2009년 통신이론 (지방직)

1단계: 나이키스트 표본화율 계산 • 대역제한 주파수가 $f_m\text{ [Hz]}$인 신호의 나이키스트 최소 표본화율 $f_s$: $$f_s = 2 f_m\text{ [samples/sec]}$$ 2단계: 양자화 비트 수 및 전송 데이터율 산출 • 양자화 레벨 수가 $L = 2^M$이므로 표본 1개를 표현하는 데 필요한 비트 수 $n$: $$2^n = 2^M \implies n = M\text{ [bits/sample]}$$ • 데이터 전송 비트율 $R$: $$R = f_s \times n = 2 f_m \times M = 2 \times f_m \times M\text{ [bps]}$$ 최종 결과: • 올바른 데이터율 표현식은 ②번($2 \times f_m \times M$)입니다.

1단계: 디지털 음성 부호화 기술 분석 • ADPCM(Adaptive Differential Pulse Code Modulation, 적응 차분 펄스 부호 변조): 음성 신호의 시변 통계적 특성에 맞추어 예측 필터의 계수와 양자화기의 스텝 크기를 동적으로 적응(Adaptive)시켜 전송률 대비 음질을 향상시킨 방식입니다. 따라서 ①번 설명이 가장 적합합니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번 DPCM: 인접 표본 간의 상관성을 이용하여 예측 오차값만을 고정된 스텝으로 양자화하는 방식입니다. • ③번 PCM: 아날로그 신호를 표본화, 양자화, 부호화하여 직접 디지털화하는 기본 방식입니다. • ④번 DM: 1비트 양자화기를 사용하여 신호의 증감 여부만을 전송하는 델타 변조 방식입니다. 최종 결과: • 적응적으로 예측하고 양자화하는 방식은 ①번(ADPCM)입니다.

1단계: 짝수 패리티(Even Parity) 검사 부호의 정의 확인 • 짝수 패리티 검사 방식에서는 전체 부호어 내에 포함된 이진수 1의 총 개수가 항상 짝수(0, 2, 4, 6, 8개 등)를 유지해야 합니다. 2단계: 보기별 1의 개수 검증 • ①번 `00011101`: 1의 개수가 4개 $\implies$ 짝수 (적합) • ②번 `10101111`: 1의 개수가 6개 $\implies$ 짝수 (적합) • ③번 `11000100`: 1의 개수가 3개 $\implies$ 홀수 (부적합) • ④번 `00000000`: 1의 개수가 0개 $\implies$ 짝수 (적합) 최종 결과: • 짝수 패리티 검사부호의 형태로 옳지 않은 것은 ③번(1 1 0 0 0 1 0 0)입니다.

1단계: 무선 통신 규격별 핵심 다중 접속 및 변조 기술 분석 • 와이브로(WiBro, IEEE 802.16e): 다중 경로 페이딩에 강인하고 광대역 전송 효율이 높은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA/OFDM) 기술을 기반으로 표준화되었습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번 IS-95: 2세대 CDMA(코드분할 다중 접속) 이동통신 표준입니다. • ②번 GSM: 2세대 이동통신으로 시분할 다중 접속(TDMA)과 주파수 분할(FDMA)을 결합하여 사용합니다. • ③번 블루투스(Bluetooth): 주파수 도약 대역 확산(FHSS) 기술을 기반으로 동작합니다. 최종 결과: • OFDM을 사용하는 무선통신시스템은 ④번(와이브로)입니다.

1단계: IPv4 및 IPv6 주소 길이 규격 확인 • IPv4: 8비트 크기의 옥텟 4개로 구성되어 총 32비트($4 \times 8 = 32$)의 주소 공간을 갖습니다. • IPv6: 16비트 크기의 필드 8개로 구성되어 총 128비트($8 \times 16 = 128$)의 확장된 주소 공간을 갖습니다. 최종 결과: • IPv4와 IPv6 주소의 크기는 각각 ④번(32, 128)입니다.

