9급 국가직 공무원 무선공학개론 필기 기출문제복원 (2020-07-11)

9급 국가직 공무원 무선공학개론
(2020-07-11 기출문제)

목록

1. FM에서 기저대역 신호의 대역폭이 100[kHz]이고 최대 주파수편이(frequency deviation)가 75[kHz]일 때, 카슨(Carson) 법칙에 의한 대역폭[kHz]은?

  1. 250
  2. 300
  3. 350
  4. 400
(정답률: 75%)
  • 카슨(Carson) 법칙에 따르면 FM 신호의 대역폭은 최대 주파수편의 2배보다 크거나 같아야 합니다. 따라서 대역폭은 2 x 75[kHz] = 150[kHz] 이상이어야 합니다. 그러나 기저대역 신호의 대역폭이 100[kHz] 이므로, 이를 초과하지 않도록 최대 주파수편을 조절해야 합니다. 따라서 대역폭은 100[kHz] + 2 x 75[kHz] = 250[kHz] 이상이어야 합니다. 따라서 정답은 "350"이 됩니다.
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2. 저궤도 위성을 정지궤도 위성과 비교한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 핸드오버 복잡도가 정지궤도 위성에 비해 높다.
  2. 신호 송수신 지연 시간이 정지궤도 위성에 비해 짧다.
  3. 예상 수명이 정지궤도 위성에 비해 길다.
  4. 서비스를 위한 위성의 수가 정지궤도 위성에 비해 많다.
(정답률: 54%)
  • "핸드오버 복잡도가 정지궤도 위성에 비해 높다."가 옳지 않은 설명입니다. 저궤도 위성은 지구를 더 자주 지나가기 때문에 핸드오버(다른 위성과의 통신 전환)가 더 자주 발생하며, 이로 인해 핸드오버 복잡도가 높아집니다. 따라서, "핸드오버 복잡도가 정지궤도 위성에 비해 낮다."가 맞는 설명입니다.

    예상 수명이 정지궤도 위성에 비해 긴 이유는 저궤도 위성이 대기권과 마찰하면서 점진적으로 고도가 낮아지기 때문입니다. 이에 따라 저궤도 위성은 일정 기간 이후에는 대기권에 불타며 소멸하게 됩니다. 반면, 정지궤도 위성은 대기권과 마찰하지 않기 때문에 예상 수명이 더 길어집니다.
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3. 무선통신 시스템에서 송신전력이 100[W]이고 수신전력이 0.1[mW]이면, 채널에서의 경로손실[dB]은? (단, 시스템에 의한 손실은 무시한다)

  1. 40
  2. 60
  3. 80
  4. 100
(정답률: 77%)
  • 채널에서의 경로손실은 송신전력과 수신전력의 비율에 로그를 취한 값의 음수로 표현됩니다.

    경로손실[dB] = 10log(송신전력/수신전력)

    여기서 송신전력은 100[W], 수신전력은 0.1[mW]로 주어졌으므로,

    경로손실[dB] = 10log(100/0.0001) = 10log(1,000,000) = 10 x 6 = 60[dB]

    따라서 정답은 "60"입니다.
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4. 낮은 주파수의 기저대역 신호를 멀리 보내기 위해 반송파의 진폭이나 주파수 또는 위상에 신호를 실어 보내는 기법은?

  1. 포매팅
  2. 소스코딩
  3. 변조
  4. 채널코딩
(정답률: 87%)
  • 반송파의 진폭이나 주파수 또는 위상에 신호를 실어 보내는 것을 변조라고 합니다. 이는 낮은 주파수의 기저대역 신호를 멀리 보내기 위해 사용되며, 변조된 신호는 채널을 통해 전송됩니다. 따라서 정답은 "변조"입니다.
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5. 다음 그림에서 위성으로부터 가장 먼 지구국까지의 거리(d)는? (단, R는 지구의 반지름, h는 위성의 고도, β는 중앙각, θ는 지구국의 최소 앙각이며 0°＜θ＜90°이다)

