9급 국가직 공무원 무선공학개론 필기 기출문제복원 (2012-04-07)

9급 국가직 공무원 무선공학개론 2012-04-07 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 무선공학개론
(2012-04-07 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 변조에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 변조를 통하여 여러 메시지신호를 혼신 없이 다중화할 수 있다.
  2. 신호를 변조하면 효율적인 신호 전송에 적합한 무선 송수신 안테나의 크기를 줄일 수 있다.
  3. 저역 메시지신호를 협대역 FM 기법을 사용하여 변조하면 변조된 신호의 대역폭은 메시지신호 대역폭의 약 2배가 된다.
  4. 변조는 신호에 포함되어 있는 중복성을 제거하여 전송할 데이터량을 줄이는 과정이다.
(정답률: 69%)
  • 변조는 메시지 신호를 고주파 반송파에 실어 전송 효율을 높이는 과정이며, 신호의 중복성을 제거하여 데이터량을 줄이는 과정은 '소스 코딩(압축)'에 해당합니다.

    오답 노트
    다중화: 서로 다른 주파수 대역으로 변조하여 혼신 없이 전송 가능
    안테나 크기: 주파수가 높아지면 파장이 짧아져 안테나 크기를 줄일 수 있음
    협대역 FM: 대역폭이 AM과 유사하게 메시지 신호 대역폭의 약 2배가 됨
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2. 안테나의 크기가 가장 소형인 경우는 다음 중 어느 주파수 대역의 반송파를 사용했을 때인가?

  1. X-band
  2. C-band
  3. L-band
  4. S-band
(정답률: 62%)
  • 안테나의 크기는 파장 $\lambda$에 비례하며, 파장은 주파수 $f$에 반비례합니다. 즉, 주파수가 높을수록 파장이 짧아져 안테나 크기를 더 소형으로 만들 수 있습니다. 제시된 밴드 중 X-band가 가장 높은 주파수 대역을 사용하므로 안테나 크기가 가장 소형입니다.
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3. 공진 주파수 인 수직 접지 안테나에 연장코일을 직렬로 연결했을 때 나타나는 현상으로 옳은 것은?

  1. 공진 주파수가 높아진다.
  2. 공진 주파수가 낮아진다.
  3. 복사저항이 커진다.
  4. 복사저항이 작아진다.
(정답률: 86%)
  • 공진 주파수 $f_0$는 인덕턴스 $L$과 정전용량 $C$의 곱에 반비례합니다. 수직 접지 안테나에 연장코일을 직렬로 연결하면 전체 인덕턴스 $L$이 증가하게 되므로, 분모가 커져 공진 주파수는 낮아지게 됩니다.
    $$f_0 = \frac{1}{2\pi \sqrt{L_e C_e}}$$
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4. 중파(MF)와 비교할 때, 마이크로웨이브의 특성으로 옳지 않은 것은?

  1. 마이크로웨이브를 이용하면 사용 가능한 주파수 대역폭이 넓어진다.
  2. 마이크로웨이브는 전리층에서 휘어지지 않기 때문에 위성통신에 적합하다.
  3. 파장이 길기 때문에 레이더에 사용되었을 때 목표물의 영상을 더 선명하게 얻을 수 있다.
  4. 예리한 지향성을 갖으며 안테나 이득이 크다.
(정답률: 77%)
  • 마이크로웨이브는 중파에 비해 주파수가 매우 높으므로 파장이 매우 짧습니다. 파장이 짧을수록 분해능이 좋아져 레이더 영상이 더 선명해집니다.

    오답 노트
    대역폭: 고주파수일수록 넓은 대역폭 확보 가능
    전리층: 투과하여 위성통신에 이용됨
    지향성: 파장이 짧아 안테나 크기 대비 높은 이득과 예리한 지향성 가짐
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5. 통신 시스템에서 사용하는 채널 오류 정정기술이 아닌 것은?

  1. 길쌈 부호(Convolutional Code)
  2. LDPC(Low Density Parity Check Code)
  3. CELP(Code Excited Liner Predictive Coding)
  4. 터보 부호(Turbo Code)
(정답률: 알수없음)
  • CELP는 음성 신호를 효율적으로 압축하기 위한 음성 코딩 기술이며, 오류 정정 부호가 아닙니다.

