2008년 무선공학개론 (국가직)

1단계: 비선형 소자에 의한 현상 분석 • 무선 수신기나 증폭기 등 능동 소자의 비선형 동작 영역에 둘 이상의 서로 다른 주파수 성분이 함께 입력되면, 기본 주파수의 결합(합과 차)에 의한 원치 않는 왜곡 성분이 발생합니다. • 이러한 왜곡을 상호변조(Inter-modulation) 또는 상호변조 왜곡(IMD)이라고 합니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번 믹서(Mixer): 두 주파수 신호를 의도적으로 혼합하여 중간주파수(IF)를 얻기 위한 주파수 변환 회로 소자입니다. • ③번 여과(Filtering): 주파수 대역통과/저역통과 필터를 이용해 불필요한 대역 성분을 차단하고 목적 신호만 통과시키는 동작입니다. • ④번 다이버시티(Diversity): 다중경로 페이딩을 극복하기 위해 시간, 공간, 주파수 등 복수의 경로를 통해 수신하는 기법입니다. 최종 결과: • 비선형성으로 인하여 발생하는 현상은 ①번(상호변조)입니다.

1단계: GPS 삼차원 위치 결정 원리 분석 • GPS 수신기는 3차원 공간 좌표(위도, 경도, 고도) 3개 미지수와 수신기 내부 시계 오차 보정을 위한 시간 미지수 1개, 총 4개의 미지수를 풀어야 합니다. • 따라서 3차원 위치와 시간을 모호성 없이 결정하기 위해서는 최소 4개 이상의 GPS 위성으로부터 신호를 수신해야 합니다. • 2개의 위성만으로 위치 파악이 가능하다는 ④번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: DGPS는 정확한 위치를 아는 지상 기준국에서 위성 오차를 측정해 보정값을 전송함으로써 수 미터 이내로 정밀도를 높입니다. (옳은 설명) • ②번: 24기 이상의 위성이 6개 궤도면에 분산 배치되어 있어 지구 전역에서 24시간 연속 서비스가 가능합니다. (옳은 설명) • ③번: 4차원 시공간 항법 솔루션을 통해 위도, 경도, 고도 및 정밀 시각 정보를 획득합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • GPS 시스템에 대한 설명 중 옳지 않은 것은 ④번입니다.

1단계: 계기착륙장치(ILS)의 핵심 구성 요소 확인 • 계기착륙장치(ILS)는 항공기가 활주로 중심선과 최적 하강각을 따라 안전하게 착륙할 수 있도록 유도하는 시스템입니다: - 로컬라이저(Localizer): 활주로 중심선의 좌우 수평 진입 방향을 안내합니다. (②번) - 글라이드 패스(Glide Path): 수평면 기준 약 3도의 최적 하강 경사면을 유도합니다. (③번) - 마커 비컨(Marker Beacon): 착륙 지점까지의 남은 거리를 지점별로 알려줍니다. (④번) 2단계: 라디오 비컨의 특성 검토 • 라디오 비컨(Radio Beacon)은 전 방향으로 무선 표지 신호를 송출하여 항공기나 선박의 방향 탐지를 돕는 일반적인 항행 원조 시설(NDB 등)이며, 활주로 최종 진입 착륙을 정밀 유도하는 ILS의 직접 구성 계기가 아닙니다. 최종 결과: • 계기착륙장치와 연동하는 계기가 아닌 것은 ①번(라디오 비컨)입니다.

1단계: 무선 통신 기술별 이동성과 전송 속도 특성 분석 • WiMAX(모바일 와이맥스, IEEE 802.16e 기반 와이브로)는 고속 이동 중(차량 주행 속도 등)에도 광대역 기저대역 전송을 가능하게 하여 고속 휴대 인터넷 서비스를 제공하도록 표준화된 기술입니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번 Bluetooth(IEEE 802.15.1): 수 미터에서 수십 미터 반경 내에서 기기 간 페어링을 지원하는 저속 근거리 무선 규격입니다. • ②번 Zigbee(IEEE 802.15.4): 초저전력 및 저비용에 초점을 맞춘 센서 네트워크용 무선 기술로 전송 속도가 최대 250 kbps 수준으로 낮습니다. • ③번 WPAN: 개인 영역 무선 네트워크를 통칭하는 포괄적 개념입니다. 최종 결과: • 고속 휴대 인터넷 서비스가 가능한 기술은 ④번(WiMAX)입니다.