(정답률: 34%)
  • 지구와 위성, 그리고 지구국을 이루는 삼각형에서, 위성과 지구국을 이은 직선이 지구의 중심과 만나는 지점을 O라고 하면, 이는 지구의 중심에서 위성까지의 거리인 R+h와 같다. 또한, O에서 지구국까지의 거리는 Rcosθ이다. 이때, 삼각형의 중앙각 β는 위성과 지구국을 이은 직선과 지구의 반지름이 이루는 각이므로, sin(β/2) = (R+h)/d이다. 이를 이용하여 d를 구하면, d = (R+h)/sin(β/2)이다. 따라서, 가장 먼 지구국까지의 거리는 ""이다.
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6. 위성통신에서 사용되는 주파수 대역에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 상향 링크와 하향 링크의 대역을 분리해 양방향 통신이 가능하다.
  2. 전리층에서 반사나 흡수가 문제되지 않는 대역을 사용한다.
  3. 정지궤도 위성에서는 도플러 천이 특성이 거의 나타나지 않는다.
  4. 일반적으로 지구국보다 위성이 높은 주파수로 신호를 송출한다.
(정답률: 47%)
  • 일반적으로 지구국보다 위성이 높은 주파수로 신호를 송출한다는 설명이 옳지 않습니다. 이는 오히려 반대로, 지구국에서 위성으로의 상향 링크에서는 낮은 주파수를 사용하고, 위성에서 지구국으로의 하향 링크에서는 높은 주파수를 사용하는 것이 일반적입니다. 이는 지구 대기권에서의 신호 감쇠와 도플러 효과를 최소화하기 위함입니다.

    따라서, 옳지 않은 설명은 "일반적으로 지구국보다 위성이 높은 주파수로 신호를 송출한다."입니다.
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7. 어떤 현악기가 낼 수 있는 소리의 최대 주파수가 5[kHz]이다. 이 악기로 3분 20초 동안 연주된 곡을 에일리어싱(aliasing)이 발생하지 않도록 표본화하고, 각 표본을 16비트로 변환하여 저장할 때 필요한 최소 데이터 용량[MByte]은?

