9급 국가직 공무원 무선공학개론 필기 기출문제복원 (2021-04-17)

9급 국가직 공무원 무선공학개론 2021-04-17 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 무선공학개론
(2021-04-17 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 전리층에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 장파(LF)는 전리층에 반사된다.
  2. 전리층은 높이에 따라 D, E, F층 등으로 구분된다.
  3. 전리층은 지상 10,000[km]에 위치한다.
  4. 초단파(VHF)는 전리층을 통과한다.
(정답률: 50%)
  • 전리층은 지상 약 $60\text{km}$에서 $1,000\text{km}$ 사이에 형성되는 층으로, 지상 $10,000\text{km}$에 위치한다는 설명은 사실과 다릅니다.
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2. 통신 시스템의 잡음에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 잡음지수(noise figure)는 부품이나 시스템에 의하여 잡음이 얼마나 증가되는가를 나타내는 지수로 클수록 좋은 값이다.
  2. 랜덤 잡음은 예측 가능하도록 결정된 신호가 아닌 무작위 신호이다.
  3. 가우시안 잡음은 진폭이 가우시안 확률밀도함수를 갖는다.
  4. 백색 가우시안 잡음은 모든 주파수 대역에서 균일한 전력밀도를 갖는다.
(정답률: 83%)
  • 잡음지수(Noise Figure)는 시스템을 통과하며 추가되는 잡음의 양을 나타내며, 잡음이 적을수록 성능이 좋으므로 값이 작을수록 우수한 시스템입니다.

    오답 노트
    랜덤 잡음: 무작위 신호
    가우시안 잡음: 가우시안 확률밀도함수 분포
    백색 가우시안 잡음: 전 주파수 대역에서 균일한 전력밀도
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3. 2.4[GHz] 대역의 주파수를 사용하지 않는 무선랜 표준은?

  1. IEEE 802.11a
  2. IEEE 802.11b
  3. IEEE 802.11g
  4. IEEE 802.11n
(정답률: 62%)
  • IEEE 802.11a 표준은 $5\text{ GHz}$ 대역의 주파수를 사용하여 통신하므로 $2.4\text{ GHz}$ 대역을 사용하지 않습니다.
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4. 진폭편이변조(ASK, amplitude shift keying) 방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전송하고자 하는 정보 데이터에 따라 신호의 세기를 변화시킨다.
  2. 수신기는 심볼 구간 동안 주파수의 변화를 찾기 때문에 전압 스파크의 영향을 받지 않는다.
  3. OOK(on-off keying)는 ASK의 일종으로 이진 데이터 중 하나를 0[V] 전압으로 표현한다.
  4. 수신기에서는 정합필터를 이용하는 동기식 복조와 포락선 검파를 이용하는 비동기식 복조가 모두 가능하다.
(정답률: 73%)
  • ASK 방식은 신호의 진폭(세기)을 변화시켜 데이터를 전송하므로, 전압 스파크와 같은 진폭 변화에 매우 취약하며 주파수 변화를 찾는 방식이 아닙니다.

    오답 노트
    OOK: ASK의 특수 형태로 0V 전압을 사용하여 표현함
    복조 방식: 동기식(정합필터) 및 비동기식(포락선 검파) 모두 가능
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5. 지그비(Zigbee)와 블루투스(Bluetooth)의 표준에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 지그비는 변조 방식으로 DSSS(direct sequence spread spectrum) 방식을 사용한다.
  2. 지그비는 다중접속 방식으로 CSMA-CA(carrier sense multiple access-collision avoidance) 방식을 사용한다.
  3. 블루투스는 변조 방식으로 FHSS(frequency hopping spread spectrum) 방식을 사용한다.
  4. 블루투스는 다중접속 방식으로 CDMA(code division multiple access) 방식을 사용한다.
(정답률: 49%)
  • 블루투스는 다중접속 방식으로 CDMA가 아닌 FHSS(주파수 호핑 확산 스펙트럼) 방식을 사용하여 간섭을 최소화합니다.

    오답 노트
    지그비 변조: DSSS 사용
    지그비 다중접속: CSMA-CA 사용
    블루투스 변조: FHSS 사용
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6. 대역폭이 200[kHz]인 채널에 대하여 신호 대 잡음비(SNR, signal-to-noise ratio)가 11.76[dB]인 경우, 이 채널을 통하여 오류 없이 전송할 수 있는 최대 용량[kbps]은? (단, 101.176＝15.0이다)