    오답 노트
    길쌈 부호, LDPC, 터보 부호: 모두 대표적인 채널 오류 정정 기술임
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6. 길이가 l이고, 부하임피던스가 ZL인 무손실 전송선로에서 부하임피던스가 0(단락)과 무한대(개방)일 때, 전송선로의 입력임피던스는 각각 j50Ω과 －j200Ω이다. 이 전송선로의 특성임피던스[Ω]는?

  1. 25
  2. 50
  3. 75
  4. 100
(정답률: 54%)
  • 무손실 전송선로에서 단락 시 입력임피던스는 $j Z_{0} \tan(\beta l)$, 개방 시 입력임피던스는 $-j Z_{0} \cot(\beta l)$ 입니다. 두 값의 곱은 $Z_{0}^{2}$가 되는 성질을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $Z_{0}^{2} = Z_{in(short)} \times Z_{in(open)} \times (-1)$
    ② [숫자 대입] $Z_{0}^{2} = (j50) \times (-j200) \times (-1) = 10000$
    ③ [최종 결과] $Z_{0} = 100$
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7. 대역폭이 3KHz인 아날로그 신호를 8KHz의 주파수로 표본화하고, 256개의 레벨로 양자화하였다. 양자화된 표본을 이진 데이터로 표현할 때, 데이터의 비트율[Kbps]은?

  1. 48
  2. 64
  3. 192
  4. 2048
(정답률: 53%)
  • 비트율은 표본화 주파수에 양자화 비트 수를 곱하여 계산합니다. 256 레벨은 $2^{8}$이므로 8비트가 필요합니다.
    ① [기본 공식] $R = f_{s} \times n$
    ② [숫자 대입] $R = 8 \times 8$
    ③ [최종 결과] $R = 64$
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8. 무선항행 보조장치로 사용되는 방향탐지기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 고니오미터는 전파의 도래각을 측정하는데 사용된다.
  2. 야간오차 경감효과를 얻고자 애드콕(Adcock) 안테나를 사용한다.
  3. 루프안테나를 사용하는 경우 전후방의 전파도래 방향을 결정하기 어렵다.
  4. 공중선 장치는 방향탐지기의 전원을 공급하는 장치이다.
(정답률: 알수없음)
  • 방향탐지기에서 공중선 장치는 전원을 공급하는 장치가 아니라, 전파를 수신하여 도래각을 측정하기 위한 안테나 시스템을 의미합니다.

    오답 노트
    고니오미터: 도래각 측정 장치 맞음
    애드콕 안테나: 야간 오차 경감용 맞음
    루프 안테나: 전후방 판별 불가 특성 맞음
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9. LTE(long-term evolution)에 사용되는 직교주파수분할다중화(OFDM) 방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 단일반송파 전송 방식에 비해 일반적으로 피크 대 평균전력비 (peak to average power ratio)가 크다는 단점이 있다.
  2. 고속 푸리에 변환(FFT)을 사용하여 구현을 간단히 할 수 있다.
  3. 페이딩을 극복하기 위해 등화기를 사용할 수 있다.
  4. 직교주파수분할다중화(OFDM)는 직렬 전송 기술이다.
(정답률: 93%)
  • OFDM은 하나의 고속 데이터 스트림을 여러 개의 저속 부반송파로 나누어 동시에 전송하는 병렬 전송 기술입니다.
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10. 전송선로를 다음과 같이 집중소자로 등가화 할 때, 무손실 전송선로가 되기 위한 조건은? (순서대로 R, G)

  1. 0, 0
  2. 0, ∞
  3. ∞, 0
  4. ∞, ∞
(정답률: 57%)
  • 무손실 전송선로란 전송 과정에서 에너지 손실이 없는 선로를 의미하며, 이를 위해서는 직렬 저항 $R$과 병렬 컨덕턴스 $G$가 모두 0이어야 합니다.
    따라서 $R = 0$, $G = 0$ 일 때 무손실 조건이 성립합니다.
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11. 차동펄스부호변조(DPCM), 델타변조(DM), 적응델타변조(ADM)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 델타변조(DM)에서의 표본 시간을 T, 스텝 크기를 △라 한다)

  1. 적응델타변조(ADM)에서 신호의 기울기가 작으면 스텝 크기를 감소시켜 양자화 잡음을 감소시킨다.
  2. 적응델타변조(ADM)에서 신호의 기울기가 크면 스텝 크기를 증가시켜 경사 과부하 잡음을 감소시킨다.
  3. 델타변조(DM)에서 입력 신호의 기울기가 계단의 기울기(△/T)보다 크면 경사 과부하 잡음이 발생된다.
  4. 델타변조(DM)는 차동펄스부호변조(DPCM)에 비해 표본당 더 많은 비트 수를 사용한다.
(정답률: 72%)
  • 델타 변조(DM)는 이전 표본과의 차이를 1비트(상승 또는 하강)로만 표현하는 방식이므로, 여러 비트를 사용하는 차동펄스부호변조(DPCM)보다 표본당 비트 수가 훨씬 적습니다.

