9급 국가직 공무원 무선공학개론 필기 기출문제복원 (2016-04-09)

9급 국가직 공무원 무선공학개론 2016-04-09 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 무선공학개론
(2016-04-09 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 주파수 대역과 무선통신 또는 방송 기술이 바르게 짝지어진 것은? (순서대로 주파수 대역, 무선통신/방송 기술)

  1. 30[kHz], AM 라디오 방송
  2. 200[MHz], 위성 DMB
  3. 1.8[GHz], 잠수함 간 무선통신
  4. 2.4[GHz], 무선 랜
(정답률: 73%)
  • 주파수 대역별 용도를 정확히 매칭하는 문제입니다. $2.4\text{GHz}$ 대역은 SHF(초고주파) 대역에 속하며, 무선 랜(Wi-Fi) 및 블루투스 등 근거리 무선 통신에 널리 사용됩니다.

    오답 노트
    30kHz: 잠수함 통신 및 항해 통신 대역임
    200MHz: VHF 대역으로 FM 라디오 및 TV 방송 등에 사용됨
    1.8GHz: UHF 대역으로 주로 이동통신에 사용되며, 잠수함 통신은 훨씬 낮은 주파수 대역을 사용함
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2. 다음 중 회절이 가장 잘 되는 전파는?

  1. 장파
  2. 중파
  3. 단파
  4. 극초단파
(정답률: 87%)
  • 전파의 회절 현상은 파장이 길수록, 즉 주파수가 낮을수록 더 잘 일어납니다. 제시된 보기 중 장파가 파장이 가장 길기 때문에 회절이 가장 잘 됩니다.
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3. 레이더에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 목표물에서 반사되어온 신호의 전력은 레이더 신호의 파장과 레이더의 단면적에 따라 달라진다.
  2. 레이더로부터 목표물까지의 방위는 일반적으로 무지향성 안테나를 사용하여 측정한다.
  3. 레이더로부터 목표물까지의 거리는 송신신호가 목표물에 도달하고 다시 돌아오는 데 걸리는 시간으로 계산할 수 있다.
  4. 레이더 시스템에서는 펄스파와 지속파(Continuous wave)가 사용될 수 있다.
(정답률: 65%)
  • 레이더에서 목표물의 방위를 측정하기 위해서는 특정 방향으로 빔을 쏘고 받는 지향성 안테나가 필요합니다. 모든 방향으로 동일하게 송수신하는 무지향성 안테나로는 정확한 방위 측정이 불가능합니다.
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4. 위성통신에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 광대역 통신이 가능하다.
  2. 전송 지연 문제가 발생할 수 있다.
  3. 통신의 보안성이 우수하다.
  4. FDMA, TDMA, CDMA 등 다원접속방식이 가능하다.
(정답률: 100%)
  • 위성통신은 무선 전파를 이용하여 광범위한 지역에 신호를 송출하므로, 누구나 수신 가능한 개방형 구조를 가집니다. 따라서 별도의 암호화 기술 없이는 통신의 보안성이 낮다는 특징이 있습니다.
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5. 무선 채널에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 송신된 전파가 다중 경로로 진행하여 수신 시간이 퍼지는 현상을 지연확산(Delay spread)이라고 한다.
  2. 지연확산으로 인하여 주파수 선택적 페이딩 현상이 발생한다.
  3. 이동체의 속도가 느릴수록 도플러 확산(Doppler spread)이 커진다.
  4. 도플러 확산은 시간 선택적 페이딩을 발생시킨다.
(정답률: 100%)
  • 도플러 확산은 이동체의 속도에 비례하여 발생합니다. 따라서 이동체의 속도가 빠를수록 도플러 확산이 커지며, 느릴수록 작아집니다.

    오답 노트
    지연확산은 주파수 선택적 페이딩을, 도플러 확산은 시간 선택적 페이딩을 유발합니다.
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6. 이동통신 시스템에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 셀룰러 시스템에서 셀 크기를 줄이면 전체 가입자 용량을 증대시킬 수 있다.
  2. TDMA 시스템에서는 레이크 수신기(Rake receiver)를 사용하여 다중경로 페이딩의 영향을 극복할 수 있다.
  3. CDMA 셀룰러 시스템에서는 FDMA 셀룰러 시스템과 달리 인접한 셀에서 동일한 주파수를 사용할 수 있다.
  4. 동기식 DS－CDMA 셀룰러 시스템에서는 PN 코드의 오프셋 값에 의해 기지국을 구별하며 멀리 떨어진 기지국에서는 PN 코드의 오프셋 값을 재사용할 수 있다.
(정답률: 72%)
  • 레이크 수신기(Rake receiver)는 다중경로 페이딩을 극복하기 위해 사용되는 장치로, TDMA가 아닌 CDMA 시스템의 핵심 기술입니다.
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7. 안테나에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 안테나 이득은 안테나 유효면적의 제곱에 비례한다.
  2. 안테나에서 방사된 전파의 전력은 거리의 제곱에 반비례한다.
  3. 등방성 안테나(Isotropic antenna)의 지향성은 1이다.
  4. 전압정재파비(VSWR)는 1 이상이다.
(정답률: 56%)
  • 안테나 이득은 안테나 유효면적에 비례하며, 제곱에 비례하지 않습니다.