1단계: CDMA 상향링크 간섭 특성 분석 • 상향링크(단말에서 기지국 방향)는 서로 다른 위치의 단말들이 독립적으로 신호를 전송하므로, 다중경로 지연과 타이밍 오차로 인해 수신단에서 부호 간 완벽한 시간 정렬(직교성)을 유지하기 어렵습니다. • 직교성이 깨지면 상호상관 값이 0이 되지 않아 다중 접속 간섭(MAI)이 발생하게 됩니다. 따라서 ②번 설명은 옳습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: CDMA는 주파수 재사용 계수가 1에 가까워 모든 인접 셀에서 동일한 주파수 채널을 재사용할 수 있습니다. (옳지 않은 설명) • ③번: 동일 주파수를 사용하므로 기존 기지국과의 연결을 끊기 전에 새로운 기지국과 먼저 다중 연결을 맺는 소프트 핸드오프를 지원합니다. (옳지 않은 설명) • ④번: 모든 단말이 최대 전력으로 송신하면 기지국 근처 단말이 원거리 단말의 통신을 방해하는 원근 문제가 발생하므로, 정밀한 역방향 전력 제어로 필요한 최소 전력만 송출해야 합니다. (옳지 않은 설명) 최종 결과: • 옳은 설명은 ②번입니다.

1단계: TDD와 FDD의 이중화 구성 소자 비교 • 시분할 이중화(TDD)는 동일한 주파수 채널을 시간축에서 분할하여 송신과 수신을 번갈아 수행하므로, 주파수 분리용 필터인 듀플렉서가 필요 없고 고속 RF 스위치를 사용합니다. • 송신 주파수와 수신 주파수가 분리되어 동시에 통신하는 주파수 분할 이중화(FDD)에서 안테나를 송수신기가 공유하기 위해 듀플렉스 여파기(Duplexer)를 사용합니다. • 따라서 TDD가 듀플렉스 여파기를 사용한다고 기술한 ③번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번 FDMA: 인접 주파수 채널 간의 상호 누설과 혼신을 방지하기 위해 채널 사이에 보호대역(Guard Band)을 둡니다. (옳은 설명) • ②번 TDMA: 전송 지연 오차로 인한 인접 타임슬롯 간의 신호 충돌을 방지하기 위해 보호시간(Guard Time)을 둡니다. (옳은 설명) • ④번 FDD: 업링크와 다운링크에 서로 다른 주파수 대역을 쌍으로 할당합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ③번입니다.

1단계: IEEE 802 무선 통신 표준군 분류 • IEEE 802.11: 무선 구내 통신망(WLAN, Wi-Fi)의 물리계층(PHY) 및 MAC 계층을 정의하는 공식 표준입니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번 IEEE 802.16: 무선 도시지역 통신망(WMAN, WiMAX/와이브로) 표준 규격입니다. • ③번 IEEE 802.15.1: 무선 개인 영역 통신망(WPAN) 중 블루투스 기술 기반 표준입니다. • ④번 IEEE 802.15.4: 저속/저전력 무선 개인 영역 통신망(LR-WPAN, 지그비 물리계층/MAC) 표준입니다. 최종 결과: • 무선 LAN 표준 규격은 ②번(IEEE 802.11)입니다.

1단계: 프리스 자유공간 경로손실 수식 분석 • 자유공간 전파 경로손실 $\text{PL}$ 공식: $$\text{PL} = \left(\frac{4\pi d}{\lambda}\right)^2 = \left(\frac{4\pi f d}{c}\right)^2$$ • 경로 감쇠 및 수신 전력 레벨을 직접 결정하는 물리적 변수는 송수신 안테나 간 거리 $d$, 신호의 주파수 $f$(또는 파장 $\lambda$), 안테나 이득 $G_t, G_r$입니다. 2단계: 변조 방식과의 관계 검토 • 변조 방식(BPSK, QAM, FM 등)은 채널을 통과한 후 수신단에서 요구되는 최저 SNR이나 비트 오류율(BER) 성능 한계에 영향을 주는 요소이며, 전파 경로 자체의 물리적 신호 감쇠량 계산식에는 직접 관여하지 않습니다. 최종 결과: • 경로 감쇄에 직접적으로 영향을 미치는 요소가 아닌 것은 ④번입니다.

