9급 국가직 공무원 무선공학개론 필기 기출문제복원 (2024-03-23)

9급 국가직 공무원 무선공학개론 2024-03-23 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 무선공학개론
(2024-03-23 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 평균전력이 Pm인 메시지 신호 m(t)를 반송파 억압 양측파대(DSB-SC, double sideband-suppressed carrier) 방식으로 변조한 신호 s(t)＝Acm(t)cos(2πfct)의 평균전력은? (단, Ac는 상수인 반송파 진폭이고, m(t)의 주파수는 반송파의 주파수 fc 보다 매우 작다)

(정답률: 74%)
  • DSB-SC 변조 신호의 평균전력은 반송파 전력이 억압된 상태에서 메시지 신호의 전력과 반송파 진폭의 제곱에 비례하여 결정됩니다.
    $$P_{s} = \frac{1}{2} A_{c}^{2} P_{m}$$
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2. 대역폭이 10[kHz]인 메시지를 1,500[kHz]의 반송파로 단측파대(SSB, single sideband) 변조하였을 때, 변조된 신호에 대한 양의 스펙트럼에서 상측파대(USB, upper sideband) 점유주파수 대역[kHz]은?

  1. 1,490~1,500
  2. 1,490~1,510
  3. 1,495~1,505
  4. 1,500~1,510
(정답률: 71%)
  • 단측파대(SSB) 변조에서 상측파대(USB)는 반송파 주파수부터 (반송파 주파수 + 메시지 대역폭)까지의 범위를 가집니다.
    ① [기본 공식] $\text{USB} = f_c \sim (f_c + BW)$
    ② [숫자 대입] $\text{USB} = 1,500 \sim (1,500 + 10)$
    ③ [최종 결과] $1,500 \sim 1,510\text{ kHz}$
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3. 다음 전력 값 중 가장 큰 것은?

  1. 10[W]
  2. 1,000[mW]
  3. 10[dBm]
  4. 0[dBW]
(정답률: 75%)
  • 각 전력 단위를 $W$로 통일하여 비교합니다.
    ① $10\text{ W}$
    ② $1,000\text{ mW} = 1\text{ W}$
    ③ $10\text{ dBm} = 10 \times 10^{(10/10)}\text{ mW} = 100\text{ mW} = 0.1\text{ W}$
    ④ $0\text{ dBW} = 10^{(0/10)}\text{ W} = 1\text{ W}$
    따라서 $10\text{ W}$가 가장 큽니다.
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4. 다음 주파수 대역 중 파장이 가장 짧은 것은?

  1. VHF(very high frequency)
  2. SHF(super high frequency)
  3. UHF(ultra high frequency)
  4. MF(medium frequency)
(정답률: 65%)
  • 파장 $\lambda$는 주파수 $f$에 반비례합니다. 제시된 대역 중 주파수가 가장 높은 SHF(super high frequency)가 파장이 가장 짧습니다.

    오답 노트
    MF < UHF < VHF < SHF 순으로 주파수가 높아지므로 파장은 그 반대 순으로 짧아집니다.
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5. FM(frequency modulation) 변조에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 변조된 신호의 평균전력은 일정하다.
  2. 복조기에서 PLL(phase locked loop)을 사용할 수 있다.
  3. 변조된 신호의 진폭은 메시지 신호의 적분에 비례한다.
  4. 최대 주파수 편이가 증가할수록 카슨(Carson)의 법칙으로 구한 변조 신호의 유효 대역폭도 증가한다.
(정답률: 75%)
  • FM 변조는 신호의 진폭은 일정하게 유지하면서, 메시지 신호의 크기에 따라 반송파의 주파수를 변화시키는 방식입니다. 따라서 변조된 신호의 진폭이 메시지 신호의 적분에 비례한다는 설명은 틀린 것입니다.
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6. 평균은 0이고 평균전력은 1[W]인 정규화된 메시지 신호 mn(t)를 평균전력이 100[W]인 반송파를 이용하여 반송파 전송 양측파대(DSB-TC, double sideband-transmitted carrier) 방식으로 변조한다. 변조된 신호 s(t)=Ac[1+amn(t)]cos(2πfct)의 평균전력이 125[W]일 때, 변조지수 a는? (단, 0＜a≤1 이고, Ac는 상수인 반송파 진폭이며, mn(t)의 주파수는 반송파의 주파수 fc보다 매우 작다)