1단계: CDMA 전력 제어(Power Control)의 목적 분석 • CDMA는 모든 단말이 동일한 주파수와 시간을 공유하므로, 다른 모든 사용자의 신호가 상호 간섭 잡음으로 작용하는 간섭 제한 시스템입니다. • 기지국 근처의 단말 신호가 원거리 단말의 약한 신호를 덮어버리는 원근 문제(Near-Far Problem)를 극복하기 위해 전력 제어가 필수적입니다. • 모든 단말의 수신 전력을 균등하게 제어함으로써 전체 간섭 전력을 최소화하여 시스템 통화 용량을 극대화하고 일정한 통화 품질을 유지합니다. 2단계: 오답 보기 검토 • 전력 제어는 기지국 수신 신호의 세기를 조절하기 위한 송신 전력 증폭기(HPA) 제어 기술이며, 기저대역 변조기 회로 자체의 구조나 복잡도를 줄이는 목적과는 관련이 없습니다. 최종 결과: • 전력 제어의 필요성으로 옳지 않은 것은 ④번(변조기 복잡도 감소)입니다.

1단계: $(n, k)$ 블록 부호의 부호율 및 대역폭 관계 분석 • 부호율 $R = \frac{k}{n}$이 $\frac{1}{2}$이라는 것은 정보 비트 $k$개를 보낼 때 패리티를 추가하여 총 $n = 2k$개의 비트를 전송함을 의미합니다. • 동일한 정보 비트 전송률을 유지하려면 전송해야 하는 총 비트(심볼) 수가 2배로 증가하므로 채널 점유 대역폭은 부호화 전보다 2배로 늘어납니다. • 따라서 전송 대역폭이 1/2배로 줄어든다고 설명한 ④번은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 길이 $n$비트의 전체 공간 $2^n$개 중 $k$비트 정보에 대응하는 $2^k$개의 부호어만 유효 부호어로 사용됩니다. (옳은 설명) • ②번: 전체 부호어 길이 $n$에서 정보 비트 수 $k$를 뺀 나머지 $n - k$ 비트가 오류 제어를 위한 패리티 비트입니다. (옳은 설명) • ③번: 전체 전송 비트 대비 순수 정보 비트의 비율인 부호율은 $R = \frac{k}{n}$입니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ④번입니다.

1단계: 정보원 엔트로피(평균 정보량)의 극값 성질 확인 • 정보원의 엔트로피 $H(X) = -\sum P(x_i) \log_2 P(x_i)$는 정보원의 상태를 예측하기 가장 어려운 경우, 즉 모든 심볼의 발생 확률이 균등할 때($P(x_i) = 1/M$) 최댓값 $\log_2 M$을 갖습니다. • 따라서 모든 심볼이 동등한 확률로 발생할 때 엔트로피가 최솟값을 갖는다고 설명한 ①번은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번: 허프만 부호화는 최적의 전치 부호로 평균 부호어 길이가 엔트로피 하한선에 매우 근접합니다. (옳은 설명) • ③번: 섀넌의 채널 부호화 정리에 따르면 데이터 전송률 $R < C$일 때 오류 확률을 임의로 0에 가깝게 만들 수 있습니다. (옳은 설명) • ④번: 단일 패리티 비트를 추가하면 1비트의 오류를 확실하게 검출할 수 있습니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ①번입니다.

1단계: OSI 참조 모델의 계층별 기능 분석 • 물리 계층(1계층): 물리적 전송 매체를 통한 비트 스트림 전송을 위해 링크의 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 인터페이스 규격을 정의합니다. • 데이터 링크 계층(2계층): 인접한 노드 간의 신뢰성 있는 프레임 전송, 흐름 제어, 오류 제어, 회선 제어 등을 담당합니다. • 따라서 ①번 설명은 물리 계층의 역할을 데이터 링크 계층의 설명으로 서술하였으므로 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번 세션 계층(5계층): 응용 프로세스 간의 대화 구성, 동기점 제어, 연결 유지 및 관리를 수행합니다. (옳은 설명) • ③번 전송 계층(4계층): 종단 간(End-to-End) 신뢰성 있는 데이터 전달, 분할 및 재조립, 흐름 제어, 오류 복구를 수행하며 TCP와 UDP가 속합니다. (옳은 설명) • ④번 네트워크 계층(3계층): 패킷 전달을 위한 논리 주소 지정 및 라우팅 프로토콜을 통한 최적 경로 설정을 수행합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ①번입니다.