1단계: 무선 LAN 동작 모드 분석 • IEEE 802.11 무선 LAN은 AP를 중앙 기지국으로 두고 유선 백본망과 연결하는 인프라스트럭처 모드(Infrastructure Mode)뿐만 아니라, AP 없이 단말끼리 일대일로 직접 통신망을 구성하는 애드혹 모드(Ad-hoc Mode, 독립 기본 서비스 셋 IBSS)도 기본적으로 지원합니다. • 따라서 단말이 AP만을 통해서만 통신 연결이 가능하다는 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: AP는 무선 인터페이스를 통해 복수의 무선 단말을 연결하는 기지국 역할을 수행합니다. (옳은 설명) • ②번: 무선 매체는 반이중 통신 환경이므로 충돌을 사전에 회피하는 CSMA/CA 프로토콜을 사용합니다. (옳은 설명) • ④번: AP는 유선 분배 시스템(DS)에 연결되어 무선 단말에 외부 인터넷 접속을 지원합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ③번입니다.

1단계: FH/DS 혼합 대역확산의 메커니즘 분석 • FH/DS 하이브리드 대역확산 방식은 직접 시퀀스(DS) 대역확산 변조와 주파수 도약(FH) 방식을 결합한 기술입니다. • 정보 신호를 의사잡음 부호로 1차 직접 확산(DS)한 후, 생성된 신호의 반송파 주파수를 의사잡음 부호 발생 패턴에 따라 주기적인 도약 주파수로 이동(FH)시켜 전송합니다. • 반송파 주파수를 비주기적으로 도약시키는 것이 아니며, 의사잡음 코드 열에 의해 결정된 시퀀스 규칙에 따라 도약이 이루어집니다. 따라서 ②번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 주파수 도약 슬롯과 직교 확산 코드를 조합하여 독립된 다수의 통화 채널을 구축할 수 있습니다. (옳은 설명) • ③번: 주파수를 넓은 대역에 걸쳐 도약하므로 특정 주파수 구간에 머무르는 부분대역 재밍 및 간섭을 효과적으로 회피합니다. (옳은 설명) • ④번: 확산 부호의 길이를 나누어 설계할 수 있어 단독 초광대역 DS 방식에 비해 수신단의 부호 동기 포착 시간을 단축할 수 있습니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 혼합 대역확산 방식에 대한 설명 중 옳지 않은 것은 ②번입니다.

1단계: 무선 통신 채널의 확률 통계 모델 분석 • 백색 가우시안 잡음(AWGN): 열잡음을 표현하는 기본 잡음 모델입니다. • 레일리 분포(Rayleigh): 직접 시선(LOS) 경로가 없고 반사파들만 존재하는 다중경로 페이딩 환경의 신호 포락선 통계 모델입니다. • 라이시안 분포(Rician): 직접 시선(LOS) 성분이 하나 존재하고 여러 반사파가 공존하는 페이딩 환경의 신호 포락선 통계 모델입니다. 2단계: 이항 분포의 특성 검토 • 이항 분포(Binomial Distribution)는 성공과 실패처럼 두 가지 결과만을 갖는 독립 시행을 반복할 때 나타나는 이산 확률 분포입니다. • 무선 채널의 연속적인 신호 감쇠 및 페이딩 포락선 전파 모델을 정의하는 데 사용되는 확률 분포가 아닙니다. 최종 결과: • 채널 모델 정의와 관계가 가장 적은 것은 ④번입니다.

1단계: QPSK의 심볼 레이트와 비트 레이트 관계 분석 • QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)는 4개의 직교 위상을 사용하여 하나의 심볼당 2비트($\log_2 4 = 2\text{ bits/symbol}$)의 데이터를 전송합니다. • 따라서 비트 레이트($R_b$)와 심볼 레이트($R_s$)의 관계는 $R_b = 2 R_s$, 즉 심볼 레이트는 비트 레이트의 절반($R_s = R_b / 2$)입니다. • 심볼 레이트와 비트 레이트가 같다고 설명한 ①번은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번: QPSK는 인접 심볼 간 위상차가 90도로 BPSK(180도)보다 작아, 동일한 수신 SNR 환경에서 비트 오류율(BER) 성능 측면의 수신 감도 특성이 BPSK보다 불리할 수 있습니다. (옳은 설명) • ③번: 1개의 심볼에 2비트를 전송하므로, 동일한 데이터 전송률을 유지하기 위해 필요한 나이키스트 최소 대역폭은 BPSK의 절반입니다. (옳은 설명) • ④번: 데이터를 동상(I)과 직교(Q) 채널로 분리하고 결합하는 회로가 추가되므로 BPSK 송신기보다 구조가 복잡합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • QPSK에 대한 설명 중 옳지 않은 것은 ①번입니다.

