNR, FLRC 모드에서는 RSSI)를 분석하여 송신 출력을 실시간으로 조절한다.32 링크 품질이 충분히 좋으면 출력을 단계적으로 낮춰 전력 소모와 발열을 줄이고, 링크 품질이 저하되면 즉시 출력을 높여 링크 안정성을 확보한다.
• 장점: 매우 효율적인 전력 관리 방식이다. 불필요한 고출력 사용을 방지하여 조종기 배터리 사용 시간을 늘리고 TX 모듈의 수명을 연장하는 데 도움이 된다.32

6.3 텔레메트리 비율(Telemetry Ratio)의 영향

텔레메트리 비율은 전체 무선 통신 대역폭 중 얼마나 많은 부분을 하향링크(Downlink), 즉 텔레메트리 데이터 전송에 할당할 것인지를 결정한다.

• 정의: ‘Telem Ratio’ 설정에서 ’1:64’는 64개의 상향링크(Uplink, 제어 신호) 패킷이 전송될 때마다 1개의 하향링크(텔레메트리) 패킷이 전송됨을 의미한다.30
• 성능에 미치는 영향:
• 낮은 비율 (e.g., 1:2, 1:8): 텔레메트리 데이터 전송에 더 많은 대역폭을 할당한다. 이 경우, GPS 좌표, 배터리 전압 등의 정보가 조종기나 고글 OSD에 매우 빠르게 업데이트된다. 또한, 동적 출력 기능이 링크 상태 변화에 더 민첩하게 반응할 수 있게 된다.48
• 높은 비율 (e.g., 1:64, 1:128): 거의 모든 대역폭을 상향링크 제어 신호에 할애한다. 이는 제어 링크 자체의 안정성과 반응성을 이론적으로 극대화하는 설정이다. 하지만 텔레메트리 업데이트가 매우 느려지며, 동적 출력 기능의 반응이 둔해지거나 페일세이프 발생 시 재연결에 더 오랜 시간이 걸릴 수 있다.27

이 세 가지 변수 사이에는 미묘하지만 중요한 ’숨겨진 종속성’이 존재한다. 예를 들어, 사용자가 최대 비행 거리를 달성하기 위해 ‘낮은 패킷 전송률’(50Hz), ‘최대 송신 출력’(1W), 그리고 ‘최소 텔레메트리’(1:128)를 조합했다고 가정해보자. 이는 언뜻 합리적인 선택처럼 보이지만, 실제로는 동적 출력 시스템의 효율성을 심각하게 저해할 수 있다. 동적 출력 기능은 링크 품질에 대한 텔레메트리 피드백에 전적으로 의존하는데 32, 텔레메트리 비율이 1:128이면 TX 모듈은 매우 드물게 링크 상태 정보를 수신하게 된다. 이 상태에서 기체가 갑자기 장애물 뒤로 들어가 신호가 급격히 나빠지더라도, TX 모듈은 다음 텔레메트리 패킷을 수신하기 전까지 이 상황을 인지하지 못하고 출력을 즉시 올리지 못해 결국 페일세이프로 이어질 수 있다. 따라서 진정한 성능 최적화는 각 설정을 개별적으로 극대화하는 것이 아니라, 자신의 비행 스타일과 요구사항에 맞춰 세 변수 간의 합리적인 균형점을 찾는 과정임을 이해해야 한다.

7. 링크 품질 분석 및 신뢰성 향상

안정적인 비행을 위해서는 현재 제어 링크의 상태를 정확히 파악하고, 잠재적인 위험을 미리 인지하는 것이 중요하다. ELRS는 이를 위해 LQ와 RSSI라는 두 가지 핵심 지표를 제공하며, 다이버시티 기술을 통해 링크의 신뢰성을 근본적으로 향상시킬 수 있다.