1단계: 대역 확산(Spread Spectrum) 통신의 부호 특성 분석 • 대역 확산 시스템은 원래의 기저대역 정보 신호에 비트율이 훨씬 높은 의사잡음(PN) 코드를 곱하여 신호의 대역폭을 광대역으로 확장시킵니다. • 사용되는 PN 확산 부호열은 메시지 신호와 통계적으로 독립(상관관계가 없음)이어야 신호의 비도청성과 무작위성을 유지할 수 있습니다. • 따라서 메시지 신호와 상관이 큰 부호열에 의해 대역이 확산된다고 기술한 ②번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 정보 신호가 최소한으로 요구하는 대역폭보다 수십~수백 배 넓은 대역폭을 점유합니다. (옳은 설명) • ③번: 수신단에서는 송신단과 완벽히 동기화된 동일한 PN 부호를 곱하여 원래 신호로 역확산(Despreading)합니다. (옳은 설명) • ④번: 광대역 전송 특성으로 인해 주파수 선택적 페이딩 및 협대역 간섭 신호에 강한 내성을 보입니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ②번입니다.

1단계: 무선 LAN 접속 장치의 정의 • AP(Access Point, 무선 접속 장치)는 무선 LAN 환경에서 무선 단말기들이 유선 네트워크 인프라에 접속하여 통신할 수 있도록 무선 신호를 송수신해 주는 기지국 역할을 담당합니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번 서버: 네트워크상에서 클라이언트에게 데이터나 서비스를 제공하는 시스템입니다. • ②번 라우터: 서로 다른 네트워크 간에 최적의 경로를 설정하여 패킷을 전달하는 3계층 장치입니다. • ④번 리피터: 감쇠된 물리 계층 신호를 증폭하고 재생하여 전송 거리를 연장하는 1계층 장치입니다. 최종 결과: • 무선 단말기를 네트워크에 접속시켜 주는 장치는 ③번(AP)입니다.

1단계: AM 및 SSB 대역폭 공식 확인 • 메시지 신호의 최고 주파수가 $f_m = 3\text{ [kHz]}$일 때: - 표준 AM(양측파대, DSB) 전송 대역폭: 반송파를 중심으로 상측파대와 하측파대를 모두 전송하므로 $B_{\text{AM}} = 2 f_m$입니다. - SSB(단측파대) 전송 대역폭: 두 측파대 중 하나만 선택하여 전송하므로 $B_{\text{SSB}} = f_m$입니다. 2단계: 대역폭 계산 • $B_{\text{AM}} = 2 \times 3\text{ [kHz]} = 6\text{ [kHz]}$ • $B_{\text{SSB}} = 3\text{ [kHz]}$ 최종 결과: • AM 신호와 SSB 신호의 주파수 대역폭은 각각 ③번(6, 3)입니다.

1단계: 정현파 신호의 각주파수 및 주파수 산출 • 신호 $v(t) = 20 \sin(50\pi t)\text{ [V]}$에서 각주파수는 $\omega = 50\pi\text{ [rad/s]}$입니다. • 기본 주파수 $f$: $$f = \frac{\omega}{2\pi} = \frac{50\pi}{2\pi} = 25\text{ [Hz]}$$ 2단계: 주기 시간 $T$ 계산 • 주기는 주파수의 역수이므로: $$T = \frac{1}{f} = \frac{1}{25} = 0.04\text{ [sec]}$$ 최종 결과: • 주기 시간은 ②번(0.04)입니다.