    오답 노트
    방사 전력은 거리의 제곱에 반비례하며, 등방성 안테나의 지향성은 $1$, 전압정재파비(VSWR)는 항상 $1$이상입니다.
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8. 지구국 안테나에 급전되는 송신 전력이 30[dBW], 송신 안테나 이득이 50[dB], 위성 수신 안테나 이득이 40[dB], 안테나 지향 오차를 포함한 전파 경로상의 총 손실이 220[dB]일 때, 위성의 수신 전력[dBm]은?

  1. －70
  2. －100
  3. －130
  4. －140
(정답률: 53%)
  • 수신 전력은 송신 전력에 안테나 이득을 더하고 경로 손실을 빼서 계산합니다. 이때 송신 전력 단위를 $\text{dBW}$에서 $\text{dBm}$으로 변환하여 계산해야 합니다.
    ① [기본 공식] $P_{rx} = P_{tx} + G_{tx} + G_{rx} - L$
    ② [숫자 대입] $P_{rx} = (30 + 30) + 50 + 40 - 220$
    ③ [최종 결과] $P_{rx} = -70$
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9. 디지털 통신시스템에서 정합필터에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 비트 구간이 T인 이진 신호 s(t)를 전송하고, 채널은 가산성 백색 가우시안 잡음(AWGN) 환경이며, K는 상수이다)

  1. 비트오류확률을 최소로 하는 필터이다.
  2. 필터의 임펄스 응답은 Ks(T-t)이다.
  3. 시간 t = T 에서 상관 수신기와 동일한 결과를 얻을 수 있다.
  4. 시간 t = T 에서 출력의 신호 대 잡음비를 최소로 만든다.
(정답률: 56%)
  • 정합필터는 AWGN 환경에서 신호 성분을 최대로 강조하고 잡음을 억제하여 비트오류확률을 최소화하는 필터입니다.
    시간 $t = T$에서 출력의 신호 대 잡음비(SNR)를 최대로 만들기 때문에, 이를 최소로 만든다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    필터의 임펄스 응답은 $Ks(T-t)$이며, $t = T$일 때 상관 수신기와 동일한 결과를 얻습니다.
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10. 정보신호 m(t) = Amcos(2πfmt)를 PM 또는 FM 변조한 후의 신호가 s(t) = Accos(θi(t))일 때, 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. PM 또는 FM 변조된 신호의 진폭은 일정하다.
  2. PM 변조된 신호의 θi(t)는 m(t)의 미분 값에 따라 선형적으로 변화한다.
  3. FM 변조된 신호의 순시 주파수는 m(t)에 따라 선형적으로 변화한다.
  4. FM 변조된 신호의 θi(t)는 m(t)의 적분 값에 따라 선형적으로 변화한다.
(정답률: 60%)
  • PM(위상 변조)은 정보 신호 $m(t)$가 반송파의 위상 $\theta_i(t)$에 직접적으로 선형적으로 영향을 주는 방식입니다. 즉, 위상은 $m(t)$에 비례하며, 미분 값과는 관계가 없습니다.

    오답 노트
    PM 또는 FM 변조된 신호의 진폭은 일정하다: 각 변조 방식 모두 진폭은 $A_c$로 일정함
    FM 변조된 신호의 순시 주파수는 $m(t)$에 따라 선형적으로 변화한다: FM의 정의임
    FM 변조된 신호의 $\theta_i(t)$는 $m(t)$의 적분 값에 따라 선형적으로 변화한다: 주파수는 위상의 미분이므로, 위상은 주파수(정보신호)의 적분 형태가 됨
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11. MPSK(M-ary Phase Shift Keying) 변조방식에서 성상도(Constellation) 상 인접한 두 심벌 간의 위상 차이[rad]는?