    오답 노트
    적응델타변조(ADM): 신호 기울기에 따라 스텝 크기를 가변하여 양자화 잡음과 경사 과부하 잡음을 동시에 개선함
    경사 과부하 잡음: 입력 신호의 변화율이 계단 기울기 $\frac{\Delta}{T}$보다 클 때 발생함
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12. 반송파 c(t) = Accos(2πfct)로 신호 s(t) = Amcos(2πfmt)를 주파수변조한 신호는? (단, βf는 FM 변조지수이다)

  1. gFM(t) = Acsin{2πfct + βfsin(2πfmt)}
  2. gFM(t) = Acsin{2πfct + βfcos(2πfmt)}
  3. gFM(t) = Accos{2πfct + βfsin(2πfmt)}
  4. gFM(t) = Accos{2πfct + βfcos(2πfmt)}
(정답률: 63%)
  • 주파수 변조(FM)는 메시지 신호의 진폭에 따라 반송파의 순시 주파수가 변하는 방식입니다. 반송파가 $\cos$ 함수 형태일 때, 위상 성분에 메시지 신호의 적분 형태인 $\sin$ 함수와 변조지수 $\beta_f$가 곱해진 형태로 나타납니다.
    따라서 정답은 $g_{FM}(t) = A_c\cos\{2\pi f_ct + \beta_f\sin(2\pi f_mt)\}$ 입니다.
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13. 진폭변조 방식에서 대역폭을 가장 적게 사용하는 방식은?

  1. DSB-SC(Double Side Band - Suppressed Carrier)
  2. SSB(Single Side Band)
  3. DSB-LC(Double Side Band - Large Carrier)
  4. VSB(Vestigial Side Band)
(정답률: 100%)
  • SSB(Single Side Band) 방식은 DSB 방식에서 반송파와 하나의 측파대를 제거하고 오직 하나의 측파대만 전송하므로, 대역폭을 가장 효율적으로 사용하여 전송 효율이 가장 높습니다.

    오답 노트
    DSB-SC/LC: 양측파대를 모두 전송하여 대역폭이 $2f_m$
    VSB: 한쪽 측파대의 일부를 남겨 전송하여 SSB보다는 넓고 DSB보다는 좁은 대역폭 사용
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14. 정지궤도(GEO) 위성통신에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 주로 VHF대 주파수를 이용한다.
  2. 가시거리(line-of-sight) 통신방식이다.
  3. 정지궤도(GEO) 위성의 공전주기는 지구의 자전 주기와 동일하다.
  4. 정지궤도(GEO) 위성통신의 단점 중의 하나는 지연시간이 길다는 것이다.
(정답률: 75%)
  • 정지궤도(GEO) 위성은 전리층의 영향과 감쇄를 최소화하고 넓은 대역폭을 확보하기 위해 주로 $\text{GHz}$ 단위의 마이크로파(SHF 대역)를 사용하며, $\text{VHF}$ 대역은 사용하지 않습니다.
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15. 위성통신의 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 회선의 유연한 설정이 용이하지 않다.
  2. 광대역 통신회선의 구성이 가능하다.
  3. 일반적으로 상향링크와 하향링크에서 서로 다른 주파수를 사용한다.
  4. 점 대 다점(Point-to-multipoint) 통신이 가능하다.
(정답률: 87%)
  • 위성통신은 지상국과 위성 간의 연결을 통해 전 세계 어디서든 회선을 유연하게 설정하고 변경할 수 있는 것이 큰 장점입니다.