  1. 3
  2. 4
  3. 5
  4. 6
(정답률: 61%)
  • 에일리어싱이 발생하지 않으려면 샘플링 주파수는 최소 10[kHz]가 되어야 한다. 따라서 1초당 저장해야 할 데이터 양은 10[kHz] × 16[bit] = 160[kb] 이다. 3분 20초는 총 200초이므로, 필요한 최소 데이터 용량은 200[초] × 160[kb/초] = 32000[kb] = 32[MByte] 이다. 따라서 정답은 "4"이다.
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8. 자유공간에서 전파되는 전자파에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전자파가 전파되는 도중 장애물을 만나 반사, 회절, 산란 등에 의해 분산되고, 이 분산된 신호들 중 두 개 이상이 서로 다른 경로를 통하여 수신기에 도달하는 현상을 다중경로 페이딩(multipath fading)이라 한다.
  2. 이동하는 송수신기의 상대적인 방향에 따라 수신 주파수가 변하는 현상을 도플러 효과라고 한다.
  3. 전계가 시간적으로 변화하면 그 주위에는 자계의 회전이 생긴다.
  4. 안테나에서 방사된 전파는 항상 지표면과 수평 방향으로 진행한다.
(정답률: 63%)
  • 안테나에서 방사된 전파는 항상 지표면과 수평 방향으로 진행하는 것은 옳지 않습니다. 전파는 안테나에서 방사된 후, 주변 환경에 따라 다양한 방향으로 전파될 수 있습니다. 예를 들어, 안테나에서 방사된 전파가 건물이나 산 등의 장애물을 만나면 반사, 회절, 산란 등에 의해 분산되어 다양한 방향으로 전파됩니다.
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9. 레이더에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 표적까지의 거리는 신호가 표적에 도달하고 귀환하는 데 걸린 시간으로 구할 수 있다.
  2. 표적의 방향은 귀환신호의 도착 각도로 구할 수 있다.
  3. 표적의 방향을 찾기 위하여 일반적으로 광대역 지향성 안테나를 사용한다.
  4. 표적의 속도는 귀환신호에 발생된 도플러 천이로 구할 수 있다.
(정답률: 50%)
  • "표적의 방향을 찾기 위하여 일반적으로 광대역 지향성 안테나를 사용한다."가 옳지 않은 설명입니다. 레이더에서는 광대역 지향성 안테나뿐만 아니라 다양한 안테나를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 파형의 주파수와 안테나의 크기에 따라 다양한 안테나를 사용할 수 있습니다.
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10. 반송파 전송 양측파대(DSB-TC) 변조방식에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 80%)
  • - 반송파 전송 양측파대(DSB-TC) 변조방식은 원래 신호를 대역 이동시켜서 전송하는 방식이다.
    - 이 방식에서는 원래 신호의 대역폭이 넓어서 전송에 필요한 대역폭이 크다는 단점이 있다.
    - 이를 해결하기 위해 원래 신호를 대역폭이 좁은 대역으로 필터링한 후, 이를 양측파대 변조하는 방식이 DSB-TC 방식이다.
    - 이 방식에서는 원래 신호의 대역폭이 좁아져서 전송에 필요한 대역폭이 작아진다는 장점이 있다.
    - 그러나 반송파가 필요하므로 전송 대역폭은 여전히 원래 신호의 대역폭과 같다.
    - 따라서, 이 방식에서는 원래 신호의 대역폭을 줄이면서도 반송파를 이용한 변조를 할 수 있어서 대역 이용 효율이 높다는 장점이 있다.
    - 이 방식에서는 양측파대 변조를 하기 때문에, 수신측에서는 반송파를 복원해야 한다.
    - 이를 위해 수신측에서는 반송파를 생성하고, 이를 원래 신호와 함께 더해서 복원하는 방식을 사용한다.
    - 따라서, DSB-TC 방식은 양측파대 변조 방식이며, 반송파를 이용한 변조를 하기 때문에 정답은 "ㄱ, ㄷ" 이다.
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11. 10[ms] 동안 16-PSK 심벌 10개가 전송될 때, 보오율[baud]과 비트율[bps]은?(순서대로 보오율, 비트율)

  1. 1,000, 2,000
  2. 1,000, 4,000
  3. 2,000, 4,000
  4. 2,000, 8,000
(정답률: 67%)
  • 16-PSK는 4비트를 한 심벌로 표현할 수 있으므로, 10개의 심벌은 40비트를 전송한 것과 같습니다. 이를 전송하는 데 걸린 시간은 10[ms]이므로, 보오율은 10[baud]가 됩니다. 비트율은 보오율에 한 심벌당 비트 수를 곱한 값이므로, 10[baud] × 4[bits/symbol] = 40[bits/s]가 됩니다. 따라서 정답은 "1,000, 4,000"입니다.
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12. 위성으로부터 지구국으로 전파된 신호의 수신전력에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 수신 안테나의 이득에 비례한다.
  2. 송신 안테나의 이득에 비례한다.
  3. 송수신기 간 거리의 제곱에 비례한다.
  4. 신호 파장의 제곱에 비례한다.
(정답률: 49%)
  • "신호 파장의 제곱에 비례한다."는 옳지 않은 설명입니다.

    송수신기 간 거리의 제곱에 비례하는 이유는 전파가 직진하지 않고 공간에서 퍼져나가기 때문입니다. 전파는 거리가 멀어질수록 에너지가 분산되어 전파강도가 약해지기 때문에 거리의 제곱에 비례합니다. 이에 따라 수신 안테나의 이득과 송신 안테나의 이득도 수신전력에 영향을 미치지만, 거리의 제곱이 가장 큰 영향을 미치는 요소입니다.
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13. 신호 의 순시 주파수[Hz]는?

