9급 국가직 공무원 무선공학개론 필기 기출문제복원 (2019-04-06)

9급 국가직 공무원 무선공학개론 2019-04-06 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 무선공학개론
(2019-04-06 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 마이크로웨이브(microwave) 통신의 특징으로 옳은 것은?

  1. 전파가 전리층의 영향을 받아 감쇠와 왜곡이 심하다.
  2. 사용 주파수 범위가 넓어 광대역 전송이 가능하다.
  3. 1[GHz]~10[GHz]의 주파수 영역에서는 전자기 잡음레벨이 상대적으로 매우 높다.
  4. 동작주파수가 높아 고이득, 고지향성 안테나의 구현이 불가능하다.
(정답률: 85%)
  • 마이크로웨이브 통신은 매우 높은 주파수 대역을 사용하므로 가용 대역폭이 매우 넓어 대용량의 광대역 전송이 가능하다는 특징이 있습니다.

    오답 노트

    전리층을 투과하므로 전리층의 영향이 거의 없음
    해당 영역의 전자기 잡음 레벨은 상대적으로 낮음
    동작 주파수가 높을수록 안테나 크기를 줄이면서 고이득, 고지향성 구현이 가능함
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2. 송신안테나의 출력전력이 10[W]이고 안테나이득이 20[dB]인 경우 실효등방성방사전력(EIRP)[W]는?

  1. 10
  2. 100
  3. 1,000
  4. 10,000
(정답률: 80%)
  • 실효등방성방사전력(EIRP)은 송신 전력에 안테나 이득을 곱하여 계산합니다. 이때 dB 단위의 이득은 수치 배수로 변환하여 계산해야 합니다.
    ① [기본 공식] $ \text{EIRP} = P \times 10^{\frac{G}{10}} $
    ② [숫자 대입] $ \text{EIRP} = 10 \times 10^{\frac{20}{10}} $
    ③ [최종 결과] $ \text{EIRP} = 10 \times 100 = 1,000 \text{ W} $
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3. 전파의 성질에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전파는 횡파이며 평면파이다.
  2. 균일 매질에서 전파하는 전파는 직진한다.
  3. 주파수가 높을수록 회절작용이 심하다.
  4. 서로 다른 매질의 경계면에서 굴절과 반사되는 성질이 있다.
(정답률: 80%)
  • 전파의 회절은 장애물을 돌아나가는 성질로, 파장이 길수록(주파수가 낮을수록) 더 잘 일어납니다. 따라서 주파수가 높을수록 회절작용이 심하다는 설명은 틀린 것입니다.
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4. 신호 s(t) = 10cos(4×109πt)를 반파장 다이폴 안테나로 수신할 경우, 안테나의 길이[cm]는? (단, 전파의 속도는 3×108[m/s]이다.)

  1. 5
  2. 7.5
  3. 10
  4. 12.5
(정답률: 83%)
  • 반파장 다이폴 안테나의 길이는 전파 파장의 절반($$ \frac{\lambda}{2} $$)으로 결정됩니다. 먼저 신호 식에서 각주파수 $ \omega = 4 \times 10^{9} \pi $를 통해 주파수 $ f $를 구하고, 이를 이용해 파장 $ \lambda $와 안테나 길이 $ L $을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $ L = \frac{v}{2f} $
    ② [숫자 대입] $ L = \frac{3 \times 10^{8}}{2 \times (2 \times 10^{9})} $
    ③ [최종 결과] $ L = 0.075 \text{ m} = 7.5 \text{ cm} $
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5. 다음 그림은 반송파주파수 950[kHz]로 진폭변조된 신호를 중간주파수 455[kHz]로 변환하는 슈퍼헤테로다인(superheterodyne) 수신기이다. 하측 튜닝(low-side tuning)을 사용하는 국부발진기의 주파수[kHz]는?

  1. 40
  2. 495
  3. 1405
  4. 1860
(정답률: 61%)
  • 슈퍼헤테로다인 수신기에서 하측 튜닝(low-side tuning)은 국부발진기 주파수를 반송파 주파수보다 낮게 설정하여 중간주파수를 생성하는 방식입니다.
    ① [기본 공식] $f_{lo} = f_{rf} - f_{if}$
    ② [숫자 대입] $f_{lo} = 950 - 455$
    ③ [최종 결과] $f_{lo} = 495$
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6. 정지궤도 위성과 극궤도 위성에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 극궤도 위성의 공전주기는 지구의 자전주기와 같다.
  2. 극궤도 위성은 적도 상공에 궤도를 유지하면서 지구 주위를 회전한다.
  3. 정지궤도 위성은 남극과 북극을 통과하는 궤도를 따라 지구 주위를 공전한다.
  4. 정지궤도 위성의 고도는 극궤도 위성의 고도에 비해 높다.
(정답률: 69%)
  • 정지궤도 위성은 약 $36,000\text{km}$의 매우 높은 고도에서 지구 자전 속도와 동일하게 회전하여 지상에서 보았을 때 정지해 있는 것처럼 보이며, 극궤도 위성은 낮은 고도에서 남북극을 통과하며 회전합니다.