  1. 0.2
  2. 0.3
  3. 0.4
  4. 0.5
(정답률: 64%)
  • DSB-TC 변조 신호의 전체 평균전력은 반송파 전력과 측파대 전력의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P_{total} = P_{c} (1 + \frac{a^{2}}{2})$ (전체전력 = 반송파전력 $\times (1 + \frac{변조지수^{2}}{2})$)
    ② [숫자 대입] $125 = 100 (1 + \frac{a^{2}}{2})$
    ③ [최종 결과] $a = 0.5$
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7. 아날로그 신호를 평탄 표본화한 PAM(pulse amplitude modulation) 신호의 스펙트럼 변형을 보상하기 위해 사용되는 것은?

  1. 등화기
  2. 미분기
  3. 상관기
  4. 양자화기
(정답률: 42%)
  • 평탄 표본화된 PAM 신호는 표본화 과정에서 스펙트럼의 왜곡(진폭 변형)이 발생하는데, 이를 보정하여 원래의 신호 성분을 복원하기 위해 등화기를 사용합니다.
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8. 각 변조된 신호 s(t)=cos[2πfct+βsin(2πfmt)]의 최대 주파수 편이는? (단, fc와 fm은 각각 반송파와 메시지 신호의 주파수이고, fc》fm＞1이며 β는 0이 아닌 변조지수이다)

(정답률: 56%)
  • 주파수 변조(FM)에서 최대 주파수 편이는 변조지수 $\beta$와 메시지 신호의 주파수 $f_m$의 곱으로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $\Delta f = \beta f_m$
    ② [숫자 대입] $\Delta f = \beta f_m$
    ③ [최종 결과] $\Delta f = \beta f_m$
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9. 페이딩(fading)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 주파수 선택적 페이딩 환경에서는 주파수 성분 간의 페이딩 특성이 달라질 수 있다.
  2. 다중경로 채널의 시간 지연 확산은 주파수 선택적 페이딩을 일으킬 수 있다.
  3. 도플러 확산으로 수신 신호의 시간 지연 확산을 나타낼 수 있다.
  4. 도플러 확산으로 인해 시간 선택적 페이딩이 발생할 수 있다.
(정답률: 39%)
  • 도플러 확산은 단말기의 이동 속도로 인해 발생하는 주파수 변이를 나타내는 척도이며, 시간 지연 확산은 다중경로 전파로 인해 수신 신호가 시간적으로 퍼지는 현상을 나타냅니다. 따라서 도플러 확산으로 시간 지연 확산을 나타낼 수 있다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    주파수 선택적 페이딩: 시간 지연 확산이 심할 때 발생
    시간 선택적 페이딩: 도플러 확산이 클 때 발생
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10. 그림과 같이 수신기가 v의 속도로 화살표 방향으로 이동하면서 정지된 송신기로부터 주파수가 f0인 신호를 받고 있다. θ＝30°일 때, 도플러 주파수[Hz]는? (단, 전파속도는 3×108[m/s]이다)

  1. 60√3
  2. 30√3
  3. 60
  4. 30
(정답률: 65%)
  • 수신기가 이동할 때 발생하는 도플러 주파수 편이는 전파 속도, 수신기의 속도, 그리고 송수신 간의 각도를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $f_d = \frac{v \cdot f_0 \cdot \cos(\theta)}{c}$
    ② [숫자 대입] $f_d = \frac{30 \times 600 \times 10^6 \times \cos(30^\circ)}{3 \times 10^8}$
    ③ [최종 결과] $f_d = 30\sqrt{3}$
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11. 시간 영역에서 연속인 신호 g(t)=sin(2t)의 에너지는?(단, 이다)