  1. 600
  2. 800
  3. 1,000
  4. 1,200
(정답률: 70%)
  • 샤논의 채널 용량 공식을 사용하여 잡음이 있는 채널에서 전송 가능한 최대 전송 속도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $C = B \log_2(1 + SNR)$
    ② [숫자 대입] $C = 200 \times \log_2(1 + 10^{1.176})$
    ③ [최종 결과] $C = 200 \times \log_2(16) = 200 \times 4 = 800$
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7. 대역폭이 2[kHz]인 신호를 변조지수 2.5가 되도록 주파수 변조하였다. 카슨(Carson)의 법칙을 적용할 때, 변조된 신호의 대역폭[kHz]과 최대 주파수 편이[kHz]는?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 49%)
  • 최대 주파수 편이는 변조지수와 신호 대역폭의 곱으로 구하며, 카슨의 법칙에 따른 전체 대역폭은 최대 주파수 편이의 2배와 신호 대역폭의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta f = \beta \times f_m , BW = 2\Delta f + 2f_m$
    ② [숫자 대입]- 최대 주파수 편이: $$2.5 \times 2$$
    - 대역폭: $2 \times 5 + 2 \times 2$
    ③ [최종 결과]- 최대 주파수 편이: $$5$$
    - 대역폭: $14$
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8. 정보신호 m(t) = 5cos(10πt)를 반송파 10cos(100πt)로 반송파 전송 양측파대 변조(DSB-TC) 할 때, 변조지수와 상측파대 신호의 주파수[Hz]는?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 79%)
  • 변조지수는 정보신호의 진폭과 반송파의 진폭 비율로 구하며, 상측파대 주파수는 반송파 주파수와 정보신호 주파수의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $m = \frac{A_m}{A_c} , f_{USB} = f_c + f_m$
    ② [숫자 대입] $m = \frac{5}{10} , f_{USB} = \frac{100\pi}{2\pi} + \frac{10\pi}{2\pi}$
    ③ [최종 결과] $m = 0.5 , f_{USB} = 55$
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9. 디지털 펄스의 기저대역(baseband) 전송 방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 심볼 길이는 모두 동일하다)

  1. RZ(return-to-zero) 펄스는 NRZ(non-return-to-zero) 펄스에 비해 대역폭이 넓다.
  2. 펄스 변조된 신호에 직류성분이 존재하면 중계기 등에서 교류정합을 사용할 때 파형 왜곡이 발생할 수 있다.
  3. 단극성 NRZ 신호는 직류성분을 가지는 특징이 있다.
  4. 맨체스터 펄스는 직류성분이 없고 자체동기(self-synchronization) 특성을 가지며 대역폭이 작은 장점이 있다.
(정답률: 60%)
  • 맨체스터 펄스는 신호의 중간에서 반드시 전이(transition)가 일어나므로 직류 성분이 없고 자체 동기화가 가능하지만, NRZ 방식에 비해 대역폭이 2배로 넓어지는 단점이 있습니다.

    오답 노트
    RZ 펄스: NRZ보다 대역폭이 넓음 (옳음)
    직류 성분: 교류 정합 시 파형 왜곡 유발 (옳음)
    단극성 NRZ: 직류 성분 존재 (옳음)
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10. 북미지역 PCM기반 T1 다중화 시스템에서는 음성 1채널을 4[kHz]로 대역 제한하고, 표본 당 8[bit]로 부호화한다. 음성 1채널과 24채널 시분할다중화 프레임의 전송률[kbps]은 각각 얼마인가?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 52%)
  • 음성 1채널의 전송률은 표본화 주파수와 양자화 비트수의 곱이며, T1 프레임 전송률은 24채널의 데이터에 프레임 동기 비트 1bit를 추가하여 계산합니다.
    1채널 전송률:
    ① [기본 공식] $R = f_s \times n$
    ② [숫자 대입] $R = 8000 \times 8$
    ③ [최종 결과] $R = 64 \text{ kbps}$
    24채널 프레임 전송률:
    ① [기본 공식] $R_{frame} = (24 \times 8 \times 8000) + 8000$
    ② [숫자 대입] $R_{frame} = 1536000 + 8000$
    ③ [최종 결과] $R_{frame} = 1544 \text{ kbps}$
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11. 고이득 특성을 가지고 점대점 위성통신을 위해 사용되는 반사경(reflector) 안테나로 옳은 것은?

  1. 다이폴(dipole) 안테나
  2. 파라볼라(parabola) 안테나
  3. 야기-우다(Yagi-Uda) 안테나
  4. 루프(loop) 안테나
(정답률: 57%)
  • 파라볼라 안테나는 포물면 반사경을 이용하여 전파를 한 점으로 모으거나 평행하게 방사하므로, 매우 높은 이득과 지향성을 가집니다. 이 특성 때문에 장거리 점대점 위성통신에 최적입니다.