    오답 노트

    극궤도 위성의 공전주기는 지구의 자전주기와 같다: 정지궤도 위성의 특징임
    극궤도 위성은 적도 상공에 궤도를 유지한다: 정지궤도 위성의 특징임
    정지궤도 위성은 남극과 북극을 통과한다: 극궤도 위성의 특징임
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7. PCM(Pulse Code Modulation) 방식에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 왜곡을 발생시키지 않는 최소 표본화 주파수를 나이키스트 주파수라고 한다.
  2. 양자화 이후에 표본화를 진행한다.
  3. 적은 비트 수로 입력신호의 넓은 범위를 양자화하기 위해서는 균일 양자화가 적합하다.
  4. 양자화 비트 수가 증가할수록 양자화 잡음은 증가한다.
(정답률: 77%)
  • PCM 방식에서 신호의 왜곡(에일리어싱) 없이 원래 신호를 복원하기 위한 최소한의 표본화 주파수를 나이키스트 주파수라고 합니다.

    오답 노트

    양자화 이후에 표본화를 진행한다: 표본화 후 양자화를 진행함
    균일 양자화가 적합하다: 넓은 범위의 신호에는 비균일 양자화가 적합함
    양자화 잡음은 증가한다: 비트 수가 증가하면 양자화 계단 크기가 줄어들어 잡음은 감소함
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8. 지구국과 위성 사이의 거리가 22,500[km] 떨어져 있을 때, 지구국에서 전파를 발사하여 지구국으로 되돌아올 때까지 걸리는 시간[ms]은? (단, 위성에서의 지연시간은 무시하고, 전파의 속도는 3×108[m/s]이다)

  1. 100
  2. 150
  3. 200
  4. 250
(정답률: 83%)
  • 전파가 지구국에서 위성을 거쳐 다시 돌아오는 왕복 거리와 전파 속도를 이용하여 소요 시간을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{2d}{v}$
    ② [숫자 대입] $t = \frac{2 \times 22,500 \times 10^3}{3 \times 10^8}$
    ③ [최종 결과] $t = 0.15$ (단위 변환 시 $150\text{ms}$)
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9. 다음 그림에서 입력전력(Pin)이 1[W]일 때, 전력이득(Pout/Pin)과 출력전력(Pout)[dBm]은? (단, log102 = 0.3 이다.)

  1. 0.05, -13
  2. 0.05, 17
  3. 0.1, -13
  4. 0.1, 17
(정답률: 49%)
  • 전체 시스템의 총 이득을 구한 뒤, 입력전력을 적용하여 출력전력과 전력이득을 계산합니다.
    총 이득 $G = 25 + 12 - 70 + 20 = -13 \text{ dB}$
    ① [전력이득] $G = 10^{\frac{-13}{10}} \approx 0.05$
    ② [출력전력] $P_{out} = P_{in} \text{ (dBm)} + G = 30 \text{ dBm} - 13 \text{ dB} = 17 \text{ dBm}$ (단, $1 \text{ W} = 30 \text{ dBm}$)
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10. 진폭변조(AM)된 신호 Ac[1+am(t)]cos(2πfct)의 포락선검파가 왜곡 없이 가능한 경우는? (단, Ac는 반송파 진폭, fc는 반송파 주파수, m(t)는 메시지 신호, fm은 메시지 신호의 주파수이다)

  1. a= 0.1, m(t) = 12cos(2πfmt)
  2. a= 0.2, m(t) = 8cos(2πfmt)
  3. a= 0.3, m(t) = 4cos(2πfmt)
  4. a= 0.4, m(t) = cos(2πfmt)
(정답률: 63%)
  • 포락선 검파가 왜곡 없이 이루어지기 위해서는 과변조가 발생하지 않아야 하며, 변조 지수 $m$이 $0 \le m \le 1$ 범위를 만족해야 합니다. 변조 지수는 $m = a \times \max|m(t)|$로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $m = a \times \max|m(t)| \le 1$
    ② [숫자 대입] $0.4 \times 1 = 0.4$
    ③ [최종 결과] $0.4 \le 1$
    다른 보기들의 경우 $0.1 \times 12 = 1.2$, $0.2 \times 8 = 1.6$, $0.3 \times 4 = 1.2$로 모두 $1$을 초과하여 과변조가 발생하므로 왜곡이 생깁니다.
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11. 다음 중 비선형 변조방식은?