1단계: 유비쿼터스 컴퓨팅의 기본 특성 검토 • 사물과 환경 전반에 걸쳐 컴퓨팅 장치들이 융합되어 사용자가 의식하지 않고도 언제, 어디서나 편리하게 정보를 이용할 수 있는 환경을 지향합니다. • 사용자의 위치, 시간, 신체 상태 등의 정황(Context)을 인식하여 최적화된 맞춤형 서비스를 제공합니다. 2단계: 보안 및 접근 제어 요구사항 분석 • 네트워크가 고도화되고 수많은 기기가 상호 연결될수록 개인 정보 보호와 시스템 안정성을 위한 엄격한 보안 인증 및 권한 관리(접근 제어)가 필수적입니다. • 모든 사용자가 허가 없이 원하는 서버에 접근할 수 있어야 한다는 설명은 보안 원칙에 위배됩니다. 최종 결과: • 옳지 않은 것은 ③번입니다.

1단계: 변조 방식의 데이터 형태별 분류 • 디지털 변조(Digital Modulation): 디지털 이진 데이터(비트열)를 아날로그 고주파 반송파의 진폭, 주파수, 위상에 대응시켜 변조하는 방식입니다. • 아날로그 변조(Analog Modulation): 연속적인 아날로그 음성/영상 신호를 아날로그 반송파에 실어 전송하는 방식입니다. 2단계: 보기 검토 • QAM(직교 진폭 변조): 디지털 비트 그룹을 반송파의 진폭과 위상의 조합에 대응시키는 대표적인 디지털 대 아날로그 변조 방식입니다. • FM(주파수 변조), AM(진폭 변조), PM(위상 변조): 아날로그 신호를 연속파 반송파에 변조하는 아날로그 변조 방식입니다. 최종 결과: • 디지털 데이터를 아날로그 신호 형태로 변조하는 방식은 ②번(QAM)입니다.

1단계: RFID 주파수 대역별 인식 거리 특성 분석 • RFID 시스템은 사용하는 주파수가 높을수록(예: UHF 860~960 MHz, 마이크로파 2.45 GHz) 직진성이 강하고 방사 효율이 높아 인식 거리가 수 미터에서 수십 미터로 길어집니다. • 저주파(LF 125~134 kHz, HF 13.56 MHz) 대역은 근거리 자기 유도 결합 방식을 주로 사용하므로 인식 거리가 수 센티미터~수십 센티미터 수준으로 짧습니다. • 따라서 저주파 RFID가 고주파 RFID보다 인식 거리가 길다고 서술한 ②번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 전파를 이용하므로 직접 접촉하거나 가시선(LOS)을 정확히 맞추지 않아도 비접촉 인식이 가능합니다. (옳은 설명) • ③번: 읽기 전용인 광학 바코드와 달리 EEPROM 등을 탑재하여 데이터 갱신 및 재기록이 가능합니다. (옳은 설명) • ④번: 배터리를 내장하여 자체적으로 무선 신호를 송신하는 능동형(Active) 태그가 리더기 전파로 구동되는 수동형(Passive) 태그보다 인식 거리가 훨씬 깁니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ②번입니다.

1단계: 비트당 에너지 $E_b$의 정의 확인 • 신호 전력을 $S\text{ [W]}$, 1비트 지속 시간을 $T_b\text{ [s]}$, 비트 전송률을 $R_b = \frac{1}{T_b}\text{ [bps]}$라 할 때, 1비트당 수신 에너지 $E_b$는 다음과 같이 정의됩니다: $$E_b = S \times T_b = \frac{S}{R_b}\text{ [J/bit]}$$ • 즉, $E_b$는 신호 전력을 비트 전송률로 나눈 값입니다. 따라서 신호 전력과 비트 전송률의 곱이라고 한 ①번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 잡음 전력 스펙트럼 밀도 $N_0$ 분석 • 잡음 전력을 $N$, 채널 대역폭을 $B$라 할 때 단측 잡음 전력 스펙트럼 밀도는 $N_0 = \frac{N}{B}\text{ [W/Hz]}$로 표현됩니다. (②, ④번 옳은 설명) • $E_b = \frac{S}{R_b}$이므로 $E_b$는 신호 전력 $S$에 비례합니다. (③번 옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ①번입니다.

