9급 국가직 공무원 무선공학개론 필기 기출문제복원 (2013-07-27)

9급 국가직 공무원 무선공학개론 2013-07-27 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 무선공학개론
(2013-07-27 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 전력이 100[W]인 신호가 어떤 회로를 통과하여 전력이 36[dBm]이 되었다고 할 때, 입력 신호와 출력 신호의 전력비는? (단, log2＝0.3, log3＝0.48로 한다)

  1. 4 : 1
  2. 9 : 1
  3. 16 : 1
  4. 25 : 1
(정답률: 36%)
  • 출력 전력을 $\text{dBm}$ 단위에서 $\text{W}$ 단위로 환산하여 입력 전력과의 비율을 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $P = 10^{\frac{P_{\text{dBm}}-30}{10}} \text{ W}$
    ② [숫자 대입] $P = 10^{\frac{36-30}{10}} = 10^{0.6} = 10^{0.3} \times 10^{0.3} = 2 \times 2 = 4 \text{ W}$
    ③ [최종 결과] $\text{전력비} = \frac{100 \text{ W}}{4 \text{ W}} = 25 : 1$
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2. 전파경로 상에 장애물이 존재하는 경우, 장애물 뒤쪽으로 전파의 일부가 휘어져서 전파되는 현상은?

  1. 전파의 회절
  2. 전파의 감쇄
  3. 전파의 굴절
  4. 전파의 편파
(정답률: 100%)
  • 전파가 진행 경로 상의 장애물을 만났을 때, 장애물 모서리에서 전파의 일부가 휘어져 장애물 뒤쪽의 음영 지역까지 전달되는 현상을 전파의 회절이라고 합니다.
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3. 반송파를 삽입하는 진폭 변조에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 반송파를 삽입하지 않는 방식에 비해 수신기가 복잡하다.
  2. 변조지수가 1보다 작으면 비동기식 복조가 가능하다.
  3. 전력 효율이 낮은 전송방식이다.
  4. SSB 방식에 비해 대역 효율이 낮다.
(정답률: 58%)
  • 반송파를 삽입하는 진폭 변조(DSC-LC)는 반송파 성분이 포함되어 있어 수신측에서 포락선 검파기를 이용한 비동기식 복조가 가능하므로, 반송파를 삽입하지 않는 방식(동기 검파 필요)보다 수신기가 훨씬 단순합니다.

    오답 노트
    변조지수가 1보다 작으면 비동기식 복조 가능: 포락선 검파 가능 조건
    전력 효율이 낮은 전송방식: 정보가 없는 반송파에 전력이 낭비됨
    SSB 방식에 비해 대역 효율이 낮다: SSB보다 2배의 대역폭을 사용함
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4. 다음 디지털 변조 방식 가운데 대역 효율이 가장 높은 방식은?

  1. BPSK
  2. QPSK
  3. 16-QAM
  4. 32-ary orthogonal FSK
(정답률: 59%)
  • 대역 효율은 단위 주파수당 전송 가능한 비트 수($\log_{2}M$)에 비례합니다. ASK나 PSK 방식은 진수 $M$이 증가할수록 한 심볼에 담기는 비트 수가 늘어나 대역 효율이 높아지지만, FSK는 $M$이 증가할수록 필요한 대역폭이 함께 늘어나 효율이 떨어집니다. 따라서 제시된 보기 중 가장 높은 진수를 사용하는 16-QAM이 대역 효율이 가장 높습니다.

    오답 노트
    32-ary orthogonal FSK: 진수는 높으나 주파수 분할 방식 특성상 대역폭 소모가 매우 커 효율이 낮음
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5. 최대 초당 2,400[baud] 심볼률을 지원하는 시스템을 사용하여 5,000[bps] 디지털 음성을 보내고자 한다. 이러한 시스템을 구축하기 위해 필요한 최소의 심볼 상태 수는?

  1. 2
  2. 4
  3. 8
  4. 16
(정답률: 56%)
  • 전송 속도(bps)는 심볼률(baud)에 심볼당 비트 수($\log_{2}M$)를 곱한 값과 같습니다. 필요한 최소 심볼 상태 수 $M$을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\text{bps} = \text{baud} \times \log_{2}M$
    ② [숫자 대입] $5000 = 2400 \times \log_{2}M \implies \log_{2}M = 2.083$
    ③ [최종 결과] $M = 2^{2.083} \approx 4.23 \implies \text{최소 정수 상태 수 } M = 8 \text{ (2의 거듭제곱 기준)}$
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6. 수신기에서 1[MHz]의 주기적인 신호가 2.7[MHz] 정현파를 출력하는 국부 발진기와 혼합된 후, 600[kHz]의 차단주파수를 갖는 저역통과필터(LPF)를 통과한다. 이러한 수신기의 저역통과필터(LPF) 출력에 나타나는 신호의 주파수[kHz]는?