    오답 노트
    광대역 통신: 위성의 넓은 대역폭 활용 가능
    주파수 분리: 간섭 방지를 위해 상/하향 링크 주파수 다르게 설정
    점 대 다점: 하나의 위성으로 여러 지상국과 동시 통신 가능
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16. 무선랜(WLAN)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. IEEE 802.11 규격으로 a, b, g, n이 있으며, 물리계층과 MAC계층에 대해서 규격을 정하고 있다.
  2. IEEE 802.11과 802.11b를 제외하고 직교주파수분할다중화(OFDM) 기술을 적용하고 있다.
  3. 사용 주파수대역은 2.4GHz대이며, 점유 대역폭은 20MHz로 모든 규격이 동일하다.
  4. 직교주파수분할다중화(OFDM)에 적용되는 변조방식으로 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM을 지원한다.
(정답률: 82%)
  • 무선랜(WLAN) 규격마다 사용하는 주파수 대역과 대역폭은 서로 다릅니다. 예를 들어 802.11a는 $5\text{GHz}$ 대역을 사용하며, 802.11n/ac 등은 채널 본딩을 통해 $20\text{MHz}$이상의 대역폭을 사용하므로 모든 규격이 동일하다는 설명은 틀렸습니다.
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17. 신호 s(t) = 8cos(64πt)가 주파수감도 2Hz/volt를 이용하여 주파수 변조될 때, 변조지수는?

  1. 0.25
  2. 0.5
  3. 1
  4. 1.5
(정답률: 84%)
  • 주파수 변조(FM)에서 변조지수는 신호의 최대 진폭과 주파수 감도의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $ \beta = K_f \times A_m $
    ② [숫자 대입] $ \beta = 2 \times 8 $
    ③ [최종 결과] $ \beta = 16 $
    단, 문제의 보기 구성상 신호 전압의 피크값이 아닌 실효값이나 다른 기준이 적용되었을 가능성이 있으나, 일반적인 공식 대입 시 결과는 $16$입니다. 제시된 정답 $0.5$는 주파수 감도 $2 \text{Hz/volt}$가 아닌 $0.0625 \text{Hz/volt}$이거나 신호 진폭이 $0.25 \text{V}$일 때 도출되는 값입니다. 주어진 정답 $0.5$를 기준으로 역산하면 변조지수 공식 $\beta = \frac{\Delta f}{f_m}$에서 최대 주파수 편이 $\Delta f = K_f \times A_m = 2 \times 8 = 16 \text{Hz}$이고, 신호 주파수 $f_m = \frac{64\pi}{2\pi} = 32 \text{Hz}$이므로 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $ \beta = \frac{K_f \times A_m}{f_m} $
    ② [숫자 대입] $ \beta = \frac{2 \times 8}{32} $
    ③ [최종 결과] $ \beta = 0.5 $
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18. 1.9GHz~2.1GHz 대역을 사용하는 통신 시스템에서 가장 성능이 좋은 송수신기 안테나 길이[cm]는? (단, 안테나는 파장의 1/2일 때 가장 성능이 좋으며, 전파의 속도는 300,000km/s이다)

  1. 3.75
  2. 7.5
  3. 15
  4. 30
(정답률: 95%)
  • 안테나의 성능이 가장 좋은 길이는 중심 주파수에서의 파장 $\lambda$의 $1/2$ 지점입니다. $1.9\text{GHz}$와 $2.1\text{GHz}$의 중심 주파수인 $2\text{GHz}$를 기준으로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$L = \frac{v}{2f}$$
    ② [숫자 대입]
    $$L = \frac{300,000,000}{2 \times 2 \times 10^9}$$
    ③ [최종 결과]
    $$L = 0.075$$
    단위를 $\text{cm}$로 변환하면 $7.5\text{cm}$가 됩니다.
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19. 그림과 같이 펄스폭이 1μs인 신호를 사용하는 레이더를 이용하여 목표물까지의 거리를 측정하고자 한다. 레이더의 송수신부가 동시에 동작하지 못한다고 가정할 때, 이 레이더의 최소탐지거리[m]는? (단, 전파의 속도는 300,000km/s이다)

  1. 150
  2. 300
  3. 450
  4. 600
(정답률: 62%)
  • 레이더의 최소탐지거리는 송신 펄스가 완전히 끝난 후 수신이 가능하므로, 펄스폭 동안 전파가 왕복한 거리의 절반으로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$d_{min} = \frac{v \times \tau}{2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$d_{min} = \frac{300,000,000 \times 1 \times 10^{-6}}{2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$d_{min} = 150$$
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20. 디지털 신호를 진폭변조 방식만으로 송신할 때 옳은 파형은?

(정답률: 54%)
  • 디지털 신호를 진폭변조(ASK) 방식으로 송신하면, 데이터가 '1'일 때는 반송파를 송신하고 '0'일 때는 송신하지 않는 형태로 나타납니다. 따라서 진폭의 유무가 명확히 구분되는 파형이 정답입니다.
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