    오답 노트
    다이폴 안테나: 기본 전방향성 안테나
    야기-우다 안테나: 지향성 안테나이나 주로 지상파 수신용
    루프 안테나: 주로 수신용 또는 근거리 통신용
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12. 슈퍼헤테로다인 수신기에서 입력신호가 통과하는 순서대로 나열한 것은?

  1. RF 증폭기→혼합기→포락선 검파기→IF 증폭기
  2. RF 증폭기→IF 증폭기→포락선 검파기→혼합기
  3. RF 증폭기→IF 증폭기→혼합기→포락선 검파기
  4. RF 증폭기→혼합기→IF 증폭기→포락선 검파기
(정답률: 72%)
  • 슈퍼헤테로다인 수신기는 입력된 고주파 신호를 중간 주파수(IF)로 낮추어 증폭 및 검파하는 구조입니다. 신호는 RF 증폭기에서 먼저 증폭된 후, 혼합기(Mixer)를 통해 IF로 변환되고, IF 증폭기를 거쳐 최종적으로 포락선 검파기를 통해 원래 신호를 복원합니다.
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13. OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 이동통신에서는 5G 통신부터 적용되고 있다.
  2. 전송채널의 영향에 의한 심볼 간 간섭을 피하기 위해 시간영역의 보호구간이 필요하다.
  3. 다수 부반송파 신호를 변복조하기 위하여 고속 푸리에변환(FFT, fast Fourier transform) 알고리즘을 이용한다.
  4. 단일반송파 변조방식에 비해 다중경로 페이딩에 강인한 특성이 있다.
(정답률: 73%)
  • OFDM은 다수의 부반송파를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로, 4G LTE부터 이미 핵심 기술로 적용되었습니다. 따라서 5G 통신부터 적용되고 있다는 설명은 틀린 내용입니다.

    오답 노트
    전송채널 영향 방지: 보호구간(Guard Interval)을 통해 ISI 방지
    변복조 알고리즘: FFT/IFFT 사용
    다중경로 페이딩: 단일반송파 대비 강인함
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14. 안테나의 최대 지향성이 10[dB]이고 방사효율이 60[%]일 때 안테나의 이득[dB]은? (단, log102＝0.3, log103＝0.5이다)

  1. 8
  2. 6
  3. 4
  4. 10
(정답률: 47%)
  • 안테나의 이득은 최대 지향성과 방사효율의 곱으로 결정됩니다. 지향성이 dB 단위로 주어졌으므로, 효율을 dB로 변환하여 더해주면 됩니다.
    ① [기본 공식] $G_{dB} = D_{dB} + 10 \log_{10} \eta$
    ② [숫자 대입] $G_{dB} = 10 + 10 \log_{10} 0.6 = 10 + 10( \log_{10} 6 - \log_{10} 10) = 10 + 10(0.5 + 0.3 - 1)$
    ③ [최종 결과] $G_{dB} = 8$
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15. 자유공간에서 동작하는 레이더 시스템의 송신출력이 10[kW]일 때 탐지거리가 2[km]라면, 송신출력을 20[kW]로 증가시킬 경우의 탐지거리[km]는? (단, 레이더 시스템 및 전파 환경은 모두 동일하다)

  1. 2
  2. 2 × √2
  4. 4
(정답률: 44%)
  • 레이더의 탐지거리 $R$은 송신출력 $P_t$의 4제곱근에 비례합니다. 즉, 출력이 $k$배 증가하면 탐지거리는 $\sqrt[4]{k}$배 증가합니다.
    ① [기본 공식] $ R_2 = R_1 \times \sqrt[4]{\frac{P_{t2}}{P_{t1}}} $
    ② [숫자 대입] $ R_2 = 2 \times \sqrt[4]{\frac{20}{10}} = 2 \times \sqrt[4]{2} $
    ③ [최종 결과] $ R_2 = 2 \times \sqrt[4]{2} $
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16. 다음과 같은 변수를 갖는 디지털 위성통신에서 요구되는 비트에너지 대 잡음전력밀도(Eb/N0)q가 10.0[dB]일 때, 수신된 비트에너지 대 잡음전력밀도(Eb/N0)r와 (Eb/N0)q의 차이인 링크마진(link margin)[dB]은? (단, log102＝0.3이고, 주어진 변수 외의 영향은 고려하지 않는다)

  1. 9.5
  2. 10
  3. 10.5
  4. 11
(정답률: 27%)
  • 수신 비트에너지 대 잡음전력밀도 $(E_b/N_0)_r$은 송신전력, 안테나 이득, 경로 손실, 잡음전력밀도, 비트전송률을 이용하여 계산하며, 링크마진은 수신 값에서 요구 값($10.0\text{ dB}$)을 뺀 값입니다.
    ① [기본 공식] $ (E_b/N_0)_r = P_t + G_t + G_r - L - N_0 - 10\log_{10}R $
    ② [숫자 대입] $ (E_b/N_0)_r = 18.0 + 51.6 + 35.1 - 214.7 - (-192.5) - 10\log_{10}(2 \times 10^6) = 19.5 $
    ③ [최종 결과] $ \text{Link Margin} = 19.5 - 10.0 = 9.5 $
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17. 다음 신호 s(t)를 3개의 정규직교신호 ø1(t), ø2(t), ø3(t)를 사용하여 s(t) = s1ø1(t) + s2ø2(t) + s3ø3(t) 로 나타낼 때 신호 벡터 (s1, s2, s3)는?