  1. 100
  2. 200
  3. 100π
  4. 200π
(정답률: 78%)
  • 주파수는 초당 진동수를 나타내는 값입니다. 이 신호는 1초에 2π라디안 만큼 진동하므로, 주파수는 초당 2π회 진동하는 것과 같습니다. 이를 Hz로 변환하면, 주파수는 2π Hz가 됩니다. 따라서, 주파수는 약 6.28 Hz이며, 가장 가까운 값은 100입니다.
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14. 코사인 함수로 표현되는 메시지 신호의 진폭이 4[V]이고 반송파의 진폭이 2[V]일 때, 상측 단측파대(SSB) 변조된 신호 진폭의 최댓값[V]은?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 36%)
  • SSB 변조는 캐리어와 하나의 측면 대역만을 전송하는 방식입니다. 따라서, 캐리어 진폭과 하나의 측면 대역 진폭을 더하면 최대 진폭이 됩니다. 여기서는 상측 단측파대 변조를 사용하므로, 캐리어 진폭은 0이 되고, 하나의 측면 대역 진폭은 메시지 신호의 진폭인 4[V]이 됩니다. 따라서, 최대 진폭은 4[V]가 됩니다. 따라서, 정답은 "4"입니다.
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15. 차량의 속도를 측정하기 위해 10[GHz]에서 동작하는 레이더가 있다. 차량이 108[km/h]의 속도로 레이더에 일직선 방향으로 접근하고 있을 때, 레이더에서 측정된 도플러 천이[Hz]는? (단, 레이더 전파의 속도는 3×108[m/s]이다)

  1. 100
  2. 200
  3. 1,000
  4. 2,000
(정답률: 22%)
  • 도플러 천이는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    도플러 천이 = (2 × 속도 × 레이더 파장) / (물체와 레이더 사이의 거리 × 전파의 속도)

    여기서 속도는 물체의 속도와 레이더와 물체의 상대속도를 합한 값이다.

    따라서, 물체의 속도가 108[km/h]이므로, 이를 미터/초 단위로 변환하면 30[m/s]이 된다. 레이더 파장은 전파의 속도를 파장으로 나눈 값이므로, 3 × 10^8[m/s] / 10 × 10^9[Hz] = 0.03[m]이 된다. 물체와 레이더 사이의 거리는 시간과 속도의 곱으로 계산할 수 있는데, 이 경우 1시간에 108[km]를 이동하므로, 거리는 30[m/s] × 1시간 = 10,800[m]이 된다.

    따라서, 도플러 천이는 (2 × 30[m/s] × 0.03[m]) / (10,800[m] × 3 × 10^8[m/s]) = 0.00185[Hz]가 된다. 이 값을 1,000으로 곱하면 1.85[Hz]가 되므로, 가장 가까운 정답은 "2,000"이 된다.
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16. 다음 정현파 s1(t)와 구형파 s2(t)가 혼합기에서 서로 곱해진 후 출력될 때, 출력 신호의 스펙트럼은? (단, T≪τ 이다)

(정답률: 45%)
  • 정현파와 구형파는 주파수 영역에서 다른 주파수 대역을 가지므로, 혼합기에서 곱해진 후 출력 신호는 두 신호의 주파수 대역이 겹쳐져 나타납니다. 이 때, 출력 신호의 주파수 대역은 정현파와 구형파의 주파수 대역을 합친 것이므로, 스펙트럼은 ""와 같습니다.
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17. 지구 주위를 선회하는 인공위성에 적용된 케플러 법칙(Kepler's laws)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 위성의 궤도는 타원이며, 이때 지구는 한 초점에 위치한다.
  2. 위성과 지구 사이의 거리에 따라 위성의 속도는 달라진다.
  3. 위성의 궤도주기의 제곱은 타원 반장축의 세제곱에 반비례한다.
  4. 지구 중심과 위성을 잇는 가상적인 선은 같은 시간동안 같은 면적을 휩쓸고 지나간다.
(정답률: 60%)
  • "위성의 궤도주기의 제곱은 타원 반장축의 세제곱에 반비례한다." 설명이 옳지 않습니다.