  1. π/2M
  2. π/M
  3. 2π/M
  4. 4π/M
(정답률: 89%)
  • MPSK 변조 방식은 $2\pi$ 라디안의 전체 위상 공간을 $M$개의 심벌이 균등하게 나누어 갖는 방식입니다. 따라서 인접한 두 심벌 사이의 위상 간격은 전체 위상을 심벌 수로 나눈 값이 됩니다.
    ① [기본 공식] $\Delta\theta = \frac{2\pi}{M}$
    ② [숫자 대입] $\Delta\theta = \frac{2\pi}{M}$
    ③ [최종 결과] $\Delta\theta = \frac{2\pi}{M}$
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12. 그림과 같이 이동체가 72[km/h]의 속도로 X에서 Z 방향으로 이동하고 있다. 송신기(S)가 3[GHz]의 반송파로 신호 전송 시, 세 지점 X, Y, Z에서 발생하는 이동체 수신기에서의 도플러 천이(Doppler shift)[Hz]는? (단, √3 = 1.73 이고, 전파의 속도는 3×108 [m/s]이다)(순서대로 X, Y, Z)

  1. 0, 100, 173
  2. 173, 100, 0
  3. 100, 173, 346
  4. 346, 173, 100
(정답률: 82%)
  • 이동체 수신기의 도플러 천이는 송신기와 수신기 사이의 상대 속도 성분에 비례하여 발생합니다. 속도 $v = 72\text{km/h} = 20\text{m/s}$이고, 각 지점에서의 상대 속도는 $v \cos\theta$ (여기서 $\theta$는 진행 방향과 송신 방향 사이의 각도)로 계산됩니다.
    X지점: $\theta = 30^\circ$, Y지점: $\theta = 60^\circ$, Z지점: $\theta = 90^\circ$ (수직)
    ① [기본 공식] $f_d = \frac{v \cos\theta}{c} f_c$
    ② [숫자 대입] $f_d = \frac{20 \times \cos\theta}{3 \times 10^8} \times 3 \times 10^9 = 200 \cos\theta$
    ③ [최종 결과] $X: 200 \times 0.866 = 173\text{Hz}, Y: 200 \times 0.5 = 100\text{Hz}, Z: 200 \times 0 = 0\text{Hz}$
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13. 지구 표면으로부터 정지궤도(GEO) 위성의 고도[km]는?

  1. 약 6,000
  2. 약 12,000
  3. 약 24,000
  4. 약 36,000
(정답률: 100%)
  • 정지궤도(GEO) 위성은 지구의 자전 주기와 동일한 주기로 공전하여 지표면에서 보았을 때 항상 같은 위치에 정지해 있는 것처럼 보이는 궤도입니다. 이 궤도의 고도는 지구 표면으로부터 약 $36,000\text{km}$ 지점에 위치합니다.
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14. FM 방식에서 사용되는 프리엠퍼시스(Preemphasis) 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 신호의 높은 주파수 성분을 강조한다.
  2. 송신단에서 사용된다.
  3. 일종의 고역통과필터(HPF)이다.
  4. 적분기 형태의 회로이다.
(정답률: 85%)
  • 프리엠퍼시스(Preemphasis)는 FM 송신단에서 고주파 성분의 신호 대 잡음비(SNR)를 개선하기 위해 높은 주파수 성분을 미리 강조하는 회로입니다.
    이 회로는 고역통과필터(HPF)의 특성을 가지며, 미분기 형태의 회로를 사용하여 고주파를 증폭시킵니다.

    오답 노트
    적분기 형태의 회로이다: 이는 수신단에서 강조된 고주파를 다시 원래대로 되돌리는 디엠퍼시스(Deemphasis) 회로에 대한 설명입니다.
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15. PAM, PWM, PPM 변조방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 디지털 변조방식에 속한다.
  2. PAM은 시분할 다중화 전송이 가능하다.
  3. PWM은 모터를 제어하는 데 사용된다.
  4. PPM은 펄스의 폭과 진폭이 일정하다.
(정답률: 59%)
  • PAM, PWM, PPM은 아날로그 신호를 펄스 형태로 변환하는 펄스 변조(Pulse Modulation) 방식으로, 기본적으로 아날로그 변조 방식에 속합니다.

    오답 노트
    PAM: 표본화된 진폭을 이용하므로 TDM 가능
    PWM: 펄스 폭 제어를 통해 모터 속도 및 전력 제어에 활용
    PPM: 펄스의 위치만 변하며 진폭과 폭은 일정함
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16. 자유공간에서 송ㆍ수신 안테나 사이에 형성되는 무선 채널의 경로손실에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 송신신호의 주파수가 2배로 증가하면 경로손실은 8배로 증가한다.
  2. 송ㆍ수신단 사이의 거리가 3배로 증가하면 경로손실은 9배로 증가한다.
  3. 송ㆍ수신단 사이의 거리가 4배로 증가하고 송신신호 파장이 2배로 증가하면 경로손실은 4로 증가한다.
  4. 송ㆍ수신단 사이의 거리가 2배로 증가하고 송신신호 주파수가 2배로 증가하면 경로손실은 16배로 증가한다.
(정답률: 75%)
  • 자유공간 경로손실($PL$)은 거리의 제곱에 비례하고 파장의 제곱에 반비례(즉, 주파수의 제곱에 비례)합니다.
    ① [기본 공식] $PL = (\frac{4\pi df}{c})^{2}$
    주파수가 2배 증가하면 경로손실은 $2^{2} = 4$배 증가해야 하므로, 8배로 증가한다는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    거리가 3배 증가 $\rightarrow 3^{2} = 9$배 증가 (옳음)
    거리 4배 증가, 파장 2배 증가 $\rightarrow (4/2)^{2} = 4$배 증가 (옳음)
    거리 2배 증가, 주파수 2배 증가 $\rightarrow (2 \times 2)^{2} = 16$배 증가 (옳음)
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17. 정보신호 를 주파수 fc의 반송파를 사용하여 sc(t) = [1+m(t)]cos(2πfct) 와 같이 진폭 변조하였을 때, 다음 설명 중 옳지 않은 것은? (단, m(t), 반송파, sc(t)의 단위는 [V]이다)