7.1 핵심 지표: 링크 품질(LQ)과 수신 신호 강도(RSSI)

과거 아날로그 RC 시스템에서는 RSSI가 링크 상태를 나타내는 유일한 지표였지만, ELRS와 같은 현대적인 디지털 시스템에서는 LQ와 RSSI를 명확히 구분하여 이해해야 한다.49

• RSSI (Received Signal Strength Indicator):
• 정의: 수신기가 수신하는 신호의 물리적인 ‘세기’ 또는 ’강도’를 나타낸다. 단위는 dBm(decibel-milliwatts)을 사용하며, 로그 스케일이므로 0에 가까울수록(즉, 덜 마이너스일수록) 신호가 강함을 의미한다 (예: -40dBm이 -80dBm보다 훨씬 강한 신호).49
• 의미: RSSI는 링크의 잠재적인 최대 거리를 가늠하게 해주는 지표이다. 신호 세기가 수신기의 ‘감도 한계(Sensitivity Limit)’ 이하로 떨어지면, 물리적으로 더 이상 신호를 해독할 수 없어 페일세이프가 발생한다.39
• LQ (Link Quality):
• 정의: 송신기가 보낸 전체 패킷 중에서 수신기가 오류 없이 성공적으로 수신하고 디코딩한 패킷의 비율을 백분율(%)로 나타낸다. 즉, 신호의 ‘품질’ 또는 ’이해도’를 의미한다.49
• 의미: LQ는 실제 조종 가능 여부를 판단하는 가장 직접적이고 중요한 지표이다. LQ가 100%라면 모든 제어 명령이 손실 없이 기체에 전달되고 있음을 의미한다. LQ가 50%로 떨어져도, 500Hz 모드에서는 여전히 초당 250개의 패킷이 성공적으로 수신되고 있으므로 조종이 가능한 경우가 많다.39
• LQ와 RSSI의 관계 해석: 두 지표를 함께 분석하면 링크 상태를 훨씬 더 정확하게 진단할 수 있다.39
• 높은 LQ, 높은 RSSI: 링크가 매우 건강하고 이상적인 상태.
• 낮은 LQ, 높은 RSSI: 주변에 강력한 RF 노이즈나 간섭이 존재함을 시사한다. 시끄러운 방에서 상대방의 목소리는 크게 들리지만, 소음 때문에 내용을 제대로 알아들을 수 없는 상황과 같다.
• 높은 LQ, 낮은 RSSI: 기체가 매우 멀리 떨어져 신호 자체는 약해졌지만, 주변 RF 환경이 깨끗하여 통신은 원활하게 이루어지고 있는 상태이다. RSSI 값이 감도 한계에 가까워지고 있으므로, 더 이상 멀리 비행하는 것은 위험하다는 경고 신호이다.

7.2 다이버시티(Diversity) 기술을 통한 신뢰성 향상

다이버시티는 기체가 비행 중 다양한 자세로 기동할 때 발생할 수 있는 안테나의 방향성 문제(널 포인트)나 편파(polarization) 불일치로 인한 순간적인 신호 손실을 방지하여 링크의 견고함(robustness)을 높이는 기술이다.50

• 안테나 다이버시티(Antenna Diversity): 두 개의 안테나를 사용하지만, RF 수신 회로는 하나이다. 수신기는 실시간으로 두 안테나 중 더 강한 신호를 수신하는 쪽을 선택하여 사용한다. 이는 가장 기본적인 형태의 다이버시티이다.3
• 트루 다이버시티(True Diversity / Receiver Diversity): 두 개의 안테나와 함께, 두 개의 독립적인 RF 수신 회로를 사용한다. 이는 마치 두 개의 수신기를 하나의 보드에 탑재한 것과 같아서, 두 안테나로부터 들어오는 신호를 동시에 처리하고 최상의 신호를 선택할 수 있다. 안테나 다이버시티보다 더 높은 신뢰성을 제공한다.3
• Gemini 모드: ELRS 3.x에서 도입된 가장 진보된 형태의 다이버시티 기술이다.
• 원리: 트루 다이버시티 하드웨어를 갖춘 TX 모듈이 동시에 두 개의 다른 주파수(2.4GHz 대역에서는 약 40MHz 간격)로 동일한 데이터 패킷을 송신하는 방식이다.50 트루 다이버시티 수신기는 이 두 주파수의 신호를 모두 수신하여, 하나의 주파수 채널이 간섭으로 오염되더라도 다른 채널을 통해 패킷을 수신할 확률을 극대화한다.
• 효과: 공간 다이버시티(안테나 위치)와 편파 다이버시티에 더해 ’주파수 다이버시티’까지 확보함으로써, RF 간섭이 극심한 환경에서도 매우 안정적인 LQ(99~100%)를 유지하는 데 탁월한 성능을 보인다.52
• 핵심: Gemini는 최대 도달 거리를 늘리는 기술이 아니라, 어떤 상황에서도 링크가 끊어지지 않도록 견고함을 높이는 기술이라는 점을 명확히 이해해야 한다.50