    이유는 케플러 법칙에 따르면, 위성의 궤도주기의 제곱은 타원 장축의 세제곱에 반비례합니다. 타원 반장축과는 관련이 없습니다.

    위성이 지구 주위를 돌 때, 지구 중심을 중심으로 타원 궤도를 그리며 이동합니다. 이때, 지구와 위성 사이의 거리가 가장 가까울 때와 멀리 떨어져 있을 때 위성의 속도는 다릅니다. 이것이 케플러의 두 번째 법칙입니다.

    또한, 지구 중심과 위성을 잇는 가상적인 선이 같은 시간동안 같은 면적을 휩쓸고 지나가는 것은 케플러의 세 번째 법칙입니다. 이것은 위성의 궤도가 타원이기 때문에 발생하는 현상입니다.
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18. 5G 이동통신시스템에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 모바일 환경에서 LTE보다 높은 데이터 전송률을 제공하여 UHD급 콘텐츠와 AR/VR 등의 실감 미디어서비스가 가능하다.
  2. 여러 서비스들이 요구하는 상이한 요구사항을 충족하기 위해 각 서비스별로 별도의 네트워크를 물리적으로 구축하여 서비스를 제공한다.
  3. 대량의 디바이스가 연결되는 초연결성 제공으로 IoT 인프라 구축이 가능하다.
  4. 초저지연 및 초신뢰성 제공으로 자율주행자동차 등의 서비스가 가능하다.
(정답률: 69%)
  • "여러 서비스들이 요구하는 상이한 요구사항을 충족하기 위해 각 서비스별로 별도의 네트워크를 물리적으로 구축하여 서비스를 제공한다."는 옳은 설명입니다. 5G는 다양한 서비스를 제공하기 위해 네트워크 슬라이싱 기술을 사용하여 각 서비스에 맞는 최적의 네트워크 환경을 제공합니다. 이를 위해 각 서비스별로 별도의 물리적인 네트워크를 구축합니다.
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19. 안테나에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 반전력빔폭(HPBW)은 전력이 주빔의 최댓값에 비해 절반이 되는 두 지점 사이의 각이다.
  2. 무손실 등방성 안테나를 상대이득의 기준 안테나로 사용한다.
  3. 안테나 이득은 최대 지향성과 방사효율의 곱이다.
  4. 실효등방성방사전력(EIRP)은 송신 안테나의 절대이득과 송신전력의 곱이다.
(정답률: 38%)
  • 무손실 등방성 안테나를 상대이득의 기준 안테나로 사용하는 것은 옳은 설명입니다.
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20. 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)이 발생하는 조건은?

  1. 지연 확산(delay spread) ＞ 심벌지속시간
  2. 지연 확산(delay spread) ＜ 심벌지속시간
  3. 최대 도플러 주파수 ＞ 심벌률
  4. 최대 도플러 주파수 ＜ 심벌률
(정답률: 70%)
  • 주파수 선택적 페이딩은 주로 다중경로 환경에서 발생합니다. 이때, 신호가 다수의 경로를 통해 수신기에 도달하면서 각 경로마다 시간 지연이 발생합니다. 이러한 시간 지연의 차이가 클수록 지연 확산이 커지게 되고, 이는 주파수 선택적 페이딩을 유발합니다. 따라서, "지연 확산(delay spread) ＞ 심벌지속시간"인 경우에 주파수 선택적 페이딩이 발생합니다.
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