1단계: 동기식 전송과 비동기식 전송 방식 비교 • 비동기식(Asynchronous) 전송: 한 문자(일반적으로 8비트) 앞뒤에 시작 비트(Start bit)와 정지 비트(Stop bit)를 덧붙여 문자 단위로 간헐적으로 전송하는 방식입니다. • 동기식(Synchronous) 전송: 문자 단위가 아니라 대용량 데이터 블록(프레임) 단위로 묶어 송수신 간 클록 동기를 맞춘 후 연속적으로 고속 전송하는 방식입니다. • 따라서 동기식이 전체 데이터를 한 문자씩 나누어 전송한다고 기술한 ③번 설명은 비동기식에 대한 설명이므로 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 나이키스트 및 섀넌 공식에 따라 데이터 전송률은 채널 대역폭에 비례합니다. (옳은 설명) • ②번: 전용 링크를 구축하는 점대점(Point-to-Point) 방식은 보안성이 우수합니다. (옳은 설명) • ④번: 송신 메시지를 일정 크기의 패킷(Packet) 단위로 분할하여 전송 및 교환하는 방식입니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ③번입니다.

1단계: 단일모드 광섬유(SMF)와 다중모드 광섬유(MMF) 특성 비교 • 단일모드 광섬유(SMF): 코어의 직경이 약 8~10 $\mu\text{m}$로 빛의 파장과 비슷하여 하나의 광선(기본 모드)만을 전파합니다. 모드 간 분산(Modal Dispersion)이 전혀 발생하지 않아 전송 대역폭이 매우 넓고 신호 감쇠가 적으므로 장거리 초고속 기간망에 유리합니다. 따라서 ④번 설명은 옳습니다. 2단계: 기타 보기 오류 분석 • ①번: 모드 분산이 없는 단일모드가 다중모드보다 대역폭 및 정보 전송 용량이 훨씬 큽니다. • ②번: 코어 직경은 단일모드(약 8~10 $\mu\text{m}$)가 다중모드(약 50~62.5 $\mu\text{m}$)보다 훨씬 작습니다. • ③번: 코어의 직경이 매우 얇기 때문에 케이블 접속(융착 및 커넥터 연결) 시 고도의 정밀 정렬 기술이 요구되어 다중모드보다 접속이 어렵습니다. 최종 결과: • 올바른 설명은 ④번입니다.

1단계: AWGN(가산성 백색 가우시안 잡음)의 물리적 정의 분석 • 가산성(Additive): 송신된 신호에 단순 덧셈 형태로 결합됩니다. • 백색(White): 모든 주파수 대역($-\infty < f < \infty$)에 걸쳐 전력 스펙트럼 밀도가 일정 상수($N_0/2$)를 갖습니다. (②번 옳은 설명) • 가우시안(Gaussian): 신호의 진폭 분포가 정규분포(가우시안 분포)를 따릅니다. • 자기상관함수는 주파수 평탄 특성의 역푸리에 변환에 따라 델타 함수 $R_n(\tau) = \frac{N_0}{2}\delta(\tau)$가 됩니다. (③번 옳은 설명) 2단계: 심볼 간 간섭(ISI)의 발생 원인 분석 • 심볼 간 간섭(ISI)은 전송 채널의 물리적인 대역제한(필터링) 특성이나 다중 경로 지연 확산(Delay Spread)으로 인해 펄스가 시간축 상에서 옆 심볼 구간으로 번져 발생합니다. • 배경 잡음인 AWGN은 비트 오판정을 일으키는 원인이지만, 펄스 파형을 시간축으로 번지게 만드는 ISI의 직접적인 원인이 아닙니다. 따라서 ④번 설명은 옳지 않습니다. 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ④번입니다.