  1. 300
  2. 400
  3. 500
  4. 550
(정답률: 50%)
  • 혼합기(Mixer)를 통과하면 두 입력 주파수의 합과 차에 해당하는 성분이 생성됩니다. 생성된 성분 중 저역통과필터(LPF)의 차단주파수 $600 \text{ kHz}$보다 낮은 주파수만 통과합니다.
    ① [기본 공식] $f_{out} = |f_{LO} - f_{sig}|$
    ② [숫자 대입] $f_{out} = |2.7 \text{ MHz} - 1 \text{ MHz}| = 1.7 \text{ MHz} \text{ (차단)}, \quad f_{out} = |2.7 \text{ MHz} + 1 \text{ MHz}| = 3.7 \text{ MHz} \text{ (차단)}$
    ※ 문제의 의도상 국부 발진기 주파수가 $1.3 \text{ MHz}$이거나 입력 신호가 $2.3 \text{ MHz}$인 경우 등 차이값이 $300 \text{ kHz}$가 되는 조합을 찾는 문제이며, 주어진 정답 $300 \text{ kHz}$는 $|2.7 \text{ MHz} - (1 \text{ MHz} \times \text{배수})|$ 또는 필터 통과 대역 내의 차이 성분을 의미합니다. 일반적인 헤테로다인 수신 구조에서 $f_{LO} = 2.7 \text{ MHz}$, $f_{sig} = 1 \text{ MHz}$일 때의 차이 성분 $1.7 \text{ MHz}$는 LPF에 의해 제거되나, 정답이 $300 \text{ kHz}$인 것으로 보아 입력 신호의 고조파 성분 $2 \text{ MHz}$와 $2.7 \text{ MHz}$의 차이 $|2.7 - 2.0| = 0.7 \text{ MHz}$ 혹은 $3 \text{ MHz}$와 $2.7 \text{ MHz}$의 차이 $|3.0 - 2.7| = 0.3 \text{ MHz}$ 중 LPF를 통과하는 $300 \text{ kHz}$가 출력됩니다.
    ③ [최종 결과] $f_{out} = 300 \text{ kHz}$
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7. 길이가 7.5[cm]인 반파장 다이폴 안테나로 수신할 때, 수신감도가 가장 우수한 신호는? (단, 전파의 속도는 3×108[m/s]이다)

  1. s(t) = 7.5 cos (2×108πt)
  2. s(t) = 7.5 cos (4×108πt)
  3. s(t) = 15 cos (2×109πt)
  4. s(t) = 15 cos (4×109πt)
(정답률: 71%)
  • 반파장 다이폴 안테나는 안테나의 길이 $L$이 파장 $\lambda$의 절반($\lambda/2$)일 때 수신 감도가 가장 우수합니다. 전파 속도 $v = f\lambda$ 관계를 이용하여 공진 주파수를 구합니다.
    ① [기본 공식] $f = \frac{v}{2L}$
    ② [숫자 대입] $f = \frac{3 \times 10^{8}}{2 \times 0.075}$
    ③ [최종 결과] $f = 2 \times 10^{9} \text{ Hz}$
    신호 $s(t) = A \cos(2\pi ft)$에서 각주파수 $\omega = 2\pi f$이므로, $\omega = 2\pi \times 2 \times 10^{9} = 4 \times 10^{9}\pi$가 되는 신호가 정답입니다.
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8. MIMO(Multi Input Multi Output) 안테나 기술에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 다수의 송수신 안테나를 사용하여 전송률을 높일 수 있다.
  2. 송수신 다이버시티를 기대하기 힘들다.
  3. 송수신 안테나를 다수의 사용자에게 할당할 수도 있으며 한 사용자에 모두 할당할 수도 있다.
  4. 무선통신 시 다중경로 페이딩과 같은 현상으로 인한 전송률 저하를 개선시킬 수 있다.
(정답률: 100%)
  • MIMO 기술은 다수의 송수신 안테나를 사용하여 데이터 전송률을 높이고, 다중경로 페이딩 환경에서도 전송 품질을 개선하며, 송수신 다이버시티 효과를 통해 신뢰성을 높이는 기술입니다. 따라서 송수신 다이버시티를 기대하기 힘들다는 설명은 틀린 내용입니다.
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9. 무선 멀티미디어 통신을 위한 OFDM 전송방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 다중경로에 효율적인 전송방식이다.
  2. CP(Cyclic Prefix)의 삽입으로 대역폭 효율이 증가한다.
  3. 단일주파수망이 가능하여 방송용에도 장점으로 작용한다.
  4. 협대역 간섭이 일부 부반송파에만 영향을 주기 때문에 협대역 간섭에 강하다.
(정답률: 53%)
  • CP(Cyclic Prefix)는 심볼의 뒷부분을 복사하여 앞부분에 삽입함으로써 다중경로 페이딩에 의한 심볼 간 간섭(ISI)을 방지하는 보호 구간입니다. 이는 데이터 전송 외에 추가적인 오버헤드를 발생시키므로 대역폭 효율은 오히려 감소하게 됩니다.
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10. 위성통신 시스템에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 저궤도 위성과 비교하였을 때, 정지궤도 위성은 지상 기지국에서 동일한 수신 전력을 얻기 위하여 보다 큰 송신 출력이 요구된다.
  2. 저궤도 위성 시스템의 경우, 지상 기지국에서 위성의 위치를 추적하는 기능이 요구된다.
  3. 정지궤도 위성의 경우, 3개의 위성으로 지구 대부분의 영역을 커버할 수 있다.
  4. 다원접속(Multiple access)이라 함은 하나의 기지국이 여러 대의 위성에 동시 접속하는 것이다.
(정답률: 85%)
  • 다원접속(Multiple access)은 하나의 위성에 여러 개의 지구국(기지국)이 동시에 접속하여 서비스를 이용하는 방식(FDMA, TDMA, CDMA 등)을 의미합니다.
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11. 마이크로파(Microwave)를 이용한 통신 시스템의 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 전리층의 반사를 이용한 통신이 가능하다.
  2. 우수한 지향성, 직진성, 반사성을 갖는다.
  3. TV 중계, 위성 중계, 레이더 및 고속 데이터 통신에 사용된다.
  4. 300MHz∼30GHz의 UHF와 SHF대의 전파가 마이크로파에 포함된다.
(정답률: 89%)
  • 마이크로파는 직진성이 강해 전리층을 투과하므로 전리층 반사를 이용한 통신이 불가능합니다.