1단계: PLL(위상고정루프) 회로의 기본 구성 분석 • 위상고정루프(PLL)는 곱셈기(위상검출기), 저역통과 필터(루프 필터), 전압제어발진기(VCO)로 구성됩니다. • 입력 신호와 VCO의 출력 피드백 신호가 곱셈기에 입력되면, 삼각함수의 곱에 의해 두 신호의 주파수 합 성분과 주파수(위상) 차 성분이 생성됩니다. 2단계: 곱셈기(위상검출기)의 고유 역할 확인 • 저역통과 필터를 거친 직류 성분은 두 신호의 위상차에 비례하는 오차 전압이 되므로, 곱셈기는 입력 신호와 VCO 출력 신호의 위상차를 검출하는 위상비교기(Phase Detector) 역할을 수행합니다. 최종 결과: • 곱셈기의 역할로 옳은 것은 ②번입니다.

1단계: 양자화 비트 수($n$) 도출 • 양자화 레벨 수가 $L = 64$이므로 표본 1개를 2진수로 나타내기 위해 필요한 비트 수 $n$은 다음과 같습니다: $$2^n = 64 \implies n = 6\text{ bits/sample}$$ 2단계: PCM 비트 전송률($R$) 계산 • 표본화 주파수가 $f_s = 8,000\text{ samples/s}$이므로 전송률은 다음과 같습니다: $$R = f_s \times n = 8,000\text{ samples/s} \times 6\text{ bits/sample} = 48,000\text{ bps} = 48\text{ kbps}$$ 최종 결과: • 비트전송률은 ②번(48 kbps)입니다.

1단계: 델타 변조의 경사 과부하 잡음(Slope Overload Noise) 분석 • 델타 변조(DM)는 고정된 스텝 크기 $\Delta$로 신호를 근사화하므로, 입력 신호의 시간당 변화율(기울기)이 계단 신호의 최대 추종 속도를 초과하면 신호를 제때 따라가지 못하는 경사 과부하 왜곡이 발생합니다. • 입력 신호의 변화폭과 기울기가 클 때는 스텝 크기 $\Delta$가 충분히 커야 신호를 추종할 수 있습니다. $\Delta$가 작으면 경사 과부하 잡음이 더욱 심해집니다. • 따라서 $\Delta$의 크기 값이 작을수록 유리하다고 서술한 ③번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 인접 표본 간의 차이값을 부호화하는 DPCM의 극단적인 1비트 축소 형태입니다. (옳은 설명) • ②번: 직전 표본값보다 크면 $+\Delta$, 작으면 $-\Delta$로 부호화하여 표본당 1비트를 사용합니다. (옳은 설명) • ④번: 신호의 기울기에 맞춰 스텝 크기 $\Delta$를 가변적으로 적응 제어하는 방식을 적응 델타 변조(ADM)라고 합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 델타 변조에 관한 설명 중 옳지 않은 것은 ③번입니다.

1단계: 위상변조(PM)와 주파수변조(FM)의 순시 위상 및 순시 주파수 수식 분석 • 정보 신호가 $m(t)$일 때 피변조 신호 $s(t) = A \cos(\theta_i(t))$의 순시 위상과 순시 주파수 관계: - 위상변조(PM): 순시 위상 $\theta_i(t) = 2\pi f_c t + k_p m(t)$이므로, 위상 변화량이 $m(t)$에 비례합니다. (①번 옳음) - 주파수변조(FM): 순시 주파수 $f_i(t) = f_c + k_f m(t)$이므로, 순시 주파수가 $m(t)$에 비례합니다. • FM의 순시 위상 $\theta_i(t)$는 순시 각주파수를 적분한 값이므로 다음과 같습니다: $$\theta_i(t) = 2\pi \int f_i(\tau) d\tau = 2\pi f_c t + 2\pi k_f \int m(\tau) d\tau$$ • 즉, FM에서 순시 위상은 $m(t)$의 적분값에 비례하며, 미분값에 비례한다는 ②번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ③번: PM의 순시 주파수는 위상을 시간에 대해 미분하여 $2\pi$로 나눈 값이므로 $f_i(t) = f_c + \frac{k_p}{2\pi} \frac{dm(t)}{dt}$가 되어 $m(t)$의 미분값에 비례합니다. (옳은 설명) • ④번: PM과 FM은 각변조 방식이므로 신호의 진폭 $A$는 시간에 관계없이 일정합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 것은 ②번입니다.