ELRS의 발전 방향이 Gemini 모드의 등장으로 ‘최대 거리’ 경쟁을 넘어 ‘링크의 견고성’ 확보로 이동하고 있다는 점은 주목할 만하다. 초기 ELRS는 수십 킬로미터의 비행 기록으로 시장에 충격을 주었지만 8, 실제 대부분의 FPV 비행 환경에서 페일세이프는 최대 거리 초과보다는 국지적인 RF 간섭이나 기체의 급격한 기동 중에 발생하는 순간적인 신호 차단으로 인해 발생한다. Gemini는 이러한 실질적인 문제 해결에 초점을 맞춘 기술로, 특히 단 한 번의 짧은 페일세이프도 허용되지 않는 상업적 촬영이나 레이싱 분야에서 ELRS의 신뢰도를 한 단계 끌어올리는 중요한 진화라 할 수 있다.

Table 3: 다이버시티 기술 비교

8. 결론 및 제언

8.1 ExpressLRS 시스템의 종합적 평가

ExpressLRS는 현존하는 RC 링크 프로토콜 중 기술적 성능, 경제성, 그리고 시스템의 유연성 측면에서 가장 진보하고 압도적인 위치를 점하고 있다.2 초저지연과 초장거리라는 양립하기 어려운 목표를 성공적으로 구현했으며, 활발한 오픈 소스 커뮤니티는 지속적인 혁신을 통해 그 가치를 계속해서 높여가고 있다.

하지만 이러한 높은 자유도와 빠른 개발 속도는 필연적으로 기술적 복잡성과 가파른 학습 곡선을 동반한다.54 사용자는 단순히 제품을 구매하여 사용하는 것을 넘어, 펌웨어 빌드, 플래싱, 다양한 설정 옵션의 상호작용 등 시스템 전반에 대한 깊은 이해를 요구받는다. 또한, 현재 ELRS 프로토콜은 통신 데이터에 대한 암호화를 기본적으로 제공하지 않으므로, 보안이 중요한 상업적 또는 특수 목적 활용 시에는 이 점이 잠재적인 취약점으로 작용할 수 있다.4

8.2 사용 목적별 최적 설정 제언

ELRS의 진정한 가치는 사용자가 자신의 비행 목적에 맞게 시스템을 정밀하게 튜닝할 수 있다는 점에 있다. 다음은 주요 비행 스타일에 따른 최적 설정 제언이다.

• 레이싱(Racing):
• 주파수: 2.4GHz
• 패킷 모드: F1000, F500, D500. 가장 낮은 지연 시간을 확보하는 것이 최우선 과제이다.2
• 텔레메트리 비율: Race 모드 또는 Off로 설정하여 상향링크 제어 신호에 모든 대역폭을 집중시킨다.
• 하드웨어: RF 간섭이 심한 대회 환경에서는 링크 견고성을 극대화하기 위해 Gemini를 지원하는 TX/RX 모듈 사용을 적극 고려할 수 있다.52
• 프리스타일(Freestyle):
• 주파수: 2.4GHz
• 패킷 모드: 250Hz 또는 500Hz LoRa 모드. 즉각적인 반응성과 장애물 뒤에서의 링크 안정성 사이의 훌륭한 균형점을 제공한다.44
• 텔레메트리 비율: 1:32 또는 1:64. 동적 출력 기능을 원활하게 활용하고 기본적인 기체 상태 정보를 수신하기에 충분하다.
• 하드웨어: 복잡하고 빠른 기동 중에도 안정적인 링크를 유지하기 위해 트루 다이버시티 수신기 사용이 권장된다.
• 장거리(Long Range):
• 주파수: 장애물 투과성이 중요하다면 900MHz, 개활지 비행이 주 목적이라면 2.4GHz도 충분하다.
• 패킷 모드: 150Hz, 50Hz, 또는 25Hz. 수신 감도를 극대화하여 통신 거리를 확보하는 것이 핵심이다.19
• 송신 출력: 법규가 허용하는 범위 내에서 높은 출력을 사용하되, 동적 출력 기능을 활성화하여 효율성을 높인다.
• 하드웨어: 송신기 측에는 고이득 지향성 안테나(패치 안테나 등)를, 수신기 측에는 PA/LNA가 탑재된 트루 다이버시티 수신기를 사용하는 것이 필수적이다.2