    오답 노트
    전리층 반사 이용: 단파통신(HF)의 특징임
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12. 진폭 변조(AM)와 비교하여 주파수 변조(FM)의 장점으로 옳지 않은 것은?

  1. 진폭 리미터(limiter)에 의해 진폭에 중첩되어 있는 잡음 성분을 효과적으로 제거할 수 있다.
  2. AM에 비해 높은 주파수 대역을 사용하기 때문에 채널당 주파수 간격을 충분히 취함으로써 간섭을 피하고 잡음이 적은 통신이 가능하다.
  3. AM에서 100%이상 변조 시 신호 왜곡이 일어나는데 비해, FM에서는 이러한 왜곡이 문제가 되지 않아 신호대 잡음비의 개선이 비교적 용이하다.
  4. AM 송신기와 수신기는 변조와 복조를 위한 회로가 복잡해지고 장치의 크기와 가격이 증가하지만, FM의 경우 상대적으로 소형ㆍ경량ㆍ저가격으로 구성할 수 있다.
(정답률: 95%)
  • FM은 AM에 비해 Pre-emphasis, IDC/Limiter, 주파수 변별기, Squelch, De-emphasis 회로 등이 추가로 필요하므로 송수신 회로가 더 복잡하며 장치의 크기와 가격이 증가합니다.
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13. 셀룰러 이동통신의 핵심기술에 해당하지 않는 것은?

  1. 핸드오프 기술
  2. 동기 검파 기술
  3. 주파수 재사용 기술
  4. 셀 분할 기술
(정답률: 89%)
  • 셀룰러 이동통신은 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위해 주파수 재사용, 셀 분할, 그리고 이동 중에도 통화를 유지하는 핸드오프 기술을 핵심으로 합니다.

    오답 노트
    동기 검파 기술: 수신단에서 반송파를 복원하여 신호를 추출하는 일반적인 복조 방식일 뿐, 셀룰러 시스템의 핵심 네트워크 기술은 아닙니다.
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14. 안테나에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 주파수가 높아질수록 안테나 크기는 작아진다.
  2. 안테나의 지향성은 안테나의 전력 이득과 무관하다.
  3. 야기 안테나는 지향성 안테나이다.
  4. 패치 안테나는 안테나 어레이를 만들기에 적합하다.
(정답률: 70%)
  • 안테나의 지향성(Directivity)은 전력을 특정 방향으로 집중시키는 능력을 의미하며, 이는 안테나의 전력 이득(Gain)과 직접적인 비례 관계에 있습니다.
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15. 대역폭이 400[Hz]인 신호를 변조지수가 2인 FM 변조하였다. 카슨(Carson)의 법칙을 이용할 때, 변조된 신호의 주파수 대역폭[Hz]은?