  1. (1, 0, 0)
  2. (1, 1, 0)
(정답률: 59%)
  • 신호 벡터의 각 성분 $s_n$은 신호 $s(t)$와 정규직교신호 $\phi_n(t)$의 내적으로 구합니다. $s(t)$가 $0$부터 $2T/3$까지 $1$의 값을 가지므로, $\phi_1(t)$와 $\phi_2(t)$ 구간에서 적분이 수행됩니다.
    ① [기본 공식] $ s_n = \int s(t)\phi_n(t)dt $
    ② [숫자 대입] $ s_1 = \int_{0}^{T/3} 1 \times \sqrt{\frac{3}{T}} dt = \sqrt{\frac{3}{T}} \times \frac{T}{3} = \sqrt{\frac{T}{3}}, s_2 = \int_{T/3}^{2T/3} 1 \times \sqrt{\frac{3}{T}} dt = \sqrt{\frac{T}{3}}, s_3 = \int_{2T/3}^{T} 0 \times \sqrt{\frac{3}{T}} dt = 0 $
    ③ [최종 결과] $ (s_1, s_2, s_3) = (\sqrt{\frac{T}{3}}, \sqrt{\frac{T}{3}}, 0) $
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18. 정보신호 s(t)를 반송파 Acos(ωct)로 변조할 때, 변조 방식에 따른 신호형식으로 옳지 않은 것은? (단, Kf와 Kp는 양의 상수, A는 반송파 진폭, ωc는 반송파 각주파수이다)

  1. 반송파 전송 양측파대 변조(DSB-TC): [A+s(t)]cos(ωct)
  2. 반송파 억압 양측파대 변조(DSB-SC): As(t)cos(ωct)+cos(ωct)
  3. 주파수 변조(FM):
  4. 위상 변조(PM): Acos[ωct + Kps(t)]
(정답률: 73%)
  • 반송파 억압 양측파대 변조(DSB-SC)는 반송파 성분을 제거하고 정보 신호와 반송파의 곱만을 전송하는 방식입니다. 따라서 반송파 성분인 $\cos(\omega_c t)$가 더해진 식은 DSB-SC가 아닌 반송파 전송 양측파대 변조(DSB-TC)에 해당합니다.
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19. 자유공간에서 주파수가 f1=30[kHz]인 신호를 변조하지 않고 전송하는 경우와 이를 변조하여 f2=1[GHz]로 전송하는 경우, 반파장 다이폴 안테나를 사용할 때 안테나의 길이[m]는 각각 얼마인가? (단, 신호의 전파속도는 3×108[m/s]이다)

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 50%)
  • 반파장 다이폴 안테나의 길이는 전파 파장의 절반($$ \frac{\lambda}{2} $$)입니다. 파장 $\lambda$는 전파속도 $v$를 주파수 $f$로 나눈 값입니다.
    ① [기본 공식] $ L = \frac{v}{2f} $
    ② [숫자 대입] $ L_1 = \frac{3 \times 10^8}{2 \times 30 \times 10^3}, L_2 = \frac{3 \times 10^8}{2 \times 1 \times 10^9} $
    ③ [최종 결과] $ L_1 = 5,000, L_2 = 0.15 $
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20. 자유공간에서 2.5[km] 떨어진 송수신기가 주파수 1[GHz]인 신호로 통신할 때 경로손실[dB]은? (단, 신호의 전파속도는 3×108[m/s]이고, π＝3.0이다)

  1. 20
  2. 40
  3. 80
  4. 100
(정답률: 53%)
  • 자유공간 경로손실 공식은 거리와 주파수의 제곱에 비례하여 손실이 증가하는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $PL = 20\log_{10}(d) + 20\log_{10}(f) + 20\log_{10}(\frac{4\pi}{c})$
    ② [숫자 대입] $PL = 20\log_{10}(2500) + 20\log_{10}(1 \times 10^{9}) + 20\log_{10}(\frac{4 \times 3.0}{3 \times 10^{8}})$
    ③ [최종 결과] $PL = 100\text{ dB}$
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