1단계: 야기-우다 안테나의 지향성 특성 확인 • 야기-우다 안테나는 복사기(투입기) 앞뒤에 도파기와 반사기를 평행하게 배열하여, 전방으로 날카로운 주 빔을 형성하는 대표적인 단일 지향성 안테나입니다. 따라서 ①번 설명은 옳습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번 파라볼라 안테나: 회전 포물면 반사판을 사용하여 빔을 한 방향으로 강력하게 집속시키는 초고지향성 안테나입니다. • ③번 수직 접지 안테나: 수평면 상에서는 360도 전 방향으로 균일하게 전파를 방사하는 수평면 무지향성 안테나입니다. • ④번 루프 안테나: 안테나 축 방향 및 수평면에 대해 8자형 양방향 지향성을 갖습니다. 최종 결과: • 옳은 설명은 ①번입니다.

1단계: 스마트 안테나의 적응형 빔포밍 원리 분석 • 스마트 안테나는 배열된 다수의 안테나 소자(Array Antenna)에서 수신되거나 송신되는 신호에 각각 서로 다른 진폭과 위상 가중치(Complex Weight)를 동적으로 곱해줍니다. • 이를 통해 사용자의 위치에 맞추어 주 빔을 형성하고 간섭 신호 방향으로는 전파가 상쇄되도록 제어합니다. • 모든 신호에 동일한 가중치를 주면 고정된 빔 패턴만 형성되므로, 신호에 동일한 가중치를 준다고 설명한 ①번은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번: 각 안테나 소자 신호의 위상을 조절하여 원하는 방향에서는 보강 간섭, 원치 않는 방향에서는 상쇄 간섭을 발생시킵니다. (옳은 설명) • ③번: 다수의 안테나 소자를 결합함으로써 등가 개구면적이 커져 주 빔의 이득과 지향성이 강화됩니다. (옳은 설명) • ④번: 가중치를 디지털 신호 처리로 조절하여 물리적인 안테나 회전 없이도 주 빔의 방향을 자유롭게 조향(Beam Steering)할 수 있습니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 스마트 안테나에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 ①번입니다.

1단계: 주파수와 신호 감쇠의 물리적 관계 분석 • 자유공간 전파 경로손실 $\text{PL} = \left(\frac{4\pi f d}{c}\right)^2$ 공식에 따라, 전파는 주파수 $f$가 높아질수록 공간 확산 손실이 커지고 대기나 강우에 의한 흡수 및 산란 감쇠도 증가합니다. • 반대로 주파수가 낮을수록 파장이 길어져 장애물 회절 능력이 뛰어나고 대기 감쇠가 적어 신호 감쇠가 작아집니다. • 따라서 주파수가 낮을수록 신호 감쇄가 커진다고 설명한 ②번은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 거리가 멀어질수록 거리의 역제곱 법칙에 의해 전력 밀도가 감소하여 신호 감쇠가 커집니다. (옳은 설명) • ③번: 공진 안테나의 크기는 파장 $\lambda = c/f$에 비례하므로 주파수가 높을수록 안테나의 크기가 소형화됩니다. (옳은 설명) • ④번: 송수신기의 이동 속도가 빠를수록 도플러 확산이 커져 채널의 가간섭 시간(Coherence Time)이 짧아지고 채널 응답이 시간에 따라 급격히 변합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 설명으로 적절하지 않은 것은 ②번입니다.

1단계: DS-CDM 방식의 대역 공유 특성 분석 • 직접 시퀀스 코드 분할 다중화(DS-CDM)는 다수의 채널 신호를 서로 다른 주파수로 쪼개지 않고, 동일한 단일 주파수 대역 상에 서로 직교하는 확산 부호를 곱하여 중첩 전송하는 기술입니다. • 각각의 채널 신호가 서로 다른 주파수 대역으로 송신된다는 서술은 주파수 분할 다중화(FDM)에 대한 설명이므로 ④번은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 각 채널(방송 채널 등)은 고유하게 할당된 확산 부호에 의해 독립적으로 분리됩니다. (옳은 설명) • ②번: 동일 위성 신호 내에서 채널 간 상호 간섭을 없애기 위해 직교 왈쉬 부호를 쓰고, 기지국/위성 구분을 위해 PN 부호를 합성합니다. (옳은 설명) • ③번: 수신단에서 해당 채널의 데이터를 역확산하여 복원하려면 송신단에서 사용한 동일한 확산 부호 정보를 반드시 알고 있어야 합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • DS-CDM 방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 ④번입니다.