  1. SSB(Single Sideband)
  2. VSB(Vestigial Sideband)
  3. PM(Phase Modulation)
  4. AM(Amplitude Modulation)
(정답률: 71%)
  • 변조 방식은 신호의 선형적 결합 여부에 따라 나뉩니다. AM, SSB, VSB는 반송파의 진폭을 조절하는 선형 변조 방식인 반면, PM(위상변조)과 FM(주파수변조)은 각변조(Angle Modulation)에 해당하며 비선형 변조 방식에 속합니다.
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12. 주파수변조(FM)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 변조된 신호의 전력은 변조되기 전 반송파의 전력보다 크다.
  2. 변조된 신호의 진폭이 시간에 따라 변화한다.
  3. 변조지수가 작을수록 S/N비를 개선할 수 있다.
  4. 프리엠퍼시스와 디엠퍼시스 기술을 이용하여 성능을 개선할 수 있다.
(정답률: 75%)
  • FM은 신호의 진폭은 일정하게 유지하면서 정보에 따라 주파수를 변화시키는 방식이며, 고주파 성분의 잡음을 줄이기 위해 송신측의 프리엠퍼시스와 수신측의 디엠퍼시스 회로를 사용하여 S/N비를 개선합니다.

    오답 노트

    변조된 신호의 전력은 변조 전 반송파 전력과 동일함
    변조된 신호의 진폭이 아니라 주파수가 시간에 따라 변화함
    변조지수가 클수록 S/N비가 개선됨
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13. 이상적인 두 개의 등방성(isotropic) 안테나 사이의 거리를 d(m), 전파의 파장을 λ0 (m)라고 할 때, 자유공간경로손실은?

(정답률: 78%)
  • 자유공간경로손실(FSPL)은 전파가 자유 공간을 통해 전파될 때 거리의 제곱과 주파수의 제곱에 비례하여 손실이 발생하는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\text{FSPL} = ( \frac{4\pi d}{\lambda_0} )^2$
    ② [숫자 대입] (공식 그대로 적용)
    ③ [최종 결과] $( \frac{4\pi d}{\lambda_0} )^2$
    따라서 정답은 입니다.
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14. 마이크로웨이브 전송시스템에서 송신출력이 30[dBm], 송수신 안테나이득이 각각 20[dB], 자유공간경로손실이 130[dB], 수신기의 최소수신감도가 -75[dBm]일 때, 링크마진(link margin)[dB]는? (단, 잡음은 무시한다)

  1. 5
  2. 10
  3. 15
  4. 20
(정답률: 73%)
  • 링크마진은 수신단에 도달한 전력 레벨에서 수신기의 최소 수신 감도를 뺀 여유 값입니다.
    ① [기본 공식] $\text{Margin} = P_{tx} + G_{tx} + G_{rx} - L_{p} - P_{min}$
    ② [숫자 대입] $\text{Margin} = 30 + 20 + 20 - 130 - (-75)$
    ③ [최종 결과] $\text{Margin} = 15$
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15. 다음 그림과 같이 A단과 B단이 연결되어 있을 경우, 전송선 ab지점에서 A단과 B단 사이에 최대 전력이 전달되는 조건은? (단, Za는 ab지점에서 바라본 A단의 출력임피던스, Zb는 ab지점에서 바라본 B단의 입력임피던스, j = √-1 이다)