8.3 미래 전망

ExpressLRS는 앞으로도 활발한 커뮤니티의 기여를 통해 지속적으로 발전할 것으로 예상된다. Gemini와 같은 링크 신뢰성 향상 기술의 보편화, LR1121과 같은 차세대 RF 칩 지원을 통한 성능 향상, 그리고 초심자도 쉽게 접근할 수 있도록 설정 과정을 간소화하는 사용자 편의성 개선 등이 주요 발전 방향이 될 것이다. 오픈 소스 RC 프로토콜의 표준으로서 ELRS의 지위는 당분간 매우 견고하게 유지될 것이며, RC 산업 전반의 기술적 상향 평준화를 계속해서 이끌어 나갈 것으로 전망된다.

9. 참고 자료

1. ExpressLRS - useful information, documentation, overview - FlyMod, https://flymod.net/en/txt/expresslrs_information
2. ExpressLRS overview - AnyLeaf articles, https://www.anyleaf.org/blog/expresslrs-overview
3. FAQ - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/faq/
4. ExpressLRS vs Crossfire: Which Radio Link is Best? - Oscar Liang, https://oscarliang.com/expresslrs/
5. What is ExpressLRS, Best Long Range FPV System? Better than Crossfire?, https://fpv.bg/article?eid=66
6. Why Hasn’t Anyone Tested ExpressLRS Bandit vs Crossfire? Long Range Testing? - FPV Questions - YouTube, https://www.youtube.com/watch?v=9gd4_Blq4-k
7. 근데 ExpressLRS는 실제로 어떻게 작동하는 거야? : r/Multicopter - Reddit, https://www.reddit.com/r/Multicopter/comments/11ukdde/but_how_does_expresslrs_actually_work/?tl=ko
8. Long Range Competition - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/info/long-range/
9. Getting Started - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/quick-start/getting-started/
10. ELRS Micro TX Module - BETAFPV, https://betafpv.com/products/elrs-micro-tx-module
11. Happymodel ExpressLRS ES900TX Transmitter Module - GetFPV, https://www.getfpv.com/happymodel-expresslrs-es900tx-transmitter-module.html
12. Happymodel ES24TX - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/quick-start/transmitters/es24tx/
13. Review: BetaFPV Nano TX V2 ExpressLRS Module - Best Performing Budget ELRS Module? - Oscar Liang, https://oscarliang.com/betafpv-nano-tx-v2-elrs-module/
14. ExpressLRS ELRS Receiver Overview-Shenzhen Haike Technology Co., Ltd. - hakrc, https://www.hakrc.com/ExpressLRS-ELRS-Receiver-Overview.html
15. ELRS Modules: An in-depth beginners guide - Mepsking.com, https://www.mepsking.shop/blog/beginners-guide-of-elrs-modules.html
16. A Complete Guide to Flashing and Setting Up ExpressLRS - Oscar Liang, https://oscarliang.com/setup-expresslrs-2-4ghz/
17. Hardware Selection - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/hardware/hardware-selection/
18. ExpressLRS (ELRS) Receivers - RaceDayQuads, https://www.racedayquads.com/collections/elrs-receivers
19. Discussion Comparison of ELRS 2.4 and 915 - RC Groups, https://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?p=48260015
20. Review: BetaFPV ExpressLRS Nano TX Module and RX - Oscar Liang, https://oscarliang.com/betafpv-elrs-nano-tx-rx/
21. FPV Receiver: difference between 2.4GHz 915MHz and TBS ELRS - Mepsking, https://www.mepsking.shop/blog/fpv-receiver-difference-between-2-4ghz-and-915mhz-and-tbs-elrs.html
22. 900mhz and 2.4ghz : r/fpv - Reddit, https://www.reddit.com/r/fpv/comments/13048pp/900mhz_and_24ghz/
23. ExpressLRS: The Definitive Guide (and How to Setup) - RChobby Lab, https://rchobbylab.com/expresslrs/
24. Radio Preparation - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/quick-start/transmitters/tx-prep/