  1. 400
  2. 1,200
  3. 2,400
  4. 3,600
(정답률: 78%)
  • 카슨의 법칙에 따르면 FM 변조 신호의 대역폭은 신호 주파수의 2배와 최대 주파수 편이의 2배를 합하여 결정합니다.
    ① [기본 공식] $B = 2 f_m (1 + \beta)$
    ② [숫자 대입] $B = 2 \times 400 \times (1 + 2)$
    ③ [최종 결과] $B = 2400$
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16. 15[GHz]에서 동작하는 경찰 레이더가 차량의 속도를 추적하는데 사용되고 있다. 만약 차량이 180[km/h]의 속도로 움직이고 경찰 레이더에 일직선 방향으로 접근하고 있다면, 도플러 이동 주파수[Hz]는? (단, 전파의 속도는 3×108[m/s]이다)

  1. 1,500
  2. 1,800
  3. 5,000
  4. 8,944
(정답률: 72%)
  • 이동하는 표적에 의해 발생하는 도플러 이동 주파수는 전파의 속도, 표적의 속도, 반송파 주파수를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $f_d = \frac{2 v f_c}{c}$
    ② [숫자 대입] $f_d = \frac{2 \times 50 \times 15 \times 10^9}{3 \times 10^8}$
    ③ [최종 결과] $f_d = 5000$
    (단, $180\text{km/h} = 50\text{m/s}$)
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17. 레이더에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 표적의 거리는 송신신호가 표적에 도달하고 다시 돌아오는 데 걸린 시간으로 계산할 수 있다.
  2. 표적의 방향은 귀환신호(Returned signal)의 도래각(Arrival angle)으로 결정한다.
  3. 표적의 상대운동(Relative motion)은 귀환신호의 반송파에서 도플러 이동(Doppler shift)으로 결정할 수 있다.
  4. 레이더는 표적의 거리, 방향, 속도 등을 측정할 수 있지만, 암흑ㆍ안개ㆍ우천 시와 같은 악천후 날씨와 장거리 영역에서 동작하지 못한다는 단점이 있다.
(정답률: 75%)
  • 레이더는 전자기파를 이용하므로 빛이 없는 암흑이나 안개, 우천과 같은 악천후 상황에서도 표적을 탐지할 수 있으며, 장거리 영역에서도 동작이 가능하다는 것이 가장 큰 장점입니다.
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18. 광대역 무선 액세스 시스템을 설계할 때, 무선 채널의 페이딩 현상에 대처하기 위한 수단으로서 적합하지 않은 것은?

  1. 다수의 수신 안테나를 사용한다.
  2. 변조지수를 증가시킨다.
  3. 채널 부호화(Channel coding)를 적용한다.
  4. 다수의 송신 안테나를 사용하고, 시공간 부호(Space-time code)를 적용한다.
(정답률: 56%)
  • 페이딩 현상은 다중 경로 전파로 인해 신호 세기가 변하는 현상으로, 이를 극복하기 위해 안테나 다이버시티(다수 안테나 사용), 채널 부호화, 시공간 부호(STC) 등을 사용합니다. 변조지수를 증가시키는 것은 페이딩 대처 수단과 무관합니다.
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19. 셀룰러 이동통신에서 RF 중계기의 사용목적에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 신호 품질을 향상시킬 수 있다.
  2. 다수의 중계기를 설치함으로 인해 전송 커버리지가 확대된다.
  3. 기지국 설치비용이 절감된다.
  4. 전계 강도가 부족하여 발생하는 부분적인 음영지역을 해소할 수 있다.
(정답률: 42%)
  • RF 중계기는 신호를 증폭하여 커버리지를 확대하고 음영 지역을 해소하는 장치이지, 신호 자체의 품질(SNR 등)을 근본적으로 향상시키는 장치는 아닙니다. 오히려 중계기 거치 시 잡음이 추가될 수 있습니다.
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20. 무선 도시지역 통신망 기술인 WMAN(Wireless Metropolitan Area Networks)의 기술을 규정한 국제 표준명은?

  1. IEEE 802.11
  2. IEEE 802.15
  3. IEEE 802.16
  4. IEEE 802.21
(정답률: 66%)
  • WMAN(Wireless Metropolitan Area Networks)은 도시 지역 규모의 무선 접속을 위한 표준으로, IEEE 802.16(WiMAX)에서 규정하고 있습니다.

    오답 노트
    IEEE 802.11: WLAN(무선 랜)
    IEEE 802.15: WPAN(무선 개인 영역망, Bluetooth 등)
    IEEE 802.21: 미디어 독립적 네트워크 가상화 계층
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