  1. 변조지수는 1/2 이다.
  2. sc(t)에서 양의 주파수 성분은 fc-fm과 fc+fm의 두 가지이다.
  3. sc(t)에서 전력의 반 이상은 반송파 성분의 전력이다.
  4. 포락선 검파기를 사용하여 복조할 수 있다.
(정답률: 71%)
  • 진폭 변조 신호 $s_{c}(t) = [1+m(t)]\cos(2\pi f_{c}t)$에서 $m(t) = \frac{1}{2}\cos(2\pi f_{m}t)$를 대입하면, 반송파 성분($f_{c}$) 외에 상측파대($f_{c}+f_{m}$)와 하측파대($f_{c}-f_{m}$)가 생성됩니다. 따라서 양의 주파수 성분은 $f_{c}$, $f_{c}-f_{m}$, $f_{c}+f_{m}$의 세 가지가 존재합니다.
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18. 자유공간에서 진행하는 신호 s(t) = cos(2π×105t+10)가 한 주기 동안 진행하는 거리[km]는? (단, 전파의 속도는 3×108[m/s]이다)

  1. 1.5
  2. 3
  3. 4.5
  4. 6
(정답률: 73%)
  • 신호가 한 주기 동안 진행하는 거리는 전파의 파장($\lambda$)과 같습니다. 파장은 전파 속도를 주파수로 나누어 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\lambda = \frac{v}{f}$
    ② [숫자 대입] $\lambda = \frac{3 \times 10^{8}}{10^{5}}$
    ③ [최종 결과] $\lambda = 3000\text{ m} = 3\text{ km}$
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19. FM 방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 리미터의 사용으로 진폭 변화와 같은 페이딩의 영향을 억제할 수 있다.
  2. 전송대역폭이 넓을수록 잡음에 대한 특성이 우수해진다.
  3. 변조지수는 정보신호의 진폭과 무관하다.
  4. AM 방식보다 높은 주파수 대역을 사용한다.
(정답률: 87%)
  • FM(주파수 변조)에서 변조지수는 정보신호의 최대 주파수 편차에 비례하며, 이 편차는 정보신호의 진폭에 직접적으로 비례하여 결정됩니다.

    오답 노트
    리미터 사용: 진폭 성분을 제거하여 잡음 억제 가능
    전송대역폭: 넓을수록 SNR(신호 대 잡음비) 향상
    주파수 대역: AM보다 일반적으로 높은 VHF/UHF 대역 사용
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20. 10[GHz] 레이더 신호를 송신하여 10[km] 거리에 있는 목표물에서 반사되어온 신호의 전력이 1[nW]이다. 이와 동일한 조건에서 레이더 신호의 주파수를 5[GHz]로 변경하여 송신한 경우, 5[km] 거리에 있는 목표물에서 반사되어온 신호의 전력[nW]은?

  1. 4
  2. 16
  3. 32
  4. 64
(정답률: 34%)
  • 레이더 반사 전력은 거리의 제곱, 주파수의 제곱, 그리고 레이더 단면적(주파수의 제곱에 비례)에 반비례하는 특성을 가집니다. 즉, 수신 전력은 거리의 4제곱과 주파수의 4제곱에 반비례합니다.
    ① [기본 공식] $P_{r} \propto \frac{1}{d^{4} f^{4}}$
    ② [숫자 대입] $P_{new} = 1 \times (\frac{10}{5})^{4} \times (\frac{10}{5})^{4} = 1 \times 2^{4} \times 2^{4} = 1 \times 16 \times 16$
    ③ [최종 결과] $P_{new} = 256$
    ※ 참고: 기존 해설의 논리($$d, f$$ 각각 $1/2$배 시 $2^{3}$의 제곱)를 따르면 $8^{2} = 64$가 도출됩니다.
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