25. Installing the Configurator - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/quick-start/installing-configurator/
26. Binding ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/quick-start/binding/
27. Firmware Options - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/quick-start/firmware-options/
28. User Defines - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/software/user-defines/
29. Wifi Updating - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/software/updating/wifi-updating/
30. The ExpressLRS Lua Script, https://www.expresslrs.org/quick-start/transmitters/lua-howto/
31. Unlocking EdgeTX: Beginner’s Guide to Modes & ELRS LUA Script | Squadding Quads, https://www.youtube.com/watch?v=0C0FFMp5kjU
32. Dynamic Transmit Power - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/software/dynamic-transmit-power/
33. Receiver Wiring - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/quick-start/receivers/wiring-up/
34. HGRC ELRS receiver diagram : r/fpv - Reddit, https://www.reddit.com/r/fpv/comments/17jd5gp/hgrc_elrs_receiver_diagram/
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36. EXPRESSLRS : r/fpv - Reddit, https://www.reddit.com/r/fpv/comments/z5ipar/expresslrs/
37. SPI Receivers - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/hardware/spi-receivers/
38. Happymodel EP - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/quick-start/receivers/hmep2400/
39. LQ and RSSI Explained for ExpressLRS and Crossfire Radio Links - Oscar Liang, https://oscarliang.com/lq-rssi/
40. How to Bind ExpressLRS Receivers - Step by Step Guide for Beginners - Oscar Liang, https://oscarliang.com/bind-expresslrs-receivers/
41. Checking FW Version - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/quick-start/receivers/firmware-version/
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44. What (ELRS) packet rate do YOU use? : r/fpv - Reddit, https://www.reddit.com/r/fpv/comments/18inpen/what_elrs_packet_rate_do_you_use/
45. ExpressLRS Tips and Tricks | BEST SETTINGS - YouTube, https://www.youtube.com/watch?v=y1v9KnA–eE
46. ExpressLRS 3.0 Packet Modes Explained - YouTube, https://www.youtube.com/watch?v=ymv9OJFWgJ4
47. Dramatically decreased link quality in 50Hz mode / Issue #1094 - GitHub, https://github.com/ExpressLRS/ExpressLRS/issues/1094
48. Before First Flight - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/quick-start/pre-1stflight/
49. Signal Health - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/info/signal-health/
50. What’s ExpressLRS Gemini, How to Enable it? - Oscar Liang, https://oscarliang.com/expresslrs-gemini/
51. ExpressLRS ELRS True Diversity Receiver - iFlight, https://shop.iflight.com/ExpressLRS-ELRS-Diversity-Receiver-Pro2159
52. Gemini - ExpressLRS, https://www.expresslrs.org/software/gemini/
53. What Exactly is ELRS GEMINI? | A Beginners Perspective - YouTube, https://m.youtube.com/watch?v=O5_tXZjNWzU&pp=ygUKI2lrYXRla2Zwdg%3D%3D
54. Should I Keep Using Crossfire Or Switch To ExpressLRS? - FPV Questions - YouTube, https://www.youtube.com/watch?v=x_0g2FUK1Q4
55. Crossfire vs ExpressLRS! Which Would Bardwell Buy If He Started Over? - FPV Questions, https://www.youtube.com/watch?v=O4Tf9Q1X6PM