  1. 0.5
  2. 1
  3. 2
  4. 4
(정답률: 42%)
  • 신호의 에너지는 신호의 제곱을 전 구간에 대해 적분하여 구합니다. 주어진 신호 $g(t) = \sin(2t)$는 주기 함수로 전 구간 적분 시 발산하지만, 문제의 의도와 정답 0.5를 통해 볼 때 이는 한 주기 또는 특정 구간의 평균 전력을 묻거나 $\text{sinc}$ 함수 관련 정의를 활용한 에너지 계산으로 해석됩니다. 일반적인 정현파의 평균 전력(에너지 밀도) 공식은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $E = \frac{A^2}{2}$
    ② [숫자 대입] $E = \frac{1^2}{2}$
    ③ [최종 결과] $E = 0.5$
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12. 비동기 BFSK(binary frequency shift keying) 시스템에서 비트 전송률이 800[bps]일 때, 두 반송파가 서로 직교하기 위해 필요한 최소 주파수 간격[Hz]은?

  1. 400
  2. 800
  3. 1,600
  4. 2,400
(정답률: 19%)
  • 비동기 BFSK 시스템에서 두 반송파가 서로 직교하기 위한 최소 주파수 간격은 비트 전송률과 동일해야 합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta f = R_b$
    ② [숫자 대입] $\Delta f = 800$
    ③ [최종 결과] $\Delta f = 800$
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13. 펄스 레이더 시스템에서 평균 송신전력이 200[W]이고 펄스 폭이 0.1[μs]이며 펄스 반복 주파수가 2[kHz]일 때, 첨두 송신전력[kW]은?

  1. 100
  2. 400
  3. 1,000
  4. 4,000
(정답률: 50%)
  • 평균 송신전력은 첨두 전력에 듀티 사이클(펄스 폭 $\times$ 반복 주파수)을 곱한 값입니다. 따라서 첨두 전력은 평균 전력을 듀티 사이클로 나누어 구합니다.
    ① [기본 공식] $P_{peak} = \frac{P_{avg}}{\tau \times f_{prf}}$
    ② [숫자 대입] $P_{peak} = \frac{200}{0.1 \times 10^{-6} \times 2 \times 10^{3}}$
    ③ [최종 결과] $P_{peak} = 1,000,000$ W = 1,000 kW
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14. 수동형 무선항법 시스템에서 편도 전파시간 측정오차가 2[μs]일 때, 거리 불확실성[m]은? (단, 전파속도는 3×108[m/s]이다)

  1. 300
  2. 600
  3. 1,200
  4. 2,400
(정답률: 44%)
  • 거리 불확실성은 전파 속도와 시간 측정 오차의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $d = c \times \Delta t$
    ② [숫자 대입] $d = 3 \times 10^{8} \times 2 \times 10^{-6}$
    ③ [최종 결과] $d = 600$ m
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15. 자유공간의 전파(propagation) 모델에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 송수신기가 장애물이 없는 LOS(line of sight)에 있다고 가정하여 수신 신호 세기의 예측을 위해 사용된다.
  2. 송수신기 간의 거리가 기준거리의 두 배가 되면, 수신전력은 기준거리에서보다 약 6[dB] 감소한다.
  3. 반송파의 주파수가 높을수록 송수신 안테나 사이의 경로손실은 커진다.
  4. 전체 경로손실은 반송파 파장의 제곱에 비례한다.
(정답률: 53%)
  • 자유공간 경로손실(Free Space Path Loss)은 반송파 파장의 제곱에 반비례하고, 주파수의 제곱에 비례합니다. 따라서 파장의 제곱에 비례한다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    거리 2배 증가: $20 \log_{10}(2) \approx 6 \text{ dB}$ 감소하여 옳음
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16. 다음 인공위성들이 지구국으로부터 전파를 수신할 때, 전파 지연시간이 큰 것부터 순서대로 바르게 나열한 것은?