  1. Zb = 50 + j50
  2. Zb = 50 - j50
  3. Zb = j50
  4. Zb = -j50
(정답률: 84%)
  • 최대 전력 전달 조건은 부하 임피던스가 전원 임피던스의 켤레 복소수(Complex Conjugate)가 될 때 성립합니다.
    ① [기본 공식] $Z_{b} = Z_{a}^{*}$
    ② [숫자 대입] $Z_{b} = (50 + j50)^{*}$
    ③ [최종 결과] $Z_{b} = 50 - j50$
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16. 반송파 전송 양측파대(DSB-TC) 변조방식에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 변조된 신호의 진폭이 변하지 않는다.
  2. 힐버트(Hilbert) 변환이 반드시 사용된다.
  3. 메시지신호의 대역폭이 B[Hz]이면 변조된 신호의 대역폭은 2B[Hz]이다.
  4. 왜곡 없이 비동기식 복조를 하려면 변조 지수는 1보다 커야 한다.
(정답률: 81%)
  • DSB-TC(반송파 전송 양측파대) 변조는 메시지 신호의 양옆으로 두 개의 측파대가 생성되므로, 전체 대역폭은 메시지 신호 대역폭 $B$의 2배인 $2B$가 됩니다.

    오답 노트

    진폭: 피변조파의 진폭이 변함
    힐버트 변환: SSB 변조에서 사용됨
    비동기식 복조: 변조 지수가 1보다 작거나 같아야 왜곡이 없음
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17. 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 전송방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)이 높아 송신기의 전력효율이 낮아진다.
  2. 인접심벌 간 간섭을 제거하기 위해 보호구간(guard interval)을 추가한다.
  3. 전송할 직렬 스트림 형태의 입력데이터를 병렬데이터 스트림으로 나누어 각각에 부반송파를 할당한다.
  4. 직교성이 유지되기 위해 각 부반송파의 주파수 스펙트럼이 중첩되지 않아야 한다.
(정답률: 64%)
  • OFDM 방식은 부반송파들이 서로 직교(Orthogonal) 관계에 있기 때문에, 주파수 스펙트럼이 서로 중첩되어도 간섭 없이 신호를 분리하여 복원할 수 있는 것이 핵심 특징입니다.
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18. 레이더의 성능에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 빔의 폭이 좁을수록 방위분해능이 좋아진다.
  2. 최대 탐지거리를 2배로 하려면 송신전력을 4배로 해야 한다.
  3. 유효반사면적이 작을수록 탐지거리가 증가한다.
  4. 펄스폭이 넓을수록 거리분해능이 좋아진다.
(정답률: 63%)
  • 레이더의 방위분해능은 빔 폭이 좁을수록 인접한 두 표적을 더 명확하게 구분할 수 있어 성능이 향상됩니다.

    오답 노트

    최대 탐지거리 2배: 송신전력을 16배로 증가시켜야 함
    유효반사면적: 작을수록 탐지거리가 감소함
    거리분해능: 펄스폭이 좁을수록 좋아짐
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19. 무선통신 시스템의 다이버시티(diversity) 기법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. CDMA 시스템의 경우 RAKE 수신기를 활용하여 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.
  2. 다수의 수신안테나들을 파장의 1/2 크기 미만으로 가깝게 위치시키면 공간다이버시티를 얻기 용이하다.
  3. 동일 신호를 서로 다른 시점에서 송신하고, 이를 결합하여 시간다이버시티를 얻을 수 있다.
  4. 동일 신호를 서로 다른 주파수 대역에서 송신하고, 이를 결합하여 주파수다이버시티를 얻을 수 있다.
(정답률: 71%)
  • 공간 다이버시티는 서로 다른 경로의 페이딩 특성을 이용하는 것이므로, 안테나 간의 상관관계를 줄이기 위해 안테나를 충분히(보통 파장의 1/2 이상, 권장 2파장 이상) 떨어뜨려 배치해야 합니다.

    오답 노트

    파장의 1/2 미만 배치: 안테나 간 상관관계가 높아져 다이버시티 이득 저하
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20. 다중입출력안테나(MIMO) 통신시스템에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 여러 개의 안테나를 사용해 데이터를 여러 경로로 전송한다.
  2. 공간 다중화 기법에서 복호 가능한 공간 스트림의 최대 개수는 송신기와 수신기 안테나 개수 중 큰 수이다.
  3. 다이버시티 기법에서 페이딩의 영향을 증가시킨다.
  4. 빔형성 기법에서 수신신호의 전력이 최소가 되도록 전송한다.
(정답률: 73%)
  • MIMO 시스템은 송수신단에 여러 개의 안테나를 배치하여 데이터를 여러 경로로 동시에 전송함으로써 전송 속도를 높이거나 신뢰성을 향상시키는 기술입니다.

    오답 노트

    공간 스트림 최대 개수: 송수신 안테나 개수 중 작은 수 기준
    다이버시티 기법: 페이딩 영향 감소
    빔형성 기법: 수신신호 전력이 최대가 되도록 전송
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