  1. (가)－(나)－(다)
  2. (나)－(가)－(다)
  3. (나)－(다)－(가)
  4. (다)－(나)－(가)
(정답률: 62%)
  • 전파 지연시간은 위성의 궤도 높이(거리)에 비례합니다. 궤도 높이가 가장 높은 정지궤도위성(가) $\rightarrow$ 중궤도위성(나) $\rightarrow$ 저궤도위성(다) 순으로 지연시간이 큽니다.
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17. 디지털통신에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 비트 주기와 심볼 주기의 값은 같을 수 없다.
  2. 표본화된 신호의 스펙트럼 중첩 현상을 에일리어싱(aliasing)이라고 한다.
  3. 데이터를 압축하기 위해 채널코딩을 사용한다.
  4. 수신 신호대잡음비(SNR)가 커지면 비트오류율이 증가한다.
(정답률: 74%)
  • 표본화 과정에서 표본화 주기가 충분히 짧지 않을 때, 인접한 스펙트럼이 서로 겹쳐 원래 신호를 복원할 수 없게 되는 현상을 에일리어싱(aliasing)이라고 합니다.

    오답 노트
    비트 주기와 심볼 주기: M-ary 변조 시 같을 수 있음
    채널코딩: 데이터 압축이 아닌 오류 제어 목적
    SNR과 비트오류율: SNR이 커지면 비트오류율은 감소함
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18. 다중경로 페이딩(multipath fading)으로 인한 무선 채널의 전력지연 프로파일(power delay profile)이 다음 그림과 같을 때, 이 채널의 평균초과지연(mean excess delay)[μs]은? (단, P(τ)는 지연시간 τ에서의 전력이고, log102=0.3이다)

  1. 1
  2. 1.5
  3. 2
  4. 2.5
(정답률: 42%)
  • 평균초과지연은 각 경로의 전력 가중치와 지연시간의 곱의 합을 전체 전력의 합으로 나눈 값입니다. 먼저 dB를 전력비로 변환하면 $-3\text{dB} \approx 0.5$, $-6\text{dB} \approx 0.25$입니다.
    ① $E = \frac{\sum P_i \tau_i}{\sum P_i}$
    ② $E = \frac{(0.5 \times 1) + (0.5 \times 2) + (0.25 \times 4)}{0.5 + 0.5 + 0.25} = \frac{0.5 + 1.0 + 1.0}{1.25}$
    ③ $E = \frac{2.5}{1.25} = 2$
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19. 총 주파수 대역폭이 30[MHz]인 FDD(frequency division duplex) 방식의 셀룰러 시스템이 송수신을 위해 채널당 25[kHz] 대역 두 개를 사용하고 있다. 클러스터(cluster)당 4개의 셀이 사용될 때, 셀당 가용 채널 수는? (단, 채널 간 및 송수신 대역 간 보호대역은 없다고 가정한다)

  1. 75
  2. 150
  3. 300
  4. 600
(정답률: 48%)
  • 전체 대역폭을 채널당 필요한 대역폭(송신+수신)으로 나누어 전체 채널 수를 구한 뒤, 이를 클러스터 내 셀 수로 나누어 셀당 가용 채널 수를 계산합니다.
    ① $N_{total} = \frac{BW_{total}}{BW_{channel} \times 2}$
    ② $N_{total} = \frac{30 \times 10^{6}}{25 \times 10^{3} \times 2} = 600$
    ③ $N_{cell} = \frac{600}{4} = 150$
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20. 전자파에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 일반적으로 대기 중의 전자파 굴절률은 고도가 높아질수록 커진다.
  2. 전자파가 지면에 닿지 않고 도달할 수 있는 최대 거리를 전파의 가시거리라고 한다.
  3. 송신된 후 대지면이나 다른 물체와 접촉하지 않고 수신기에 도달하는 전자파를 직접파라고 한다.
  4. 전자파가 진행하는 경로상에 장애물 등의 돌출 부위가 있을 때 휘어져서 진행하는 현상을 회절이라고 한다.
(정답률: 67%)
  • 일반적으로 대기 중의 전자파 굴절률은 고도가 높아질수록 공기 밀도가 낮아지기 때문에 작아집니다. 따라서 고도가 높아질수록 커진다는 설명은 옳지 않습니다.
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